eLife：肠道收缩或会影响机体微生物组的组成

肠道的自发节律性收缩（也称为蠕动）在绝大多数生物中促进机体健康肠道功能方面扮演着重要的角色，研究人员认为，这种内在的活动似乎对于许多动物的生命和健康至关重要，其是由神经系统中所谓的起搏细胞（pacemaker cells）产生的有节律的电脉冲所引起的。在人类机体中，这种收缩模式的紊乱会导致机体胃肠道疾病的发生，且与肠道中微生物定植的组成紊乱有关，截止到目前为止，研究人员并不清楚为何会发生这些自发性的收缩以及是否其与微生物组直接相关。

此前研究人员发现，肠道微生物组能支持神经系统控制肠道蠕动；近日，一篇发表在国际杂志eLife上题为“Spontaneous body wall contractions stabilize the fluid microenvironment that shapes host–microbe associations”的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究调查了是否肠道收缩会反过来影响肠道微生物组的组成。研究人员推测，肠道收缩的频率会影响微生物所生活的肠道组织表面或其它表面附近的流体微环境，而且这种边界层的变化会调节微生物的生长和组成。

为了调查其中的机制，研究者Kiel等人利用了一种简单的模式系统（淡水水螅，freshwater polyp hydra）进行研究，水螅的体壁不仅有定义明确的微生物组，其频率和空间分布能通过实验进行监测，而且还能表现出特有的体腔自发收缩，其功能此前研究人员并不清楚。通过结合微生物组的分析、体内流动分析和数学建模相结合的方式，研究人员就能观察到，体壁的自发节律性收缩实际上对微生物组的组成有着一定的影响，实验中收缩频率的降低会引发肠壁上微生物物种的变化。

哺乳动物的肠壁与液体肠内容物直接接触，肠壁和内容物之间存在一种粘性边界层，其或多或少地会粘附在肠壁上，而这取决于流速且影响着物质的交换，正是由于这一边界层，肠壁表面的物质交换几乎完全是通过扩散来进行的。因此，营养物质和其它化合物都会被动地被运输或运离肠壁表面，于是研究人员模拟了这一边界层的流动动态，旨在从理论上来理解肠道收缩的影响效应。研究者Janna Nawroth说到，我们首次在微生物组中应用了物理学方法，并开发了理论的模型来预测肠壁的流动行为。这些模型研究结果表明，在收缩过程中流速会急剧增加，从而就能降低边界的粘附力，快速层流的结果表明，肠壁每隔一段时间就会甩掉粘性边界层，而一段时间后边界层才会重新形成，这就提供了证据表明，体壁的自发收缩行为能改善化学物质进出组织表面的运输。

肠道收缩或会影响机体微生物组的组成。

图片来源：eLife (2023). DOI:10.7554/eLife.83637

为了检测收缩所导致的边界层的混合和更新是否以及如何影响机体的微生物组，研究人员利用水螅来研究这一机制，水螅整个体腔的收缩在功能上与更为复杂的生物的肠道收缩可以相媲美。随后研究人员进行了一系列实验，他们减缓了淡水水螅的收缩模式，并通过干预动物的昼夜节律钟或化学信号来不断降低其收缩频率，水螅在这些不同的策略下各自暴露了48个小时。随后研究人员对微生物组存在的微生物群落进行遗传信息的测序，来检测微生物组的改变，他们观察到，较低的收缩率和由此所导致的减少的边界层更新频率对微生物的定植会产生明显的影响。

研究者Giez指出，收缩速度的减慢有利于微生物在更静态的环境中更好地生长，通常存在于几乎不动的水螅足部的细菌种类如今会在动物整个机体中进行定植。因此研究者推测，边界层中较低的物质交换就能确保整个有机体的微生物组能适应较为静止的足部区域中的物种种类。因此，研究人员就能从理论和功能上证实，体壁自发性收缩频率的降低会改变组织表面附近的流动条件从而改变微生物组的组成；而本文研究结果表明，蠕动是肠道表面必需物质正常交换的必要前提，通过这种方式，蠕动可能有助于保持微生物组的平衡，从而形成并稳定宿主机体和整个微生物的相互作用。

综上，本文研究结果揭示了肠道收缩对于稳定的微生物组的重要性，并未进一步深入研究来将肠道蠕动和疾病发生之间进行联系起来开辟新的视角；本文中，研究人员首次建立了肠道运动频率和微生物组紊乱之间的功能性联系，后期他们还将致力于在代谢水平上调查其中所涉及的机制，旨在更好的理解相关疾病的可能性原因。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Janna C Nawroth，Christoph Giez，Alexander Klimovich, et al. Spontaneous body wall contractions stabilize the fluid microenvironment that shapes host–microbe associations, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.83637