文章思路：腸道微生物菌群的重要性→糞便移植手術(shù)對(duì)多種疾病治療的可行性→糞便移植手術(shù)治療炎癥性腸病→如何有效篩選供者菌群→找到了一種判定的方法：菌群對(duì)T細(xì)胞亞群比例的影響與對(duì)炎癥性腸病的治療效果相關(guān)
小鼠模型：
無(wú)菌小鼠腸道菌群移植→判定菌群對(duì)腸道T細(xì)胞亞群比例的影響
轉(zhuǎn)移性腸炎小鼠腸道菌群移植→判定菌群的治療效果
文章亮點(diǎn)：普通的腸道菌群測(cè)序無(wú)法區(qū)分健康人與患者菌群，腸道菌群對(duì)無(wú)菌小鼠Foxp3+ Treg頻率的影響也無(wú)法區(qū)分健康人與患者菌群，而菌群移植后無(wú)菌小鼠腸道中RORγt+ Treg/Th17的比例可以反映菌群的治療效果。
近年來(lái)，關(guān)于腸道微生物的研究越來(lái)越深入，這些居于我們體內(nèi)的小小生物變得越發(fā)神乎其神起來(lái)。它們不僅幫助我們制造必需的維生素、消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，參與病原體的識(shí)別與免疫應(yīng)答，甚至能夠影響我們的飲食習(xí)慣、精神狀態(tài)乃至壽命長(zhǎng)短。科學(xué)界普遍認(rèn)為，腸道菌群參與炎癥性腸病以及肥胖等代謝性疾病的發(fā)生。不良的腸道健康與肥胖、2型糖尿病、心臟病、炎癥性腸病等都有密切關(guān)系。
健康的腸道菌群對(duì)于人體至關(guān)重要。當(dāng)腸道中的微生物失調(diào)時(shí)，可能會(huì)引發(fā)多個(gè)系統(tǒng)的疾病。多年來(lái)，人們嘗試各種方法為腸炎的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)，并試圖提出各種各樣的治療方法，但均未取得重大突破。
除遺傳因素外，腸道菌群被認(rèn)為是炎癥性腸病（IBD）的另一主要誘因，但由于腸道菌群高度的復(fù)雜性和個(gè)體差異性，我們難以界定“失調(diào)”菌群，如果可以將復(fù)雜的微生物群清晰化分為“共生菌”與“失調(diào)菌”，就能更好地判斷微生物群-宿主穩(wěn)態(tài)是否被打破，同時(shí)可進(jìn)一步完善IBD患者糞便移植（FMT）的治療方案。
由于許多疾病與腸道微生物失調(diào)有關(guān)，很多科學(xué)家便想到，那改變患者腸道中的菌群種類(lèi)是不是就能夠治療疾病呢？于是，糞便移植便出現(xiàn)了，糞便移植（FMT）是一種通過(guò)重建腸道菌群來(lái)治療疾病的方法。即把經(jīng)過(guò)處理的健康人的糞便液，灌到患者腸道內(nèi)，歷史上第一個(gè)有英文文字記載案例使1958年美國(guó)醫(yī)生用糞水挽救感染垂死的患者。
雖然聽(tīng)起來(lái)糞便移植的原理很容易理解，但是，我們?cè)撊绾芜x擇糞便移植的供者呢？顯而易見(jiàn)的是，不同的供者的糞便菌群是很不一樣的，哪些供者的糞便合適做移植呢？我們又該采取一個(gè)怎樣的方法來(lái)判斷呢？有沒(méi)有什么合適的觀測(cè)手段呢？
針對(duì)該問(wèn)題，本文作者Britton等，將炎癥性腸炎患者和健康人的腸道菌群移植給無(wú)菌小鼠和結(jié)腸炎易感小鼠，并檢測(cè)了移植后腸道T細(xì)胞群的變化。結(jié)果表明，在向無(wú)菌（GF）小鼠移植菌群后，檢測(cè)組織中駐留的T細(xì)胞亞群可能是判定某菌群對(duì)炎癥性腸炎（IBD）治療是否有效的判斷依據(jù)。
首先，我們來(lái)看一些背景知識(shí)：
Th17是由細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎性細(xì)胞，在結(jié)腸炎的炎性過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Th17細(xì)胞分泌IL-17A、 IL-17F和IL6等細(xì)胞因子，轉(zhuǎn)錄因子孤獨(dú)受體γt（RORγt）是控制Th17分化的特異性轉(zhuǎn)錄因子。Th17即常說(shuō)的促炎細(xì)胞。
Treg：主要作用免疫負(fù)調(diào)節(jié)，抑制免疫系統(tǒng)對(duì)自身和外來(lái)抗原的應(yīng)答，維持免疫耐受和免疫穩(wěn)態(tài)。插頭翼狀旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄因子（Foxp3）是調(diào)控Treg細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，是Treg細(xì)胞的特異性標(biāo)志。Treg細(xì)胞可以限制抗感染效應(yīng)細(xì)胞的過(guò)度應(yīng)答，即常說(shuō)的抑炎細(xì)胞。
Britton等收集了健康人與兩組IBD患病人群的糞便標(biāo)本/菌群。IBD樣本取自潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）的活動(dòng)期和緩解期。16S rRNA測(cè)序結(jié)果顯示，健康人與兩組IBD患者的菌群結(jié)構(gòu)無(wú)顯著差異。
單純地分析菌群難以發(fā)現(xiàn)差異，作者又研究了GM小鼠對(duì)不同來(lái)源菌群的免疫反應(yīng)。
將這些健康人和IBD菌群樣本定植入小鼠腸道，并評(píng)估黏膜免疫應(yīng)答。結(jié)果顯示：來(lái)自IBD病人的菌群誘導(dǎo)產(chǎn)生Th17的能力更強(qiáng)。但雖然如此，兩種小鼠均不產(chǎn)生明顯的疾病表型。
除了效應(yīng)T細(xì)胞（Th）分化外，腸道微生物定植被認(rèn)為能夠使表達(dá)Foxp3+的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）亞群擴(kuò)增。令人驚奇的是，Britton等發(fā)現(xiàn)，來(lái)自健康人和IBD患者的微生物群均能以相同方式擴(kuò)大Foxp3+ Treg細(xì)胞，同時(shí)與RORγt+ 效應(yīng)性T細(xì)胞頻率無(wú)相關(guān)性。因此，微生物定植所誘導(dǎo)的總的Foxp3+ Treg細(xì)胞數(shù)目并不能預(yù)測(cè)該微生物菌群是“健康的”還是“失調(diào)的”。
Foxp3+ Treg可來(lái)源于胸腺或自組織中的na?ve T細(xì)胞原位分化。兩種來(lái)源的Treg細(xì)胞具有相同的表面標(biāo)志物。而B(niǎo)ritton通過(guò)Foxp3與RORγt共表達(dá)及Ikaros家族成員Helios（lkzf2）缺失，使他們能夠區(qū)分一群僅在腸道共生菌定植后誘導(dǎo)的Treg亞群。
盡管存在一些變異，但來(lái)自健康人而非IBD病人的微生物組能夠在腸道固有層中誘導(dǎo)更高平均頻率的RORγt+ Treg細(xì)胞，無(wú)論是通過(guò)糞漿移植還是培養(yǎng)后的細(xì)菌移植。
這些發(fā)現(xiàn)表明，微生物組誘導(dǎo)的RORγt+ Treg細(xì)胞在結(jié)腸炎中起保護(hù)作用，還可以在菌群失調(diào)時(shí)提高胸腺來(lái)源的Treg細(xì)胞的比例（Foxp3+ Treg），這就解釋了為什么不同菌群移植組總Foxp3+ Treg細(xì)胞數(shù)目無(wú)差異。
移植了 IBD患者菌群的小鼠，高表達(dá)共刺激受體的樹(shù)突狀細(xì)胞（DC細(xì)胞）能使誘導(dǎo)型Treg細(xì)胞數(shù)目降低。
接著，作者用小鼠結(jié)腸炎模型來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。
Rag-/-小鼠是T、B淋巴細(xì)胞均缺陷的常用免疫缺陷小鼠，在免疫原性菌群和體外輸注T細(xì)胞同時(shí)存在的情況下，才可誘導(dǎo)產(chǎn)生結(jié)腸炎疾病模型。
作者發(fā)現(xiàn)，移植IBD患者菌群的Rag缺陷小鼠表現(xiàn)出一系列腸炎疾病表征，包括：體重降低、細(xì)胞浸潤(rùn)組織等。且移植IBD糞便菌群的小鼠的結(jié)腸炎比移植健康供體菌群的小鼠更嚴(yán)重。
而且，作者還發(fā)現(xiàn)IBD菌群組誘導(dǎo)更多的Th17細(xì)胞和一群高度促炎的共表達(dá)IL-17和干擾素IFN-γ的T細(xì)胞亞群；只有很少的Foxp3+ Treg細(xì)胞被誘導(dǎo)產(chǎn)生，約一半共表達(dá)RORγt。但是，在這些情況下作者們并未發(fā)現(xiàn)健康受試者與IBD患者的差異。
最后，作者試圖了解CD4+T細(xì)胞反應(yīng)的變化，我們觀察到在Rag TCT小鼠中，結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度與GATA3+Th或Foxp3+Treg細(xì)胞無(wú)關(guān)。但B6小鼠結(jié)腸和回腸RORgt+Th細(xì)胞的比例與同一菌群的RAGTCT小鼠結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。這就說(shuō)明B6小鼠中RORgt+Treg細(xì)胞的誘導(dǎo)數(shù)量與RagTCT小鼠結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。
最后，Britton等通過(guò)邏輯模型研究了未造模無(wú)菌小鼠中輔助性T細(xì)胞應(yīng)答的參數(shù)與疾病嚴(yán)重程度及人類(lèi)微生物組供者的健康程度。結(jié)腸RORγt+Th細(xì)胞的比例具有合理的預(yù)測(cè)價(jià)值（AUC=0.71），但結(jié)腸RORγt+Treg細(xì)胞的比例則更具信息性（AUC=0.92）。
T細(xì)胞移植后6周的結(jié)腸炎嚴(yán)重程度也可以高度預(yù)測(cè)供體的健康狀況（AUC=0.93）。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在穩(wěn)態(tài)條件下誘導(dǎo)的結(jié)腸RORγt+Treg細(xì)胞比例和第6周RagTCT小鼠結(jié)腸炎嚴(yán)重程度合并在邏輯模型中，預(yù)測(cè)能力最佳（AUC=0.95）。也就是說(shuō)，相對(duì)Th細(xì)胞，RORγt+細(xì)胞的數(shù)量對(duì)于預(yù)測(cè)人類(lèi)微生物組供者的健康程度是最有效果的。
因此，Britton等人的研究，不僅表明了IBD微生物群的跨物種可轉(zhuǎn)移性，同時(shí)也提出了一種評(píng)估復(fù)雜的人類(lèi)微生物組結(jié)腸炎易感性的方法學(xué)——誘導(dǎo)性RORγt+ Treg細(xì)胞頻率。
這些結(jié)果也同之前的研究達(dá)成一致——RORγt+ Treg細(xì)胞在T細(xì)胞轉(zhuǎn)移結(jié)腸炎模型中有優(yōu)越的抑制性；在Foxp3+ Treg中敲除RORγt可在不同的化學(xué)誘導(dǎo)結(jié)腸炎模型中增強(qiáng)疾病評(píng)分。此外，當(dāng)給小鼠定植潛在致病菌——肝螺桿菌時(shí)，只要宿主能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生抗原特異性的RORγt+ Treg細(xì)胞就不會(huì)導(dǎo)致腸道炎癥。此研究進(jìn)一步強(qiáng)化了RORγt+ Treg在微生物耐受中的重要性，同時(shí)為篩選糞便移植手術(shù)的潛在人類(lèi)微生物組供者提供了可能。對(duì)理想微生物組供者的鑒定是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)IBD患者糞便移植手術(shù)的主要瓶頸之一。
該文全文總結(jié)如下圖所示——
來(lái)自IBD供體的與人類(lèi)微生物群的異種定植于成年無(wú)菌小鼠，導(dǎo)致回腸和結(jié)腸固有層中的RORγt+ Th17（和GATA3+ Th2）效應(yīng)細(xì)胞頻率增強(qiáng)，并導(dǎo)致結(jié)腸炎易感小鼠的疾病嚴(yán)重性增強(qiáng)。
從健康和IBD供體收集的微生物群用一種相似的方式導(dǎo)致體外無(wú)菌小鼠腸道中Foxp3+Treg細(xì)胞總數(shù)增加。從健康人群采集的微生物組一般可在回腸和結(jié)腸固有層誘導(dǎo)更高頻率的RORγt+ Foxp3+ Treg細(xì)胞產(chǎn)生，從而阻止疾病加劇。
這些結(jié)果無(wú)關(guān)于糞便樣品采集于潰瘍性結(jié)腸炎還是克羅恩病患者，也無(wú)關(guān)于疾病處于恢復(fù)期還是活躍期。微生物定植后，小鼠腸道RORγt+Foxp3+ Treg細(xì)胞及Th17細(xì)胞的頻率對(duì)人類(lèi)微生物供體的疾病狀況有良好的預(yù)測(cè)性。
在未來(lái)的研究中，小鼠與人類(lèi)RORγt+ Treg細(xì)胞誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)機(jī)制將會(huì)成為熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)RORγt+ Treg細(xì)胞產(chǎn)生及功能存在潛在影響的遺傳易感基因位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)將有助于我們對(duì)于IBD病理生理學(xué)的理解。
想要領(lǐng)取
生物信息
R語(yǔ)言
GO/KEGG功能富集分析
全套資料的喵咪們
趕緊聯(lián)系客服折耳貓小姐姐喲~
聯(lián)系客服
