肠道致病菌的宿主内进化促进肝脏易位
扩展数据 图 9 E. gallinarum 宿主内进化对肠道细菌易位和炎症启动的影响
具有跨肠道屏障易位能力的肠道共生菌可以驱动多种免疫介导疾病的发展。然而，决定细菌易位的关键因素仍不清楚。最近的研究表明，肠道微生物群菌株可以在宿主的整个生命周期中适应和进化，增加了个体共生菌本身随时间变化可能影响其引发炎症性疾病倾向的可能性。在这里，我们表明模型肠道病菌 Enterococcus gallinarum 的宿主内进化促进了细菌易位和炎症的启动。结合体内实验进化和比较基因组学，我们发现 E. gallinarum 分化成独立的谱系，适应于在肠道中的管腔或粘膜生态位定植。与祖先和管腔 E. gallinarum 相比，粘膜适应菌株逃避免疫系统的检测和清除，表现出向肠系膜淋巴结和肝脏的易位和存活增加，并诱导肠道和肝脏炎症增加。从机制上讲，细菌行为的这些变化与 E. gallinarum 中确定的调节基因的非同义突变或插入-缺失、微生物基因表达程序的改变和细胞壁结构的重塑有关。罗伊氏乳杆菌在基于单定植的宿主内进化模型中也表现出大致相似的发散进化模式和增强的免疫逃避模式。总体而言，这些研究将宿主内进化定义为共生致病性的关键调节因子，它在微生物群驱动的疾病的发展和进展中提供了独特的随机性来源。
与祖先和管腔 E. gallinarum 相比，粘膜适应菌株逃避免疫系统的检测和清除，表现出向肠系膜淋巴结和肝脏的易位和存活增加，并诱导肠道和肝脏炎症增加。
具有致病潜力的肠道共生体，称为致病菌，被认为在各种炎症相关疾病中具有因果作用，从炎症性肠病到代谢综合征。然而，在表面上健康的人类中也检测到推定的疾病驱动病原体，并且病原体定植通常比明显的疾病发展早数年到几十年。遗传和环境因素显然有助于这种随机性，因为宿主的遗传易感性、微生物组组成和环境暴露都会影响疾病易感性。然而，导致致病性驱动的炎症性疾病随机性的因素的全部协同作用仍有待定义。
尽管共生菌株通常被概念化为静态功能单元，它们共同构成动态的宿主相关微生物群落，但现在很明显，离散的微生物菌株可以通过宿主内进化在个体的生命周期中适应和进化。肠道微生物组内每天产生数十亿个从头突变，使共生体多样化和适应成为可能。我们假设宿主内进化可能有助于共生病态获得或增强病理行为，因此在微生物群驱动的炎症性疾病中提供随机性的微生物来源。为了检验这一假设，我们专注于模型 致病有机体 E. gallinarum。
有助于共生病态获得或增强病理行为
在微生物群驱动的炎症性疾病中提供随机性的微生物来源
E. gallinarum 是一种革兰氏阳性兼性厌氧菌，存在于超过 6% 的人类肠道微生物组中。E. gallinarum 易位到肠系膜淋巴结 （mLNs） 和肝脏加速了狼疮、自身免疫性肝炎和原发性硬化性胆管炎小鼠模型的开发，并在自身免疫性疾病患者的肝活检中检测到。为了检查宿主内进化在细菌易位中的作用，我们首先从自身免疫倾向 NZW × BXSB F1 小鼠的肝脏和粪便中分离出 E. gallinarum 菌株（图 1a）,之前报道表现出 E. gallinarum 易位。然后，我们对这些小鼠的 5 个粪便分离株和 6 个肝脏分离株进行了全基因组测序 （WGS） 分析，以及 7 个来自不同来源的其他 E. gallinarum 菌株。这些菌株的核心基因组和泛基因组的系统发育比较显示，所有 NZW × BXSB F1 衍生的分离株紧密聚集（图 1b 和扩展数据图 1a），表明这些分离株来自同一谱系。
自身免疫倾向 NZW × BXSB F1 小鼠
5 个粪便分离株
6 个肝脏分离株
为了能够在 NZW × BXSB F1 衍生的分离基因组之间进行高分辨率比较，我们为单个粪便 E. gallinarum 分离株 （EGF1-FE1） 建立了一个封闭的参考基因组（扩展数据图 1b）。使用基于参考的比对，与参考分离株相比，我们在 11 个分离株中鉴定了 26 个单核苷酸变异 （SNV） 和 10 个小插入或缺失（插入缺失）（扩展数据图 1c 和补充表 1）。共有 13 个基因在至少 2 个菌株中表现出非同义突变和 indels;这些基因中的许多被预测编码转录调节因子，或者与营养利用（例如，磷酸转移酶系统和 ATP 结合盒转运蛋白）和环境感应（双组分系统）有关（扩展数据图 1d）。值得注意的是，肝脏和粪便分离株分离成两个位点特异性谱系，表明 E. gallinarum 可能分化为两个群体，具有不同的易位到肝脏的能力（图 1c）。为了直接测试这种可能性，我们将无菌 （GF） C57BL/6 小鼠组与代表性肝脏或粪便分离物 （EGF1-LV1 和 EG F1-FE4;所有菌株的总结在补充表 7 中提供）单定植并检查细菌易位。与粪便分离物相比，肝脏 E. gallinarum 分离物表现出更高水平的肝脏易位（图 1d）。相比之下，在无特异性病原体 （SPF） C57BL/6 小鼠与相同剂量的这两种菌株进行双定植后，粪便 E. gallinarum 分离物在粪便中占主导地位（扩展数据图 1e）。这些结果表明，粪便分离物在肠腔中表现出增强的竞争适应性，而肝脏分离物表现出增强的易位到肝脏的能力。
图 1 SPF NZW × BXSB F1 小鼠和单定植 C57BL/6 小鼠中肝脏和粪便 E. gallinarum 分离株的不同进化。
基于参考的比对用于 c 和 g。使用未配对的双尾 t 检验 （d， left） 和配对的双尾 t 检验 （d （right）， h 进行统计分析。LD，检测限。a 和 e 中的原理图是使用 BioRender 创建的。
扩展数据 图 1 SPF NZW × BXSB F1 小鼠E. gallinarum分离株的突变检测
NSY，非同义 SNV;SYN，同义 SNV;Indel, small insertion/deletion variant; Inter, intergenic variant.
我们的数据表明，E. gallinarum 的宿主内进化可能会驱动分化为至少两个谱系，这两个谱系占据不同的宿主相关生态位并表现出不同的易位。然而，由于收集这些分离株的小鼠自然定植于 E. gallinarum，我们不能正式排除这种差异是由于出生时获得不同菌株的可能性。为了明确测试宿主内进化在 E. gallinarum 菌株分化中的作用并绘制单个宿主内 E. gallinarum 适应的进化路径，我们接下来使用单定植 C57BL/6 小鼠建立了一个简化的体内实验进化模型。
我们用来自 NZW × BXSB F1 小鼠的单个粪便分离物接种了 8 只 GF 小鼠（EGF1-FE4;以下简称祖先株)并将这些小鼠安置在四个独立的笼水平 Gnotobiotic 隔离器 （isocages） 中，以实现宿主内细菌进化和可能转移到肝脏（扩展数据图 2a）。三个月后，我们从肝脏收集了 6 到 10 个分离株，从每只动物的粪便中收集了 10 个分离株并进行了全基因组测序（总共 153 个分离株;图 1e）。与祖先菌株相比，我们在所有分离株中检测到 159 个突变，包括 97 个 SNV 和 62 个插入缺失（补充表 2）。与祖先菌株相比，所有分离株都含有从头突变，表明定植菌株要么在选择性扫描过程中被取代，要么减少到低丰度。在编码区，84 个 SNV 中有 77 个是非同义的，39 个插入缺失中有 37 个导致破坏性的框内缺失或移码突变（补充表 2）。尽管大多数突变是单个分离株所特有的，但在多个分离株中检测到位于 30 个基因中的 57 个突变（扩展数据图 2b、c）。与来自 NZW × BXSB F1 小鼠的肝脏分离物一样，这些实验进化的分离株中的突变富含编码转录调节因子或参与营养运输和环境感应的基因（扩展数据图 2d）。
为了检查特定基因的突变是否与动物和笼子之间的定点特异性定植有关，我们比较了肝脏和粪便种群之间检测到的所有突变的频率。我们发现 walK 和 manX 突变在粪便分离株中富集，而 manY 、 lacE、ypdA 和 immR 突变在肝脏分离株中更常见（图 1f-h 和扩展数据图 3a-d）。在来自多个独立实验 （即跨等笼） 的分离株中检测到这些基因的突变，表明平行适应性进化。与 SPF 肝脏和粪便分离株类似，与 manY、lacE、ypdA 或 immR 突变的代表性肝脏分离株或祖先分离株相比，代表性粪便 walK/manX 突变体在双定植小鼠结肠中的竞争适应性增强（扩展数据图 3e）。总之，这些数据表明，宿主内进化推动了 E. gallinarum 的分化，分为具有不同生态位偏好的多个谱系。
walK/manX 突变体在双定植小鼠结肠中的竞争适应性增强
尽管它们在 E. gallinarum 中的特异性功能表征不佳，但 manX、manY 和 lacE 编码磷酸转移酶系统的甘露糖特异性酶 II12 和乳糖特异性酶 II13 的成分，分别介导甘露糖和乳糖转运;walK14 和 ypdA15 编码来自双组分系统的传感器组氨酸激酶，walK 调节细胞壁代谢16;immR 编码螺旋-转角-螺旋转录调节因子，该调节因子控制移动遗传元件的表达并可能介导对氧化应激的适应（补充表 8 中提供了基因摘要）。在 SPF NZW × BXSB F1 小鼠的肝脏分离株中也检测到 immR、lacE 和编码转录调节因子的下游基因突变（图 1i）。来自单定植和自然定植的自身免疫易感 SPF 小鼠的肝脏分离株的这种共享突变模式表明，E. gallinarum 可能面临类似的选择压力，并在这两个独立环境中获得共同特征。
E. gallinarum 可能面临类似的选择压力
扩展数据 图 2 在单定植 C57BL/6 小鼠的 E. gallinarum 分离株中检测到突变
NSY, nonsynonymous SNVs; SYN, synonymous SNVs; Indel, small insertion/deletion variant; Inter, intergenic variant. The schematic in a was created using BioRender.
扩展数据 图 3 E. gallinarum 在单定植小鼠中的宿主内进化
接下来，我们试图确定选择和维持肝脏分离物的生态位。我们重建了每只单定植小鼠肝脏和粪便菌株之间的进化关系，并注意到多只小鼠（尤其是那些肝脏易位水平高的小鼠）在肝脏中含有不同的E. gallinarum谱系，其中一些与粪便谱系有关，而另一些仅在肝脏中检测到（图 2a 和扩展数据图 4a-d）。例如，在小鼠 7 中，在肝脏和粪便中均检测到 manY/lacE/ypdA 三重突变体，而仅在肝脏中检测到 immR 突变体（图 2a）。这种观察结果可能是由于该谱系在肝脏中的长期定植和存活，或者是对表现出增强肝脏易位的肠道 E. gallinarum 种群的不完整采样造成的。为了区分这两种可能性，我们首先通过静脉注射具有代表性的 manY/lacE/ypdA 和 immR 突变肝菌株的 SPF 小鼠并跟踪它们在肝脏中的存活时间，检查了 E. gallinarum 肝脏分离株是否可以持续定植肝脏。尽管 3 天后在所有动物中都检测到高水平的两种菌株，但大多数动物在两周后肝脏中没有可检测到的E. gallinarum（图 2b，c）。这些结果表明，肝脏 E. gallinarum 菌株不能长期定植肝脏，相反，细菌必须通过从肠道转移来不断重新播种肝脏。由于许多肝脏相关谱系在粪便样本中的代表性很差，我们推测肝脏转位微生物可能会从肠道内的粘膜生态位排出。因此，我们使用鸟枪法宏基因组学评估了E. gallinarum在小肠和大肠粘膜(mucosa)和小管腔(lumen)以及肝脏本身中的谱系定义突变的分布（图 2d）。我们发现，粪便种群中富集的突变在肠腔中占主导地位，尤其是在结肠腔(colonic lumen)中。相比之下，肝脏相关突变在与肠粘膜相关的群体中高度富集（图 2e）。总之，这些数据表明 E. gallinarum 的肝脏分离株主要来源于定植于粘膜相关生态位的肠道 E. gallinarum 亚群。
肝脏 E. gallinarum 菌株不能长期定植肝脏，相反，细菌必须通过从肠道转移来不断重新播种肝脏
许多肝脏相关谱系在粪便样本中的代表性很差，我们推测肝脏转位微生物可能会从肠道内的粘膜生态位排出
图 2 E.gallinarum 肝脏分离株主要来源于与肠粘膜相关的谱系
为了明确测试单定植衍生的肝脏和粪便 E. gallinarum 分离株是否表现出不同的生态位偏好，我们用代表性肝脏 （manY/lacE/ ypdA 或 immR 突变体） 和粪便分离株 （walK/manX 突变体） 对 GF 小鼠进行了双定植。我们发现肝脏分离物在小肠粘膜 （SIM） 中富集，在结肠腔中含量最低（图 3a）。由于强大的宿主防御能力，宿主相关的生态位，例如结肠内粘液层和小肠隐窝，通常对微生物具有敌意。我们推测肝脏分离株可能来自对免疫清除产生增强抵抗力的肠道群体，这使它们能够占据粘膜生态位。为了检验这一假设，我们测量了肝脏和粪便分离物对抗菌肽和酶杀死或吞噬细胞吞噬的敏感性。为了检验这一假设，我们测量了肝脏和粪便分离物对抗菌肽和酶杀死或吞噬细胞吞噬的敏感性。正如预测的那样，与粪便分离物相比，肝脏分离物对 cathelicidin 相关抗菌肽 （mCRAMP） 的杀伤（扩展数据图 5a）、溶菌酶介导的生长抑制（图 3b）和骨髓来源的巨噬细胞 （BMDM） 的吞噬作用的抵抗力明显更高（图 3c）。
强大的宿主防御能力，宿主相关的生态位，例如结肠内粘液层和小肠隐窝，通常对微生物具有敌意
cathelicidin 相关抗菌肽 （mCRAMP） 的杀伤
溶菌酶介导的生长抑制
骨髓来源的巨噬细胞 （BMDM） 的吞噬作用
为了确定免疫逃避的潜在机制，我们使用 RNA 测序 （RNA-seq） 评估了两种代表性肝脏分离株和一种粪便分离株的微生物基因表达。这三种分离株的全局转录组分别聚集 （Fig. 3d），肝脏和粪便分离株表现出大约 1,000 个差异表达基因，表明观察到的调节基因突变对细菌基因表达有广泛的影响（扩展数据图 5c、d）。粪便和肝脏分离株也与祖先分离株不同（扩展数据图 5e-g）。许多在肝脏分离株中表达增加的基因与细菌细胞壁结构有关（图 3e 和扩展数据图 5h，i）。例如，pgdA 的同源物编码肽聚糖 N-乙酰葡糖胺脱乙酰酶，有助于其他物种的溶菌酶抗性。因此，与野生型 （WT） 对照相比，E. gallinarum 的 pgdA 插入突变体对溶菌酶介导的抑制 （图 3f） 和静脉注射后肝脏清除率 （扩展数据图 5j） 明显更敏感。通过透射电子显微镜 （TEM） 测量，肝脏分离物还表现出一层厚厚的荚膜多糖，这在祖先菌株和粪便分离物中基本不存在（图 3g）。值得注意的是，细菌胶囊可以通过促进逃避先天免疫反应来充当肠球菌属的毒力因子。总体而言，在肝脏分离物中观察到的细菌细胞壁修饰可能解释了它们对免疫清除的抵抗力增加。
许多在肝脏分离株中表达增加的基因与细菌细胞壁结构有关
图 3 E. gallinarum 肝脏分离株表现出对免疫清除和细胞壁结构改变的抵抗力增加
接下来，我们使用回肠上皮细胞 （IEC） 和全回肠组织的 RNA-seq 分析检查了 E. gallinarum 的肝脏和粪便谱系是否在肠道中诱导不同的宿主反应。哪些宿主相关基因可以被微生物调控?微生物定植 8 小时后，与肝脏分离定植小鼠相比，粪便分离定植小鼠在 IEC 中表现出免疫反应基因的表达增加，包括参与协调增强屏障防御的基因（扩展数据图 6a、b）。特别是，参与抗原加工和呈递（如 H2-DMb1、Tapbp）、自噬（如 Atg13、Atg14）和粘蛋白产生（如 Muc2、Muc3）的基因在粪便分离定植小鼠的 IEC 中上调（扩展数据图 6b）。在这个早期时间点，全回肠组织对肝脏和粪便分离物表现出等效的反应。粪便分离物引发的 IEC 中增强的免疫反应在定植后两周持续存在（图 4a 和扩展数据图 6c-e）。然而，在这个较晚的时间点，肝脏分离定植的小鼠在回肠组织中表现出炎症特征增加（扩展数据图 6c、d），包括单核吞噬细胞（如 Cd36、Cd44、Cd11c、Ly6c1、Cx3cr1）和吞噬细胞趋化物（如 Cxcl12、Cxcl14、Ccl11）标志物的增加（图 4a）。值得注意的是，用肝脏和粪便分离物定植的小鼠表现出大致相同的回肠细菌负荷（扩展数据图 6f），表明不同肠道免疫反应的诱导不仅仅是由于细菌密度不同。
哪些宿主相关基因可以被微生物调控?
粪便分离定植小鼠在 IEC 中表现出免疫反应基因的表达增加
与 RNA-seq 结果一致，粪便分离物诱导了末端回肠中更多的粘液产生（图 4b）和增加杯状细胞增生（扩展数据图 6g）。最后，用粪便分离物定植的小鼠表现出上皮内淋巴细胞 （IEL） 标志物表达增加，包括 Cd3e 、 Cd8a 、 Trdc 和 Itgae （扩展数据图 6b） ，并在免疫组织化学分析的基础上显示 CD3 + IELs 增加 （扩展数据图 6h）。总之，这些数据支持一个模型，其中粪便 E. gallinarum 引发增强的上皮细胞反应，通过增加粘液产生和 IEL 募集来增强上皮屏障，而肝脏分离物逃避上皮表面的初步检测，而是在固有层中引发炎症反应。
肝脏分离物逃避上皮表面的初步检测，而是在固有层中引发炎症反应
图 4 E. gallinarum 肝脏分离物引发有限的屏障防御，表现出增加的细菌易位，并诱导肠道和肝脏炎症
扩展数据 图 6 肝脏和粪便 E. gallinarum 分离株在肠道和肝脏中引起不同的免疫反应。
由于用 E. gallinarum 肝脏分离物定植的小鼠表现出肠粘液、IEL 募集和紧密连接蛋白表达（由 Tjp1 编码）减少（图 4a），我们推测它们也可能表现出肠道完整性受损。事实上，与粪分离定植小鼠相比，肝脏分离定植小鼠的肠道通透性增加（图 4c）。粪便分离定植小鼠中增强的屏障完整性与 Toll 样受体信号传导无关，但依赖于淋巴细胞，因为 Rag1 −/− 小鼠无论定植状态如何都表现出等效的屏障完整性（扩展数据图 6i）。在单定植小鼠中，与粪便分离物相比，两种具有代表性的肝脏分离物都显示出增强的细菌转位到 mLNs（图 4d）和肝脏（图 4e 和扩展数据图 6j）。
在“肠漏”模型的基础上，我们接下来试图检查实验进化的肝脏分离物是否也表现出越过肠道屏障向肝脏等全身部位的易位增加。在单定植小鼠中，与粪便分离物相比，两种具有代表性的肝脏分离物都显示出增强的细菌转位到 mLNs（图 4d）和肝脏（图 4e 和扩展数据图 6j）。此外，与粪分离物定植小鼠相比，用代表性肝脏分离物单定植 2 周的小鼠表现出肝脏炎症基因表达增加，包括编码促炎细胞因子、干扰素刺激基因、血清淀粉样蛋白 A 蛋白和胶原蛋白的基因上调（图 4g 和扩展数据图 6k）。
由于肝脏分离株在体外对 mCRAMP 、溶菌酶和巨噬细胞吞噬作用更具抵抗力，我们还推测肝脏分离株在体内可能在肝脏中持续更长时间。为了测试这种可能性，我们向小鼠静脉注射肝脏或粪便分离物，并在 5 天后评估肝脏中的细菌载量。虽然此时粪便分离物几乎完全清除，但两种肝脏分离物都持续在高水平（图 4h）。这些结果表明，E. gallinarum 的宿主内进化有助于增强向肝脏的易位和在肝脏中的存活至少 5 天但少于 2 周（图 2b，c）
鉴于自然和实验进化的肝脏 E. gallinarum 分离株中增强的肝脏易位能力和共享突变模式，我们推测源自 SPF NZW × BXSB F 1 小鼠的肝脏分离物可能表现出与来自单定植小鼠的肝脏分离物大致相似的表型。与单定植衍生的肝脏分离物一样，来自 NZW × BXSB F1 小鼠的代表性肝脏分离物具有较厚的多糖荚膜，并且与代表性粪便分离物相比，对 mCRAMP 和肝脏清除率更具抵抗力（扩展数据图 7a-c）。此外，与用 F1 粪便分离物定植的小鼠相比，用 F1 肝脏分离物单定植的 gnotobiotic 小鼠表现出肠道通透性和回肠炎症增加（扩展数据图 7d，e）。由于 E. gallinarum 易位会加剧 NZW × BXSB F1 小鼠的全身自身免疫，我们接下来通过用 TLR7 激动剂咪喹莫特处理单定植的 C57BL/6 小鼠来诱导自身免疫，从而测试 F1 肝脏分离物是否可能引发增强的自身免疫相关表型与 F1 粪便分离物相比（扩展数据图 7f）。我们发现肝脏分离定植的小鼠表现出更多的细菌易位（扩展数据图 7g-i）并表现出恶化的狼疮样表现（图 4i），包括肝脾肿大、蛋白尿和血清抗 dsDNA 自身抗体增加。这些数据表明，E. gallinarum 的宿主内进化在体内进化的简化实验模型（即单定植）和包含复杂微生物群落的自然定植宿主中导致大致相似的表型和功能后果。此外，他们表明 E. gallinarum 的肝脏易位菌株加剧了化学诱导的自身免疫相关表型。
扩展数据 图 7 来自 SPF NZW × BXSB F1 小鼠的肝脏 E. gallinarum 分离物表现出与来自单定植的实验进化肝脏分离物相似的特征
为了检查在复杂肠道微生物群存在的情况下，E. gallinarum 的发散进化是否也发生在 WT 小鼠中，我们用 F1 粪便分离物和九种模拟微生物群落定植 GF 小鼠（以下简称 MC 小鼠）或管饲 SPF C57BL/6 小鼠具有相同的粪便分离物（图 5a）。7 周后，一半的 MC 小鼠表现出 E. gallinarum 肝脏易位 [图 5a（上）]。我们从一只肝脏易位小鼠的肝脏和粪便中挑选了集落，并使用 WGS 重建了它们的进化历史。与单定植小鼠和选择 NZW × BXSB F1 小鼠一样，来自 MC 小鼠的肝脏 E. gallinarum 分离株也获得了 immR 基因的突变。相比之下，粪便分离株主要由 mga 突变谱系组成（图 5b 和补充表 3）。与 MC 小鼠相比，用 E. gallinarum 定植一年半的 WT SPF 小鼠没有可检测到的肝脏易位（图 5a（中）），这可能是由于在这种情况下存在的 E. gallinarum 种群规模小（无法通过 16S rRNA 基因测序检测到）结合健康的 SPF WT 小鼠中存在的强大屏障完整性。然而，来自这些小鼠的 SIM 或粪便的 E. gallinarum 分离株在遗传上存在差异（图 5c 和补充表 4）——spxA 或 yxdM 突变体在 SIM 中占主导地位，而 norD/yocH 双突变体在粪便中富集（补充表 8）。在不同实验模型中观察到的不同突变模式可能是由于微生物群组成、宿主遗传学或炎症状态的差异。尽管存在遗传差异，但与匹配的粪便分离物相比，来自 MC 小鼠的代表性肝脏分离物和来自 SPF 小鼠的 SIM 分离株在静脉注射后表现出增强的肝脏清除抵抗力（图 5d，e）。这些数据表明，E. gallinarum 可以在多种环境中分化为粘膜谱系与管腔谱系，包括在健康的 WT SPF 动物中;然而，肝脏易位可能仅在特定的遗传或环境条件下发生（例如，在自身免疫易感 SPF 动物或单定植小鼠或 MC 小鼠中）。
图 5 跨其他微生物环境和细菌种类的宿主内进化
最后，我们想知道适应粘膜与管腔生态位的独特谱系的发散进化是E. gallinarum所独有的，还是也会发生在其他肠道共生体中。我们使用两个系统发育和表型不同的物种来解决这个问题。罗伊氏乳杆菌，可以在狼疮小鼠模型中易位到肝脏，脆弱拟杆菌，它可以定植粘膜隐窝，但被认为不会易位到肝脏。在评估肝脏易位之前，我们用罗伊氏乳杆菌或脆弱芽孢杆菌对小鼠进行单定植 3 个月。罗伊氏乳杆菌定植小鼠的一个亚群表现出肝脏易位（图5a下）。而脆弱芽孢杆菌定植的小鼠没有可检测到的细菌易位（扩展数据图 8a），表明在这种情况下转移到肝脏的能力并非对所有微生物都是通用的。罗伊氏乳杆菌的肝脏和粪便分离株在基因型上存在差异：lacS/greA/ccpA 三重突变体在肝脏群体中富集，而 peg257 突变体在粪便中占主导地位（图 5f 和补充表 5 和 8）。与粪便分离物相比，代表性的罗伊氏乳杆菌肝脏分离物在体内表现出增强的肝脏持久性（图 5g）。尽管在该模型中脆弱芽孢杆菌未能转位到肝脏，但我们发现来自 SIM 和粪便的脆弱芽孢杆菌分离株在遗传上也存在差异（扩展数据图 8b 和补充表 6），这表明可能适应粘膜相关与管腔生态位。尽管静脉注射的脆弱芽孢杆菌菌株被肝脏迅速清除，但与粪便分离株相比，SIM 分离株在非常早期的时间点仍显示出肝脏持久性显着增加（扩展数据图 8c）。综上所述，这些结果表明，微生物对粘膜与管腔生态位的适应可能发生在多个共生物种中，但进化肝脏易位能力的能力可能依赖于分类学。
扩展数据 图 8 B. fragilis 在单定植小鼠中的不同进化
补充表 7 本研究中使用的选定细菌菌株的元数据