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Nature:突破性进展!揭秘双胞胎肠道微生物群落和肠道免疫力发育的关联

来源:生物谷 2016-06-06 22:31

图片来源:medicalxpress.com

2016年6月6日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自华盛顿大学医学院的研究人员对双胞胎从出生到2岁时进行研究发现,双胞胎儿童机体中肠道免疫系统的发育同肠道中数以万亿的微生物菌群的发育是同步的,相关研究刊登于国际著名杂志Nature上,该研究或为理解婴幼儿机体的健康生长发育提供一定思路,同时也为阐明多种机体免疫障碍,比如炎性肠病、食物过敏等疾病的发病机制提供研究基础。

文章中,研究者对来自圣路易斯市都会区的40对健康的双胞胎进行研究,同时研究人员也收集了来自无菌小鼠的研究数据(无菌小鼠体内缺少肠道微生物),研究人员将双胞胎机体中的肠道微生物输入到无菌小鼠机体中;研究人员还分析了年龄、遗传特性、饮食及其它环境因子对机体肠道免疫系统及微生物群落的影响效应,比如婴儿的出生方式(顺产还是剖腹产)。

研究者Jeffrey I. Gordon说道,这项研究为我们提供了一种新型研究思路来帮助揭示机体肠道免疫系统和肠道微生物群落系统在健康婴儿和儿童如何共同发育;如果我们可以鉴别出这两种系统相互作用的机制,我们就可以在婴儿出生后生长发育期间鉴别出其二者相互作用引发的干扰情况,并且阐明这些感染如何引发疾病的发生。

此前研究中,研究人员已经详细解析了机体肠道微生物的正常发育情况,在对来自孟加拉国等多个地区的婴儿和幼儿进行研究后他们鉴别出了不同地理区域中生长的健康儿童机体中所共有的肠道微生物群落元件,相关的研究也阐明了在部分地区营养不良的发生或许是因为肠道微生物群落的不成熟发育所导致。

当前研究中,研究人员对同卵双生和异卵双生双胞胎进行研究,同时他们对比了相同家庭中密切相关的个体间的差异,随后对比了不同家庭间儿童的机体差异情况;研究人员通过测定儿童机体中免疫球蛋白A(IgA)同发育中的肠道微生物群落间的相互作用机制来评估儿童机体免疫系统的功能,通过鉴别肠道中可以被IgA靶向或不靶向作用的肠道菌群,研究者就可以对儿童肠道免疫系统不同的成熟阶段进行标记。

研究者Gordon说道,IgA可以同发育中的肠道微生物群落中的某些特殊菌群进行结合,IgA的这种靶向作用模式并不能够简单反应成熟微生物群落中某些菌株风度变化的模式;而通过研究早期过程中婴儿机体的微生物群落,研究者发现,IgA靶向作用细菌的模式或许在不同家庭间的不同的,但随后在婴儿生长发育第二年却会演化成为一种共有的IgA靶向作用模式。

随后研究人员将来自6个月和18个月的双胞胎机体中的肠道微生物群落样本移植入年轻的无菌小鼠机体中,随后利用一系列饮食来喂养小鼠,这些饮食可以模拟母乳喂养到食物喂养的过程,同时以单独母乳喂养为对照;研究者发现,在婴儿机体中发现的IgA靶向作用细菌的年龄特异性模式在动物模型中或许可以再现,此外,部分IgA反应可以被饮食开关所影响,这就表明,饮食或许在该过程中也扮演着重要作用,但细菌原有的特性或许扮演着更大的角色。

当前研究人员正在研究来确定双胞胎婴儿机体中正常成熟的肠道IgA反应的共有程序是否也适用于其它地区生长的婴儿和儿童,其中包括营养不良的地区等。本文研究揭示了肠道免疫功能异常的一种新型通路,最后Gordon 说道,肠道微生物发育的正常模式和肠道IgA反应之间的差异是否会导致婴儿感染相关疾病的细菌风险增加,比如腹泻、和营养不良相关的疫苗接种损伤反应等,后期他们仍然需要深入研究才能够阐明。(生物谷Bioon.com)

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Development of the gut microbiota and mucosal IgA responses in twins and gnotobiotic mice

Joseph D. Planer, Yangqing Peng, Andrew L. Kau, Laura V. Blanton, I. Malick Ndao, Phillip I. Tarr, Barbara B. Warner & Jeffrey I. Gordon

Immunoglobulin A (IgA), the major class of antibody secreted by the gut mucosa, is an important contributor to gut barrier function1, 2, 3. The repertoire of IgA bound to gut bacteria reflects both T-cell-dependent and -independent pathways4, 5, plus glycans present on the antibody’s secretory component6. Human gut bacterial taxa targeted by IgA in the setting of barrier dysfunction are capable of producing intestinal pathology when isolated and transferred to gnotobiotic mice7, 8. A complex reorientation of gut immunity occurs as infants transition from passively acquired IgA present in breast milk to host-derived IgA9, 10, 11. How IgA responses co-develop with assembly of the microbiota during this period remains poorly understood. Here, we (1) identify a set of age-discriminatory bacterial taxa whose representations define a program of microbiota assembly and maturation during the first 2 postnatal years that is shared across 40 healthy twin pairs in the USA; (2) describe a pattern of progression of gut mucosal IgA responses to bacterial members of the microbiota that is highly distinctive for family members (twin pairs) during the first several postnatal months then generalizes across pairs in the second year; and (3) assess the effects of zygosity, birth mode, and breast feeding. Age-associated differences in these IgA responses can be recapitulated in young germ-free mice, colonized with faecal microbiota obtained from two twin pairs at 6 and 18 months of age, and fed a sequence of human diets that simulate the transition from milk feeding to complementary foods. Most of these responses were robust to diet, suggesting that ‘intrinsic’ properties of community members play a dominant role in dictating IgA responses. The approach described can be used to define gut mucosal immune development in health and disease states and to help discover ways of repairing or preventing perturbations in this facet of host immunity.

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