Cell Rep | 李明錕團(tuán)隊揭示上呼吸道微生物組存在晝夜節(jié)律

上呼吸道微生物組被認(rèn)為是人體呼吸道健康的“守門人”，在防止病原體入侵、調(diào)節(jié)宿主免疫及影響呼吸道疾病發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。盡管口咽拭子在臨床病原檢測中被廣泛使用，但由于缺乏對呼吸道微生物組短期時間動態(tài)的了解，采樣時間這一變量往往被忽視，從而在分析中可能引入假陽性結(jié)果。

近日，國家生物信息中心李明錕團(tuán)隊在Cell Reports期刊上發(fā)表了題為Extensive individual and microorganism-specific circadian oscillations of the upper respiratory tract microbiome的研究論文。該研究揭示了上呼吸道微生物組存在晝夜節(jié)律現(xiàn)象，證實(shí)規(guī)范采樣時間能夠大幅降低微生物組研究的假陽性，為提高呼吸道微生物組研究的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性提供了重要的時間框架。

研究團(tuán)隊招募了22名健康成年人，在48小時內(nèi)以4小時為時間間隔，連續(xù)采集了口咽拭子和配對的唾液樣本，進(jìn)行了宏基因組測序和細(xì)菌絕對定量。研究發(fā)現(xiàn)，口咽微生物的組成和生物量存在顯著的24小時周期節(jié)律變化，20%的微生物表現(xiàn)出晝夜節(jié)律特征。節(jié)律物種主要呈現(xiàn)兩種振蕩模式：“早峰型（morning-peak）”和“晚峰型（evening-peak）”。微生物的節(jié)律模式受自身表型和宿主特征共同影響，尤其與微生物對氧氣和營養(yǎng)的需求密切相關(guān)。偏好厭氧環(huán)境的微生物（如 Prevotella spp.）表現(xiàn)為“早峰型”振蕩模式，而需氧微生物（如 Streptococcus spp.）則在晚間達(dá)到高峰。回歸分析表明，宿主特征在塑造微生物節(jié)律方面的貢獻(xiàn)大于微生物表型，研究發(fā)現(xiàn)兩位參與者的節(jié)律菌和其他參與者表現(xiàn)出了完全相反的振蕩模式，這可能與宿主的飲食、睡眠等生活習(xí)慣密切相關(guān)。宏基因組功能通路分析揭示了參與methionine等氨基酸生物合成的代謝通路同樣具有顯著的晝夜節(jié)律波動，提示呼吸道微生物可能借此參與宿主時鐘調(diào)控。此外，研究還比較了解剖學(xué)上相鄰的口腔（唾液）和口咽部微生物的節(jié)律模式，發(fā)現(xiàn)盡管兩者共享極高比例的微生物物種，卻表現(xiàn)出不同的節(jié)律行為，這突出了局部微環(huán)境對微生物時間動態(tài)的塑造作用。

該研究明確了規(guī)范樣本采集時間的重要性。研究證實(shí)，因采樣時間不同所引起的個體內(nèi)部微生物組成差異有時甚至?xí)^個體間差異，如果在微生物組差異分析中不考慮時間因素，將會產(chǎn)生大量的假陽性差異物種。通過對不同采樣時間的評估，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在上午09:00采集的樣本個體內(nèi)的變異性最小，重現(xiàn)性最高。綜上所述，該研究填補(bǔ)了上呼吸道微生物組短期穩(wěn)定性領(lǐng)域的空白，證明了微生物在時間維度上處于高度動態(tài)的規(guī)律變化當(dāng)中，為挖掘呼吸道生物標(biāo)志物及開展臨床診斷提供了關(guān)鍵參數(shù)。

國家生物信息學(xué)中心李明錕研究員和張莉副研究員為本文共同通訊作者，博士研究生孫瀟和姜旋為本文共同第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117284

李明錕課題組主要從事病原微生物組研究，以“數(shù)據(jù) × 知識 ” 驅(qū)動病原組學(xué)創(chuàng)新，致力于構(gòu)建基于多維數(shù)據(jù)與開源知識融合的病原識別與風(fēng)險評估智能大模型。課題組長期招聘編制內(nèi)研究人員、博士后及項(xiàng)目聘用人員。歡迎對交叉學(xué)科研究充滿熱情、勇于在實(shí)踐中不斷提升自我的同學(xué)加入，共同開展前沿探索與創(chuàng)新研究 。

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