《The Journal of Nutrition》：Host genetics, diet, and the gut microbiome: Addressing methodological and reproducibility challenges in human studies
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大卫·奥尔特加-雷耶斯（David Ortega-Reyes）|浅见翔平（Shohei Asami）|须田渡（Wataru Suda）|大野宏（Hiroshi Ohno）日本横滨理研综合医学科学中心肠道生态系统实验室（Laboratory for Intestinal Ecosy
大卫·奥尔特加-雷耶斯（David Ortega-Reyes）|浅见翔平（Shohei Asami）|须田渡（Wataru Suda）|大野宏（Hiroshi Ohno）
日本横滨理研综合医学科学中心肠道生态系统实验室（Laboratory for Intestinal Ecosystem, RIKEN Center for Integrative Medical Sciences, Yokohama, Japan）
摘要
宿主遗传学、饮食与肠道微生物组之间的相互作用是人类健康研究的关键焦点。然而，由于方法上的显著差异以及研究间可重复性的限制，进展较为缓慢。这篇叙述性综述探讨了研究过程中主要的变异来源，重点关注设计、测量和分析方面。文章指出，队列结构、混杂因素控制、饮食评估、样本采集与保存、DNA提取、测序方法以及统计方法等因素会显著影响微生物组的分类学归属和丰度，并阻碍宿主-微生物组-饮食关联的复制。我们讨论了这些问题如何使得微生物组遗传率估计、全基因组关联信号以及报道的基因-饮食-微生物组关联的解释变得复杂，这些关联通常效应较小且高度依赖于具体背景。随后，我们回顾了为提高可重复性和一致性所做的努力，包括共识报告标准、协议协调以及标准化工作流程、模拟群落、对照组和绝对定量方法等验证技术。最后，我们概述了增强跨研究可比性和进行荟萃分析的关键优先事项，包括彻底的混杂因素评估、透明报告以及多样化的纵向研究设计，以推进精准营养和基于微生物组的公共卫生策略的应用。
引言
人类肠道微生物组包含数万亿微生物，已被认为是人类健康和疾病的核心因素。过去几年中，高通量测序和计算生物学的进步使得能够详细表征肠道微生物组的分类学和功能组成。这一进展增加了人们对理解微生物组、宿主遗传学和饮食暴露如何相互作用与健康和疾病关系的兴趣。然而，一个重要挑战是人类宿主-肠道微生物组研究缺乏方法标准化。多项研究表明，即使在同一人群中，方法上的差异也会导致不一致的研究结果和宿主-微生物组关联的复制性差。这种不可重复性阻碍了科学进步，并削弱了将微生物组研究转化为实际临床和公共卫生应用的潜力。
肠道微生物组的研究涉及多个步骤，每个步骤都可能引入变异。研究流程中的差异，包括研究设计、样本采集与保存、饮食评估、测序策略和数据分析，都会影响观察到的微生物组特征及其下游关联。方法上的异质性往往反映了微生物组研究不同阶段决策的累积影响，尽管不可重复性也可能由孤立的技术问题引起。
由于饮食和微生物组的动态特性，肠道微生物组研究面临额外的复杂性。个体间的饮食摄入量存在显著差异，而肠道微生物组本身对环境暴露高度敏感。这些特点强调了精心设计研究、适当的时间分辨率以及严格考虑混杂因素的必要性。重要的是，饮食对肠道微生物组的影响具有高度个体化特征。宿主遗传学既影响基线微生物组组成，也影响个体间对饮食暴露的反应差异。来自双胞胎和家庭研究的证据表明，某些细菌类群的遗传性更强，而全基因组关联研究（GWAS）发现了许多与微生物类群相关的宿主遗传变异。许多这些关联还受到饮食背景的影响，突显了遗传学、饮食和微生物组之间复杂的相互作用。一个著名的例子是LCT基因（决定乳糖耐受性）与双歧杆菌丰度之间的关联，这种效应主要出现在摄入乳制品的个体中。
鉴于宿主-微生物组-饮食研究中的复杂性和变异性，标准化至关重要。共识报告标准和协议协调措施，以及透明报告，已被反复强调为提高可重复性和促进荟萃分析的有效途径。在这篇叙述性综述中，我们整理了人类宿主-微生物组-饮食研究在设计、测量和分析阶段的关键挑战，并以选定的重复位点为例进行讨论，而不是列出所有基因-饮食-微生物组关联的详尽目录。为了将这些方法学挑战置于具体背景中，我们还总结了该领域从早期认为宿主遗传效应较强的预期，到目前认识到大多数基因-饮食-微生物组关联较为温和、依赖具体背景且难以在不同人群和研究设计中复制的认识演变过程。我们总结了提高宿主-肠道微生物组-饮食研究可比性和可重复性的实际建议，旨在将微生物组科学的进展应用于饮食指导和公共卫生实践。
章节片段
宿主-微生物组-饮食研究中的方法学挑战
人类宿主-微生物组-饮食研究面临研究流程不同阶段出现的方法学挑战（表1）。虽然这些挑战经常被单独讨论，但未区分它们是来自设计、测量还是分析阶段，导致文献中出现了重复讨论和分散的解释。重要的是，研究流程早期引入的变异会向下传递，并不总能通过分析方法解决。
微生物组遗传率和宿主-微生物组GWAS
早期的微生物组遗传学研究和较小的队列使得人们预期宿主遗传学可以解释大部分个体间微生物组变异，并且许多宿主遗传关联会在不同研究中得到复制。来自较大队列和荟萃分析的证据表明，大多数可检测到的宿主遗传效应对微生物组特征的影响较为温和，只有少数位点在不同设计、人群和暴露条件下表现出一致的复制性。
个体对饮食反应的变异性：遗传学和微生物组的作用
最近的研究表明，宿主遗传学、饮食暴露和肠道微生物组之间的相互作用具有高度动态性和依赖性。目前，最一致被复制的例子涉及少数位点，如LCT基因和分泌相关生物学特征，而许多提出的基因-饮食效应在不同队列和人群中的复制性较差。大规模基于人群的队列和多组学整合对此至关重要。
标准化、报告指南和基准测试的进步
微生物组研究的进步为宿主-微生物组-饮食相互作用提供了宝贵见解，但该领域也强调标准化的必要性。方法上的异质性仍然是微生物组科学研究中可重复性挑战的主要因素，因此需要协调努力来提高一致性、透明度和可比性。这些努力正通过报告标准、协议协调等方式逐步制度化。
结论
关于宿主遗传学、饮食和肠道微生物组的研究为推进精准营养和疾病预防提供了有前景的途径。然而，这一领域的进展仍受可重复性挑战的限制。正如本综述所强调的，不可重复性通常是由研究流程中决策的累积效应造成的，在某些情况下也可能是由孤立的技术问题引起的。
通过明确区分设计、测量和分析阶段的挑战……
作者贡献与披露
DOR：负责撰写并提供了大部分手稿内容；SA和WS：提供了想法并提供了大量反馈和修改意见；HO：提出了研究主题，监督了项目并进行了关键修订；所有作者都阅读并批准了最终手稿。
数据可用性
本综述未生成或分析任何数据。
关于写作过程中使用的生成式AI和AI辅助技术的声明
本手稿的写作或编辑过程中未使用任何生成式AI或AI辅助技术。
