用“好菌”抵御肠炎?C.sporogenes代谢物可减少炎症、增强屏障功能

学术   2024-10-27 17:57   北京  


【CMT&CHTV 医学前沿·临床经典】


导语:一种名为C.sporogenes的肠道细菌可以通过其丰富的代谢产物,重塑小鼠的肠道免疫环境,从而对抗结肠炎症!这一发现为理解肠道微生物与宿主相互作用提供了新的线索。

随着现代社会生活方式的快速变化,肠炎等消化系统疾病的发病率逐年上升,成为影响人们健康的重要问题。肠道微生物群,这一生活在我们肠道中的复杂生态系统,被认为与肠炎的发生发展密切相关。

2024年9月,Gut Microbes发表了一篇题为“Clostridium Sporogenes-Derived Metabolites Protect Mice Against Colonic Inflammation”的文章,揭示了肠道微生物代谢产物在预防和治疗结肠炎症中的潜在作用。这项研究不仅响应了当前对肠道健康的高度关注,还可能为炎症性肠病(IBD)的治疗提供新的思路。

01
研究方法

本研究采用了实验性结肠炎模型,通过给小鼠灌胃脱氧核糖核酸硫酸钠(DSS)来诱导结肠炎症。研究将小鼠分为三组:无菌鼠(GF)、单一菌种定植的无菌鼠(CS,即仅定植了Clostridium sporogenes)及具体病原体自由鼠(SPF)。研究的干预措施包括对小鼠进行C.sporogenes的定植,并通过质谱分析等技术手段检测了小鼠肠道中的代谢产物。评价指标主要包括结肠炎症的严重程度、结肠隐窝的损失、免疫细胞的浸润以及相关基因和蛋白的表达水平。

02
研究结果

  对小鼠结肠炎症的保护作用


在实验中,研究团队首先关注了人类共生菌C.sporogenes的代谢特征。结果显示,与GF小鼠相比,CS小鼠在结肠中产生了较高水平的色氨酸代谢产物3-吲哚丙酸(IPA),以及短链脂肪酸(SCFA)乙酸和丙酸。此外,CS小鼠的结肠中还检测到了较高水平的支链脂肪酸(BCFA)异丁酸和异戊酸。

注:(a)通过气相色谱-质谱(GC-MS)和液相色谱-质谱(LC-MS)测量了无菌鼠(GF)、有限微生物群鼠(OMM12)和具体病原体自由鼠(SPF)盲肠中的乙酸、丙酸和丁酸水平;(b)在GF、OMM12和SPF小鼠的盲肠中测量了许多小极性分子的水平;(c)通过GC-MS测量了GF、CS和SPF小鼠结肠中的色氨酸水平;(d)在GF、CS、OMM12和SPF小鼠的回肠、盲肠、结肠和血清中检测到了3-吲哚丙酸(IPA)。同时,以汇总的人类血清样本作为对照进行了测量;(e)通过GC-MS测量了GF和CS小鼠结肠中SCFA水平;(f)同样通过GC-MS测量了GF和CS小鼠结肠中BCFA水平。
图1C.sporogenes在小鼠肠道中合成了广泛的代谢产物

这些代谢产物在无菌鼠中几乎无法检测到,而在具体SPF小鼠中则存在但水平较低。这些发现表明,C.sporogenes在肠道中具有独特的代谢活性,能够产生大量的代谢产物,这些产物可能对宿主的健康产生积极影响。

  对结肠免疫细胞和Tuft细胞的影响


进一步的分析揭示了C.sporogenes定植对结肠免疫细胞的影响。与GF小鼠相比,CS小鼠的结肠中Foxp3+调节性T细胞(Tregs)的数量和Il22基因表达水平显著增加(图2)。

图2 流式细胞仪分析Th17细胞,展示了3天后IL-22+细胞的百分比

此外,CS小鼠的结肠中还观察到了更多的活跃Tuft细胞和Foxp3+ Tregs。这些结果表明,C.sporogenes的代谢产物可能通过调节结肠免疫细胞的表型和功能,增强了肠道的免疫屏障功能。

  在DSS诱导的结肠炎中的保护作用


在研究中,通过给小鼠灌胃DSS来诱导结肠炎,以评估C. sporogenes对结肠炎症的影响。结果显示,与SPF小鼠相比,CS小鼠在DSS诱导的结肠炎中表现出显著的保护作用。

CS小鼠的结肠炎症症状较轻,包括更少的体重损失、更低的组织病理学评分、更好的隐窝结构保护以及更少的免疫细胞浸润。这些结果表明,C.sporogenes的代谢产物可能通过调节肠道免疫反应,减轻了DSS诱导的结肠炎症。

  C.sporogenes代谢产物对Th17细胞的影响


在分子层面上,研究团队还探讨了C.sporogenes代谢产物对Th17细胞的影响。研究发现,C.sporogenes产生的IPA能够减少Th17细胞中IL-17A蛋白的表达。通过抑制mTOR活性和改变核糖体相关途径,IPA影响了Th17细胞的功能。

此外,C.sporogenes产生的BCFA和SCFA能够增强Tregs的活性,并增加IL-22的产生,从而保护小鼠免受结肠炎的侵害。这些发现为C.sporogenes作为一种潜在的益生菌在IBD治疗中的应用提供了科学依据。

03
总结讨论

这项研究揭示了特定肠道共生菌C.sporogenes及其代谢产物在预防和治疗结肠炎症中的重要作用。这项研究不仅加深了我们对肠道微生物与宿主免疫相互作用的理解,还为开发新的IBD治疗策略提供了科学依据。

通过调节肠道微生物群,特别是增加C.sporogenes的比例,可能有助于恢复肠道免疫平衡,减轻炎症反应。这些发现为未来的临床研究和肠道微生物群调节疗法的开发奠定了基础,有望为肠炎患者带来新的治疗选择。

参考文献
KRAUSE F F, MANGOLD K I, RUPPERT A L, et al. Clostridium sporogenes-derived metabolites protect mice against colonic inflammation[J]. Gut Microbes, 2024, 16(1): 2412669. DOI: 10.1080/19490976.2024.2412669

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编辑:耳东
二审:且行
三审:清扬
排版:半夏
封面图源:Pexels

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