微生物组

从人体微生物组计划(2007年)到国家微生物组计划(2016年),美国酝酿了十年,各国也对微生物组研究投入了大量努力。微生物组学研究发展非常快,肠道微生物组与人体的多种疾病相关联,深刻影响了疾病的治疗和临床研究,包括体重、糖尿病、免疫系统、肠道疾病、代谢疾病、炎症、心脏病、大脑神经系统等等,被认为是人体的“第二基因库”。

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肠道微生物研究进展一览

来源:本站原创 2017-07-28 19:57

2017年7月28日/生物谷BIOON/---本期为大家带来的是肠道微生物与机体健康相关的研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。


DOI: 10.1002/ehf2.12155



最近一项研究发现,心脏衰竭患者的肠道缺乏某一类特定的微生物。来自德国心血管研究中心的科学家们提供的证据能够帮助我们理解肠道微生物与心脏衰竭疾病发生之间的联系。

长期以来,我们已经知道心脏衰竭与肠道微生物之间存在某种相关性。例如,在心脏衰竭发生过程中,肠道内的血液供给将明显下降,小肠壁变得更薄且易于穿透,因此肠道微生物容易由此进入血液中。此外,科学家们发现对于多数其它类型的疾病(例如II型糖尿病)来说,肠道微生物的构成会发生变化。

在最新的这一研究中,作者们分析了健康人以及心脏衰竭患者粪便样本中的肠道微生物。结果显示,样本中的微生物基因组能够反映两组人群之间的肠道微生物构成的差异。其中一些重要的细菌类型在心脏衰竭患者体内发生显著下降。至于研究这一现象背后的原因,研究者们认为饮食、医药以及抽烟等都会起到一定的影响。

作者发现,肠道微生物组中的Blautia能够起到抑制炎症反应的效果,而Faecalibacterium类细菌具有相似的抗炎症效应。由于心脏衰竭患者往往伴随着慢性炎症的发生,因此肠道微生物在心衰过程中的转变可能会导致系统性的炎症反应。虽然大部分研究者们认为肠道微生物的变化是由心脏衰竭导致的,然而作者等人则认为细菌构成的差异或许是造成心脏衰竭的起因。

研究者们认为,后续的研究应当着重于揭示心脏衰竭患者中肠道微生物的改变的起因与后果,这或许有助于我们对这一疾病的发生的进一步的理解以及针对性的治疗手段的开发。



DOI: 10.1172/JCI93450


对于患有类风湿性关节炎的患者来说,自体反应性的T细胞激活会引发严重的炎症反应,进而引起滑液关节的恶性损伤。尽管目前与类风湿性关节炎有关的遗传因素已经被鉴定得到,然而环境因素同样起到了十分重要的影响。最近一项研究表明,类风湿性关节炎最初是由肠道微生物引发的免疫反应导致的,不过肠道来源的自体免疫反应对于类风湿性关节炎到底有怎样的影响仍不清楚。

最近,来自麻省总医院的Annalisa Pianta课题组一项发表在《JCI》杂志上的文章揭示,肠道常见的细菌分泌的两类蛋白质能够引发类风湿性关节炎患者体内的免疫反应。研究者们此前发现,在超过50%的类风湿性关节炎患者中,GNS以及FLNA两类蛋白均能够引发T细胞与B细胞的免疫反应,但对于正常人来说则没有这一效应,因此上述两类蛋白属于类风湿性关节炎的特异性自体抗原物质。尽管这两类蛋白主要存在于关节的滑液中,但研究者们发现肠道的微生物也会分泌结构相似的蛋白成分。

目前,我们仍不清楚肠道微生物引发的异常免疫反应是如何导致风湿性关节炎的恶化的,然而这一发现验证了肠道与滑液自体免疫之间存在重要的相关性。此外,GNS以及FLNA抗原的发现也会我们未来的临床诊断与治疗提供了新的靶点。



DOI: 10.1038/nm.4345



最近由来自西班牙赫罗纳大学的研究者们发现了治疗糖尿病的经典药物二甲双胍的具体工作机制。他们发现该药物调控血糖的关键在于调控肠道内的微生物。

"一个有意思的现象是,虽然我们已经使用二甲双胍治疗糖尿病长达60年的时间,但对于其具体的工作机制却一直不清楚",该研究的首席作者,分子医学系教授Fredrik B?ckhed说道。相关结果发表在《Nature Medicine》杂志上。

人体中含有的微生物数量远远超出细胞的数量,大部分细菌都存在于肠道中,是目前已知最密集的生态系统。更令人惊奇的是,细菌拥有的基因的数量是人体基因总量的1000多倍。

Fredrik B?ckhed等人此前已经发现在II型糖尿病患者接受肠道肥胖症治疗手术之后,肠道的微生物会发生明显的变化,通过临床试验,研究者们认为这是由于肠道微生物受到了二甲双胍的影响。

通过对接受药物治疗的22名患者的微生物组以及对照组患者的微生物组进行测序分析,发现患者在接受治疗之后2个月内体内微生物组的水平会发生明显的改变。通过实验室水平的研究,研究者们证明二甲双胍能够促进肠道中一部分与提升代谢水平有关的微生物的数量的上升。

一些患者能够依靠二甲双胍控制疾病的严重程度,但其他一些患者则没有效果。这也许与他们各自的微生物组构成有关,因此,如果我们能够找到改变肠道微生物组的方法,那么就有希望改进糖尿病患者的治疗效果。





保护孩子以及教育他们养成健康的习惯以顺利成长是母亲的天然使命,而如今的一项新研究则表明母亲体内的有益细菌能够具有相同的作用。

这一研究结果表明,孩子肠道内30%的益生菌是来自于母乳喂养,而另外有10%则是来自于母亲乳房表面的细菌。此外,接受母乳喂养的孩子在开始摄入固体食物之后还能够保持这一效应,即体内益生菌的数量增长以及身体健康程度的增强。

出生之后,来自于母亲以及环境中的益生菌就开始在婴儿肠道内积累。这些细菌能够帮助婴儿消化食物以及训练其免疫系统识别"朋友"以及"敌人"。然而,科学家们仍然无法完全理解帮助婴儿建立健康的肠道微生物组的分子机制。

"母乳是神奇的液体,通过数百万年的进化,能够起到促进宝宝健康,尤其是增强其免疫能力的作用",该研究的通讯作者Grace Aldrovandi博士说道:"我们的研究鉴定出了一种新的分子机制"。相关结果发表在最近一期的《JAMA Pediatrics》杂志上。

在该研究中,作者们对107对母婴进行的检测,分析了细菌通过母乳进行传递的机制。

此前的研究表明肠道内菌群的恩定性对于人们抵抗多种免疫类疾病十分关键。例如,患I型糖尿病的儿童期肠道内微生物组的结构出现了异常,此外,健康的肠道能够保护机体免受过敏反应、哮喘以及IBD等疾病。

研究者们收集了宝宝出生一年之间的母亲乳汁样本以及婴儿的粪便样本,此外他们还刮取了母亲乳头附近的表皮组织。通过分析,他们找到了在母亲以及婴儿身上均存在的细菌类型以及具体的丰度。关于乳汁中细菌的来源目前还不清楚,不过有一种假说认为这些细菌是从母亲的肠道迁移过来的。

作者们希望未来能够对这一研究进行扩展,通过分析婴儿后期的样本对成年人微生物组的变化进行更深入的理解。



DOI: 10.1126/scitranslmed.aal4651



最近,来自美国NIH的研究者们发现湿疹与一类细菌之间的联系。在最近发表在《Science Translational Medicine》杂志上的一篇文章中,研究者们揭示了这种皮肤疾病与细菌之间的密切联系。

湿疹是皮肤的部分区域发生瘙痒、颜色异变等症状的疾病。除了刺激性的感觉之外,由于该疾病往往高发于年轻人群体,因此还会造成不小的心理疾病。一些研究发现湿疹还会引发过敏症状。瓷碗的研究表明, 湿疹的发生或许与特性的微生物有关,但尽管不少证据表明湿疹的病变部位存在大量细菌,此前我们一直不清楚这与湿疹之间存在因果关系,或仅仅是副效应而已。

其中一类可能的致病菌为金黄色葡萄球菌,它生活在人体的皮肤组织中,但在病变过程中会急剧地增殖。为了研究该细菌与湿疹之间的关系,研究者们对18名儿童志愿者进行了研究,其中11名患有湿疹。研究者们刮取了患者体表的皮肤组织,分离了其中的微生物成分。

结果显示,在湿疹发作的过程中,金黄色葡萄球菌的比例有了明显的上升,此外,作者还发现在症状较轻的患者中,病变部位中存在较多的甲氧西林抗性细菌。

为了研究其中的因果关系,研究者们将样品接种到了小鼠的皮肤组织中,结果显示,这些细菌同样能够引发小鼠的皮肤炎症反应,而且相比其它类型的细菌引发的症状的严重程度更高。

研究者们称,这一结果并不能最终确定金黄色葡萄球菌在湿疹发病过程中的影响,但具有一定的指导意义。





最近一项由UCLA的研究者们作出的研究揭示了患有肠道应激综合征(irritable bowel syndrome,IBS)的患者其体内肠道微生物组与大脑之间的关系。

该研究第一次揭示患有IBS的患者肠道微生物组与大脑参与处理感受信号的区域之间的关系。结果表明,大脑产生的信号能够影响微生物组的构成,而微生物分泌的化学物质又能够反过来塑造大脑的结构。此外,研究者们还对儿童外伤,大脑的发育以及肠道微生物组结构之间的联系进行了深入的探究。

此前在小鼠水平的研究表明肠道的微生物能够调节大脑的功能以及行为,同时大脑产生的信号也能够调节肠道微生物的组成,然而,直到如今,仅仅有一项人体水平的研究证实了这一结论。

此外,虽然有很多研究报道了患有IBS疾病的人群中肠道微生物组结构的改变这一现象,但对于其中具体的微生物成分的变化却一直没有统一的结论,而且对于这些变化对IBS相关症状的影响也没有具体的研究。

说到儿童时期的创伤,有研究表明这些经历会影响人们今后的大脑结构与功能,小孩子时期的创伤经历也会改变肠道微生物的组成,但这两者究竟是如何相互影响的如今也不清楚。

作者们收集了29名患有IBS的患者以及23名健康人的行为学以及临床检测相关数据,还有他们的粪便样本进行分析。通过DNA测序以及多种数学手段对微生物的的多样性以及丰度进行定量计算。之后,研究者们将这一结果与大脑的结构特征进行了一一比对。

基于肠道微生物的组成不同,患有IBS的人群能够被分为两个亚群,其中一个与健康群体没有明显的差异,而另外一组则有明显的区别。此外,这些肠道微生物结构有明显区别的人群具有更多的早期创伤史,而且他们的IBS症状的持续时间也更久。

此外,两个亚群的患者的大脑结构也存在明显的区别

对肠道微生物进行分析渐渐成为临床长筛查IBS的主要手段。而在不远的将来,控制饮食以及摄入特定的微生物也将成为个体化治疗的主要方式。同时,对于患有IBS且大脑与肠道特征具有明显特异性的人群来说,他们对于大脑降压式的疗法、认知行为疗法以及靶向药物治疗的反应效果也将有明显的差异。

早期的创伤史与大脑的结构、功能的改变之间存在明显的相关性,而且会影响肠道微生物的组成。因此,有可能肠道微生物感知到这些信号,进而导致其微生物的组成发生永久性的改变。这些改变将可能对大脑的感受区域产生反馈,改变对肠道信号刺激的敏感度。

相关结果发表在《Microbiome》杂志上。(生物谷Bioon.com)

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