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科学家深入剖析肝脏疾病发生的微生物线索

来源:本站原创 2019-11-18 21:44

2019年11月19日 讯 /生物谷BIOON/ --1984年,微生物学家Barry Marshall将自己作为实验对象进行了研究,为了证明细菌会引发胃溃疡,他喝下了装有幽门螺杆菌的烧瓶内容物,近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,研究者Duan等人表示,不应该采取一些过激的行为来调查细菌与疾病的关联,尽管如此,研究人员对一种名为酒精性肝炎的肝脏疾病进行了仔细分析,在对小鼠的研究和对患有该病的患者的机体样本进行分析后,研究者提供了引人注目的证据来阐明一种可疑的细菌元凶或许参与了发病。

酒精性肝炎是一种与大量摄入酒精相关的疾病,这种疾病很难进行治疗,此前对小鼠的研究结果表明,肠道细菌粪肠球菌或许参与了疾病的发生,然而,粪肠球菌通常被认为是许多动物机体肠道中的“老朋友”,其通常在健康人类粪便中的所有细菌中占比不到0.1%,然而经过抗生素治疗后,肠道中的肠球菌属细菌水平就会增加,成为肠道中最常见的微生物类型之一,粪肠球菌会感染血液、心脏、膀胱、大脑和牙齿(做过根管手术)等。

图片来源:Duan et al. doi:10.1038/s41586-019-1742-x

研究者Duan等人对人类的粪便样本进行分析,在大约80%的酒精性肝炎患者的粪便中都发现了粪肠球菌,而且大约30%的粪肠球菌都存在一种能编码细胞溶素(cytolysin)的基因,此外,相比未患酒精性肝炎的人群而言,酒精性肝炎患者粪便样本中粪肠球菌的水平是前者的几乎300倍,然而这并不能证明这种疾病就是由粪肠球菌所引起的,研究证据表明,粪便中细菌溶素的存在与患者的死亡率有关,粪便样本中含有细胞溶素的人群中,有89%的人在入院后180天内发生了死亡,而粪便样本中缺少细胞溶素的酒精性肝炎患者中仅有3.8%的患者发生了死亡。

随后研究者分析了小鼠机体中肝脏疾病与粪肠球菌之间的关联,这些动物被移植了能产生或不能产生细胞溶素的粪肠球菌,随后其中一部分为喂以高酒精饮食,另一部分则给予无酒精饮食,只有喂以高酒精含量饮食的小鼠以及被植入产生细胞溶素粪肠球菌的小鼠出现了肝脏损伤。随后研究者利用无菌小鼠进行研究,将来自酒精性肝炎患者的粪便样本移植到无菌小鼠中,这些粪便样本中含有能或不能产生细胞溶素的粪肠球菌,结果表明,在高酒精饮食的小鼠体内移植了含有细胞溶素的粪便样本后,这些小鼠表现出了一定的肝损伤和肝细胞死亡的迹象,而移植了缺失细胞溶素的高酒精含量饮食的小鼠则并未表现出肝脏损伤的迹象。

为了理解诱发疾病的机制,研究人员从动物体内分离到肝脏细胞进行研究后发现,对细胞溶素暴露产生反应的细胞死亡或许具有一定的迹象依赖性,不管小鼠是否接受高酒精含量饮食,其对细胞溶素的反应都是一样的,这就表明,酒精并不是通过损伤肝脏细胞来引发酒精性肝炎,而是因为酒精增加了肠道内壁的通透性,从而使得产生细胞溶素的粪肠球菌能够进入到肝脏并引起疾病症状。

由于目前治疗酒精性肝炎的疗法非常有限,因此研究人员就想通过研究调查是否能通过深入研究噬菌体来开发一种行之有效的策略,相比抗生素而言,噬菌体具有高度特异性的优势,其能够避免杀死机体中的有益细菌,此外,由于人类细胞表面与细菌细胞表面有着本质的不同,所以噬菌体并不会感染动物细胞或人体细胞;近100年来,噬菌体一直被用来清除受感染的人类肠道中的沙门氏菌和志贺氏菌,同时其还能帮助清除致病性的梭状芽胞杆菌,此前有研究认为,未来有一天研究者或能利用噬菌体来重塑肠道微生物的组成,从而产生多种有益菌群来改善机体健康并降低人类患病风险。目前研究人员正在讨论是否能利用靶向作用粪肠球菌的噬菌体来治疗多种人类疾病,噬菌体能够杀灭与人类骨质和伤口感染相关的耐药性粪肠球菌,此外,其还能被用于食品工业,帮助清除奶酪等食品中的粪肠球菌,从而有效抑制有毒废弃物的产生。

为了检测是否能够开发出一种方法来特异性地从小鼠机体中移除产生细胞溶素的粪肠球菌,研究者识别出了一种能靶向作用粪肠球菌但并不会影响其它肠道菌群的噬菌体,他们发现,相比移植了能够杀灭在动物机体中并不经常存在的细菌的小鼠而言,接受了人类粪便移植、高酒精含量饮食且给予了靶向作用粪肠球菌噬菌体的小鼠的肝脏损伤程度较低。

这项研究分析了利用噬菌体来调查微生物对疾病影响的优势,研究者表示,噬菌体能被用来识别致病性的细菌组分,同时其还能作为一种潜在的疗法选择;当然了,研究人员后期还需要进行包括临床试验在内的进一步检测来评估噬菌体疗法是否能用于人体中,比如,在患者接受肝脏移植之前,利用噬菌体疗法来靶向作用肠道中的粪肠球菌等。

在研究者Duan等人这项研究中,研究者利用噬菌体来治疗一种致病因素通常存在于肠道菌群中的疾病,尽管很多噬菌体研究都重点关注利用这些病毒(噬菌体)来治疗与抗生素耐药性细菌相关的疾病,但Duan等人的研究扩展了噬菌体疗法的应用范围,有很多研究证据表明,肠道微生物能够影响大脑中特定细胞的功能,而且还有研究在分析是否这些肠道菌群在人类大脑中疾病扮演着关键角色;或许未来噬菌体疗法有望成为目前难以治疗疾病的新一代抗菌疗法的一部分,但事实上,可能还有很多疾病研究者并未意识到其与微生物组分有关,而这些疾病常常可以通过噬菌体疗法来解决。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Martha R. J. Clokie. Microbial clues to a liver diseaseNature (2019) doi: 10.1038/d41586-019-03417-3

【2】Marshall BJ, Armstrong JA, McGechie DB,et al. Attempt to fulfil Koch's postulates for pyloric Campylobacter. Med J Aust. 1985 Apr 15;142(8):436-9.

【3】Yi Duan, Cristina Llorente, Sonja Lang, et al. Bacteriophage targeting of gut bacterium attenuates alcoholic liver diseaseNature (2019) doi:10.1038/s41586-019-1742-x

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