有越来越多的证据表明，全球范围内生活在工业化和非工业化生活方式下的人口之间，其肠道微生物组的组成存在差异。然而，马来西亚的人群是否表现出不同的微生物组特征，以及宿主生活方式在多大程度上与这些差异相关，仍不明确。马来西亚广泛的地理和社会文化多样性为探索生活方式和环境暴露如何与人类肠道微生物组相关提供了独特的机会。本文中，我们描述了马来西亚半岛三个群体的肠道微生物组特征，每个群体代表不同的生活方式背景，并确定了与微生物组变异相关的宿主因素。我们的研究结果表明，与生活方式相关的因素与不同人群之间的微生物群落组成差异密切相关。特别是，城市和农村个体的肠道微生物组具有明显不同的群落结构。我们进一步鉴定了特定分类群作为宿主生活方式的潜在微生物标志物，其中普雷沃氏菌属（Prevotella）和隐杆菌属（Cryptobacteroides）在农村人群中富集，而福赛拟杆菌属（Phocaeicola）、Vescimonas和巨球形菌属（Megasphaera）在城市个体中更为普遍。除生活方式外，人口统计学因素如年龄、性别和BMI也与肠道微生物组的变化相关。本研究强调了城市化、生活方式和饮食对马来西亚人群肠道微生物组景观的影响，并突出了在未来微生物组研究中考虑社会文化背景的重要性。
结果
参与者人口特征和生活方式
本研究共招募了87名参与者，作为全球微生物组保护联盟（Global Microbiome Conservancy）的一部分，覆盖三个地点：瓜拉慕沙（Gua Musang，n = 20）、塔西克班丁（Tasik Banding，n = 30）和吉隆坡（Kuala Lumpur，n = 37）。瓜拉慕沙是一个偏远的农村地区，位于森林深处，社区可以过着游牧生活，从事狩猎和觅食活动，且很少接触工业化产品。来自瓜拉慕沙的参与者（年龄 = 32.5 ± 11.8 SD（标准差），身体质量指数（BMI）= 19.4 ± 1.77 SD）自称为Batek和Mendrik族群（分别为n = 18和n = 1）。表1中的统计比较使用Benjamini–Hochberg程序进行了多重检验校正，以控制错误发现率（FDR）。
塔西克班丁是一个孤立的农村地区，属于Belum-Temengor森林保护区的一部分。人类社区半游牧地生活，主要依赖自然资源维持生计，从事农业、狩猎、捕鱼和采集活动。他们还从马来西亚政府获得食品援助，包括每周一次或两次的米饭供应。塔西克班丁的生态旅游业也为这一农村环境增添了独特的动态。塔西克班丁的参与者（年龄 = 33.6 ± 11.6 SD，BMI = 22.8 ± 4.04 SD）自称为Jahai（n = 28）和Temiar（n = 3）族群。
在吉隆坡，城市社区暴露于工业化环境中，并采用重度依赖加工和大规模生产食品的生活方式，这些食品与工业食品生产方法相关。吉隆坡的参与者（年龄 = 23.8 ± 2.85 SD，BMI = 21.4 ± 4.04 SD）来自华人（n = 21）、印度人（n = 9）、马来人（n = 5）、杜顺人（Dusun，n = 1）和泰国人（n = 1）族群。
除了从具有不同工业化背景的三个地点收集的数据外，表1还突出了获取电力和饮用水的差异，显示瓜拉慕沙和塔西克班丁的参与者均无电力供应。瓜拉慕沙（42.1%）和塔西克班丁（80.7%）的相当一部分参与者依赖未经处理和未过滤的水源，而较小比例的人转向使用过滤水（分别为26.3%和12.9%）。相比之下，大多数吉隆坡参与者能够获取经过处理和过滤的水（67.6%），仅有少数人仍依赖未经处理的水源（5.4%）。此外，本研究表明，部分瓜拉慕沙参与者居住在具有不同类型地板的房屋中，包括泥土（26.3%）、木制（42.1%）和混凝土（31.6%）地板，而无人报告住在铺有覆盖地板的房屋中。
生活方式的工业化水平影响肠道微生物组多样性和组成
我们首先检查了位置、城市化和性别因素与微生物组α多样性之间的关系。
我们发现，农村人口的系统发育多样性显著高于城市人口。然而，在使用Shannon多样性指数时未检测到显著差异，这表明尽管总体物种丰富度和均匀度保持可比性，但农村人口拥有更系统发育多样化的微生物组。进一步比较不同地点的结果显示，α多样性存在显著差异。瓜拉慕沙个体的肠道微生物组表现出显著更高的系统发育多样性，而塔西克班丁个体的多样性高于吉隆坡个体，但效果不如前者明显。分析Shannon多样性时，未观察到不同地点间的显著差异，进一步证明系统发育多样性而非物种丰富度区分了城市和农村环境下的微生物组。最后，我们发现Shannon多样性在男性和女性之间没有显著差异，这表明性别在此队列中对α多样性没有强烈影响。
接下来，我们调查了生活方式和地点之间的微生物组成差异。
我们发现城市和农村社区之间的微生物组组成存在显著差异。这些组成差异可能归因于饮食习惯、环境暴露和其他生活方式相关因素。比较不同队列时，也发现了β多样性组成的显著差异，这表明每个地点特定的环境和宿主特征驱动了微生物组成，超出了人口密度（城市与农村）的影响。
基于这些发现，我们接下来检查了宿主和环境因素如何与微生物组组成相关联。为此，我们使用冗余分析（RDA）和逐步前向模型选择方法，发现地点是微生物变异的主要预测因子，其次是年龄、布里斯托尔粪便量表评分和BMI。在考虑其他因素的同时，地点与微生物组组成显著相关。然而，在已考虑地点后，其他因素并未显著改善模型性能。最终RDA模型约束了肠道微生物组组成的7.75%总变异，表明虽然地点和宿主相关因素影响微生物多样性，但仍有一大部分变异尚未解释。
不同生活方式和地点的个体分类谱系
我们接下来检查了不同分类水平上的个体肠道微生物谱系相对丰度，寻找与城市化和地点相关的关联。
在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidota）是所有组中的优势细菌门。在属水平上，我们观察到普雷沃氏菌属在农村人群中更为丰富，而拟杆菌属（Bacteroides）和福赛拟杆菌属在城市样本中水平升高。我们发现厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比率在城市和农村人群中没有显著差异，也未在各地点间显示出显著差异，表明这两个主要门之间的整体群落平衡在不同环境中保持相对稳定。相比之下，拟杆菌属/普雷沃氏菌属比率在农村人群中显著低于城市人群，证实农村个体中普雷沃氏菌属的相对丰度更高。在地点层面，吉隆坡的拟杆菌属/普雷沃氏菌属比率显著高于两个农村地点——瓜拉慕沙和塔西克班丁。
我们接下来考虑了宿主混杂因素对地点间丰度变异的影响。我们首先搜索了不同丰度的分类群，使用MaAsLin2和一般多元线性模型检测跨地点、城市化、年龄、性别和BMI变量的不同丰度扩增子序列变体（ASVs）。我们发现几个ASVs在特定地点独立于混杂因素显示出显著富集或减少，表明环境和生活方式因素强烈塑造了个体微生物谱系的丰度分布。分类学分析显示，跨地点和生活方式的最显著差异丰度ASVs主要属于拟杆菌门和特定厚壁菌门类群，如芽孢杆菌纲、负菌纲和梭菌纲。
我们在某些分类群中鉴定到了种水平的ASVs，它们在不同地点表现出丰度差异。值得注意的是，农村地点以普雷沃氏菌copri（ASV_3569，调整后p值 = 1.8e-02）为特征，这种物种已知在非工业化或传统生活环境的人群肠道微生物组中繁盛，通常与高纤维、植物性饮食相关。一种Vescimonas ASV（ASV_7027）在不同地点显示出不同的丰度，在瓜拉慕沙中升高（调整后p值 = 1.8e-02）。相比之下，Parabacteroides merdae（ASV_4792）在城市吉隆坡样本中更为丰富。后者物种参与支链氨基酸的分解代谢，已被证明能改善胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性，反映出适应更多城市生活方式的微生物组，可能会摄入更多的加工食品。同样，福赛拟杆菌vulgatus（ASV_5319，调整后p值 = 1.8e-02），另一种在吉隆坡常见的物种，是人类肠道微生物组的常见成员，具有广泛的碳水化合物利用能力，很好地符合富含碳水化合物的城市饮食模式，特别是那些来自加工食品的碳水化合物。此外，巨球形菌elsdenii（ASV_2236，调整后p值 = 3.5e-02）主要在吉隆坡发现，非常适应利用乳酸和葡萄糖，进一步支持了以碳水化合物为导向的城市微生物组特征。
为了进一步了解这些微生物组的功能能力，我们进行了通路预测分析并鉴定了显著差异丰富的通路。使用层次聚类，我们发现吉隆坡和农村地点之间的代谢通路存在不同模式。与几种生物合成通路相关的通路，包括甲基萘醌生物合成（PWY-5840、PWY-5838、PWY-5897）、叶绿醌生物合成（PWY-5863，调整后p值 = 4.7e-03）和脱甲基萘醌-8生物合成（PWY-5861，调整后p值 = 5.1e-03），以及(Kdo)2-脂质A生物合成（KDO-NAGLIPASYN-PWY，调整后p值 = 5.5e-03）和2-羧基-1,4-萘醌醇生物合成（PWY-5837，调整后p值 = 4.7e-03），在城市吉隆坡组中显著下调。这些通路对于生产必需维生素（如维生素K2）和细菌细胞壁成分至关重要。相反，一些与降解和发酵过程相关的通路在吉隆坡上调。这些通路包括琥珀酸发酵生成丁酸盐（PWY-5677，调整后p值 = 5.5e-02）、丙酮酸发酵生成丙酸盐（P108-PWY，调整后p值 = 5.2e-03）和戊糖磷酸途径（PENTOSE-P-PWY，调整后p值 = 4.7e-03），以及涉及复杂糖类和多糖分解的通路，例如软骨素硫酸盐降解（PWY-6572，调整后p值 = 2.3e-03）、β-(1,4)-甘露聚糖降解（PWY-7456，调整后p值 = 1.2e-02）、D-果糖醛酸降解（PWY-7242，调整后p值 = 4.6e-03）和岩藻糖及鼠李糖降解（RHAMCAT-PWY，调整后p值 = 3.7e-02）。这些发现反映了富含加工碳水化合物和动物源产品的城市饮食的影响，促进了与糖代谢和膳食聚糖降解相关的通路。
讨论
这项研究提供了关于生活方式和基础设施对马来西亚三个不同城市化水平地点的肠道微生物群影响的新见解。该研究的一个关键限制是使用16S rRNA基因测序，这种方法允许进行分类学分析，但仅提供推断的功能预测。这些推断可能不如通过鸟枪宏基因组测序实现的直接功能表征准确。然而，所呈现的分析足以捕捉群落层面的广泛差异，并识别与城市化梯度相关的关键分类群。
阿尔法多样性分析显示，根据Faith的PD指数，农村人口比城市人口表现出更高的系统发育多样性。这一发现与Yeo等人之前的研究一致，他们观察到半游牧的Jahai族群相比城市居住的Temuan土著居民具有更高的阿尔法多样性。同样，Rosas-Plaza等人记录到农村人口，特别是农业和狩猎采集社区，相比城市人口具有更高的阿尔法多样性。这支持了农村生活方式促进更具系统发育多样性的肠道微生物组的观点。
然而，当使用香农多样性指数时，我们的结果出现了分歧，因为未观察到城市和农村人口之间的显著差异。这种差异凸显了不同的多样性指标如何捕捉微生物群落的不同方面。虽然香农指数同时包含物种丰富度和均匀度，Faith的PD指数反映系统发育广度。有趣的是，在按具体地点分析多样性时，只有瓜拉慕沙相比吉隆坡表现出显著更高的系统发育多样性（Faith的PD），而塔斯克班丁的多样性概况更接近城市队列。这些发现表明，微生物多样性不仅受到城市化的影响，还受到微妙的、地点特定的环境和文化因素的影响，即使在农村人口中也是如此。尽管处于农村环境中，塔斯克班丁观察到的阿尔法多样性降低可能反映了从游牧到更加定居生活的近期生活方式转变，可能影响塑造肠道微生物组的饮食和环境暴露。这一发现与这些人口的统计和环境特征一致。在瓜拉慕沙，人们继续过着觅食生活方式，饮食多样性和频繁的环境微生物暴露可能有助于他们更高的微生物组多样性。与此同时，塔斯克班丁代表了一个最近从觅食转变为农业的群体。此外，居住条件的差异可能进一步塑造微生物暴露。瓜拉慕沙居民主要生活在泥土地板的家中，这可能有助于从环境中更高水平的微生物转移。相比之下，塔斯克班丁的大多数居民住在木地板的房子里，可能限制了直接的土壤-微生物互动。
农村和城市人口的微生物组组成存在显著差异，瓜拉慕沙和塔斯克班丁都显示出与吉隆坡不同的特征。RDA分析进一步确认了地点作为塑造微生物变异的主要因素，年龄、BMI和粪便一致性则贡献较小。吉隆坡中年龄与微生物组组成的反向关联表明年轻个体在城市环境中的饮食或生活方式差异。本研究中展示的马来西亚农村和城市地点之间微生物组组成的观察趋势与其他地区和国家进行的研究结果一致。例如，在非洲农村人口中，如坦桑尼亚的Hadza狩猎采集者，他们的肠道微生物组同样由与高纤维、植物性饮食相关的普雷沃氏菌主导，这反映了传统生活方式的典型特征。这些微生物特征表明饮食中含有大量未加工的植物材料，需要专门的发酵能力，普雷沃氏菌就是适应高纤维饮食的典型例子。相比之下，美国和欧洲的城市人口往往显示出更高的拟杆菌属物种，这些物种表现出多种代谢能力，包括纤维和糖类的利用。同样，吉隆坡的城市人口特征是像Parabacteroides merdae和Phocaeicola vulgatus这样的物种，这两种物种都以其碳水化合物代谢能力和适应更多加工饮食闻名。这些细菌擅长代谢城市环境中更丰富和能量密集的膳食底物，如精制碳水化合物、脂肪和蛋白质，这些通常存在于加工和方便食品中。
这些微生物组差异的功能也与全球观察结果一致。在农村人口中，与氨基酸合成和纤维发酵相关的通路，如在瓜拉慕沙和塔斯克班丁发现的通路（例如PWY-5861、PWY-5897），由于高纤维摄入而常常富集。另一方面，正如在吉隆坡观察到的那样，城市微生物组通常显示出与简单糖和碳水化合物代谢相关的通路上调，如岩藻糖和鼠李糖分解通路。类似的模式在中国城市人口中也有报道，高糖饮料和加工食品的饮食与富集糖代谢细菌的微生物组特征相关。
这些发现强调了由城市化和生活方式变化驱动的微生物组变化的一致性。马来西亚数据集提供了额外的视角，强调了当地饮食模式和文化习惯在塑造微生物组中的作用。例如，吉隆坡的微生物组也可能反映了马来西亚美食的独特影响，其中包括富含碳水化合物的菜肴，如米饭和面条，以及城市饮食的主食如含糖饮料。相比之下，马来西亚农村人口与全球其他农村社区有相似之处，展示了传统饮食如何培育出一种专长于纤维降解和营养合成的微生物组。
结论
因此，考虑宿主环境和生活方式的多样性可以为健康和疾病中肠道微生物组发生的复杂变化提供有价值的见解。它还可以为设计针对农村和城市人口的低门槛干预策略提供信息，以促进健康的宿主-肠道微生物组相互作用。我们的工作描述了马来西亚三个不同社区的肠道微生物组特征的变异性：吉隆坡（城市）、瓜拉慕沙（农村）和塔斯克班丁（农村）。我们的研究结果强调了建立健康马来西亚人群肠道微生物组多样性基线理解的重要性，作为未来研究的基础。下一个关键步骤是探讨与疾病相关的微生物组与这一基线的比较情况，旨在识别马来西亚特定人群的疾病微生物标志物。此类努力将需要在低收入和中等收入国家内建立稳健的临床队列，这将为理解与微生物组相关的健康结果提供一个至关重要的框架。
(全文结束)
