血清抗体既可以识别病原体，也可以识别共生肠道菌群。然而，我们目前对抗体库的理解很大程度上是基于相应B细胞受体基因的DNA测序，而实际的细菌抗原靶点仍未完全确定。本文报道了997名健康人对244 000种合理选择的肠道微生物和致病菌及益生菌所产生的肽抗原的血清抗体反应。利用基于噬菌体展示的人工合成寡核苷酸库的噬菌体免疫沉淀法序列(PhIP-Seq)，我们发现了总的来说，我们的研究结果表明，系统性抗体反应提供了一个非冗余的微生物群信息层，超越了肠道微生物种类组成。

　　通讯作者单位：以色列魏茨曼科学研究所计算机科学与应用数学系；魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系

　　份个粪便样本的宏基因组测序中筛选出潜在的肠道微生物菌群抗原，这些人的血清样本也可用于抗体检测。除了几种肠道病原体的蛋白质外，我们还从免疫表位数据库（

　　）和引起感染性疾病的病原体以及人类自身抗原。此外，还包括了常作为益生菌菌株的蛋白质和以前报道的被抗体包被菌株的蛋白质（表

　　个氨基酸重叠），抗体靶向蛋白片段的表位解析能被清楚的分析。每个肽段用大肠杆菌密码子编码，并在编码序列内进行条形码鉴定。我们丰富了分泌蛋白和表面蛋白的文库，这些蛋白更有可能与抗体结合。

　　）。我们观察到很少甚至没有潜在的针对随机多肽或阴性对照人类蛋白的非特异性结合，而针对常见病毒表位阳性对照的抗体应答可靠地复制（扩展数据图

　　个病例中，强有力地检测到这些抗体制剂与库中各自免疫原的肽表征结合，并且几乎没有交叉反应的证据（扩展数据图

　　的人群中富集了数以万计的多肽，这表明了个体特异性抗体应答。我们还检测到个体之间针对微生物菌群抗原的抗体应答重叠，共享

　　提供了详细的抗原列表）。这些结果支持以下观点：在中，肠道微生物群通常会引发除粘膜外的全身抗体反应。

　　）。结果表明，健康个体之间的抗体应答扩展到肠道微生物群抗原和益生菌，这表明人群范围内的聚合抗体识别并不局限于病原体。绝大多数的微生物群抗原是由

　　结合，而对于其他肽，这两种抗体类别在不同程度上重叠。在结合肽的功能基团中，鞭毛和分泌蛋白的比例明显超标（图

　　），这与它们作为显性细菌抗原的作用一致。从同型对照实验推断，一些几乎普遍结合的抗原似乎代表抗体结合蛋白，如葡萄球菌

　　在小鼠模型和几十人的队列中已经报道了针对共生菌的全身抗体反应。这些研究已经特别检测到了针对某些肠道菌群的血清抗体。然而，据我们所知，血清

　　），这代表着一个大型细菌物种参考数据库。为了检测抗体反应和肠道微生物组组成之间的相似性，我们在宏基因组测序中比较了不同个体血清抗体反应的汉明距离（

　　对感染或接种疫苗的血清学反应的稳定性是众所周知的。尽管已经证明分泌抗体的浆细胞在肠道中存在了几十年，但肠道微生物菌群抗原对全身抗体反应的稳定性尚不清楚。队列中的

　　年收集的个人基线血清样本准确匹配（选择最接近的匹配样本）。采用贪婪匹配算法（对每个样本进行最接近的匹配）可以得到所有样本的完美匹配。这些

　　表位序列的纵向稳定性并不局限于病原体，这表明肠道微生物菌群也可以引发持久的全身抗体反应：匹配个人从整个微生物菌群在抗原的样本库与平均

　　个个体的纵向微生物组测序数据。我们比较了来自相同个体的宏基因组测序的肠道微生物组成的纵向稳定性（图

　　个）。由于相对丰度可能比细菌物种的存在或者缺失表现出更高的波动，我们也评估了宏基因组数据中基因存在的稳定性（扩展数据图

　　的个体纵向样本匹配。微生物群落的稳定性可能会因肠道取样区域的不同而发生很大变化。因此，在这些实验中分析的粪便样本在每个个体水平上可能比血清抗体库更不稳定。

　　表位序列，我们检测到大量针对肠道微生物菌群抗原的特有和公共抗体反应。我们的工作提供了抗微生物菌群

　　表位序列的人群规模视角，而以往的研究集中在更小的几十个个体的队列中，没有包括本研究整合的临床数据分析。

　　在宏基因组测序中，我们没有发现血清抗体反应与相应肠道微生物物种丰度之间明确的个体特异性关联（图

　　），这些结果受到检测阈值的限制。体内存在的少量细菌在微生物组测序中无法检测到，可能会引起微弱的抗体反应，这可能会在更例的个体中显示出相关性。在我们的实验中，在粪便样本的宏基因组测序中通常检测到的微生物群不会引起强烈的血清抗体反应，反之亦然，这可能是由于清除了通过粘膜免疫系统平行到达血流的细菌物种。由于针对微生物菌群的

　　），瞬时肠道菌群的潜在易位可能引发持续的系统反应，在我们的试验中检测到了，但在宏基因组测序中没有检测到。总的来说，针对肠道菌群特异性抗原的血清

　　表位可能不能直接反映肠道菌群的变化。血清抗体反应也可能受到肠道微生物群之外的因素的影响，例如来自身体其他部位的暴露。

　　表位序列与年龄和性别密切相关，提示它们可能携带与人类健康相关的丰富生物学信息。针对乳杆菌种类抗原的抗体反应在女性中占多数。嗜酸乳杆菌和约氏乳杆菌在肠道和微生物群中很常见，这表明泌尿生殖道对性别的影响或益生菌消费的差异。此外，对于普雷沃氏菌（

　　）等其他细菌，暴露在肠道以外的身体其他部位以及交叉反应，可能会导致观察到的全身抗体反应。健康人外周血中针对肠道微生物的抗体反应可能来源于不同的机制。尽管我们研究中的健康个体预期有完整的肠道屏障，少量的肠道微生物产物仍可能到达血液，并引起系统

　　老年人对志贺氏菌（一种引起腹泻的肠道病原体）以及各种肠道微生物群更常表现出抗体反应。这些差异可以解释为老年人在一生中遇到了更多的抗原，或者是老年人肠道通透性增加和含微生物产品的潜在转运。另一种可能的解释是，环境、习惯或出生年份的变化可能与微生物群的不同暴露有关。例如，如果所有出生在

　　年代的人都接触于某种病原体的爆发。在这方面，关于以色列志贺氏菌病的流行病学数据有些不确定：虽然病例在

　　年代达到高峰，但在这一高峰之后的感染率仍然高于高峰之前。在一个人的一生中暴露在这种环境中，加上前面提到的因素，如肠道通透性增加和老年人的潜在转运，可能是观察到的抗体反应的原因。

　　测序的方法来阐明肠道微生物的抗体涂层捕捉当前存在的微生物或可培养生物体的快照。我们的方法提供了一种互补的策略，以基于蛋白质的抗原及其表位高分辨率研究，以及以前遇到的抗原的免疫记忆。这个时间方面提供了微生物组

　　测序之外的另一层信息（该信息也局限于样本采集时对存在的细菌的检测），并可以说明微生物的持久免疫影响。

　　个氨基酸）。这一长度有望充分代表线性表位，而需要正确折叠较大蛋白质区域的构象表位可能会被遗漏，影响我们检测的敏感性。人类抗体识别的线性或者构象表位的比例还不完全清楚，在实验上很难确定。此外，构象表位的长度分布尚不清楚，

　　提供了肽长度、库大小、并对测量的适用性和成本之间进行很好的折中，同时允许对所提供的肽进行合理选择（即不需要使用随机肽）。本研究也仅限于蛋白质抗原。微生物菌群抗原还包括多糖、脂质和翻译后修饰。非蛋白产物如脂多糖可对固有和适应性免疫细胞发挥强大的免疫调节作用。蛋白抗原被认为是诱导具有高特异性的

　　细胞依赖性的抗体靶向。因此，我们研究中使用的蛋白质抗原可能比针对非蛋白抗原的低亲和力抗体具有更灵敏的检测能力，并可能代表更有前景的生物标志物。虽然我们的实验方法提示了抗体识别的功能性抗原，但将这些抗原与相关的

　　越来越多的人认识到，肠道菌群影响肠道以外的免疫系统，抗体对微生物的反应与除炎症性肠病以外的几种免疫介导疾病有关，但是实际的抗原结合仍不清楚。这里创建的微生物菌群抗原库可以代表一个强大的、广泛适用的工具，用于在这些环境中挖掘系统生物标志物和靶标。