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导语：你是否好奇肠道中的氧气平衡如何在急性结肠炎中被破坏，并且这种破坏如何重塑我们的肠道微生物组？一项研究揭开了谜题的一角，揭示了肠道疾病中氧气和微生物之间复杂的相互作用，为未来的治疗提供了新的策略和靶点。
在消化系统疾病的复杂网络中，肠道微生物组扮演着关键角色，它们与宿主的相互作用在维持肠道稳态中发挥着至关重要的作用。特别是肠道微生物组如何响应肠道氧气的变化，以及这一变化如何影响炎症性肠病（IBD）等病理状态，是目前研究的热点和挑战。
Gut Microbes杂志在今年7月发表了一篇题为“Disruption of Intestinal Oxygen Balance in Acute Colitis Alters the Gut Microbiome”的文章，研究并分析了肠道氧气平衡在急性结肠炎中的变化及其对微生物组的影响。
研究方法
本研究采用了体内外实验相结合的方法来探究急性结肠炎对肠道氧气平衡及微生物组的影响。研究中使用了C57BL/6雌性小鼠，通过给予3.5%的DSS溶液诱导结肠炎模型，并采用两色磷光测量技术实时定量肠道组织和肠腔中的氧气水平。
实验中，使用了Oxyphor PdG4和PtR4探针来测量肠道组织氧合，而Oxyphor Micro探针则用于肠腔氧合的测量。此外，研究还包括了微生物组的分析，通过浅层宏基因组测序来评估DSS结肠炎对肠道微生物组成和功能的影响。
为了进一步验证体内实验结果，研究者还建立了一个模拟人体肠道环境的体外培养系统，通过控制氧气水平来观察微生物组的变化。
研究结果
肠道组织氧合的深度与浅层变化
在研究中，通过磷光猝灭氧测量法对DSS结肠炎小鼠模型的肠道组织氧合进行了深入分析。
结果显示，在正常空气条件下，DSS处理的小鼠与对照组相比，其肠道组织的平均氧分压(pO2)显著降低，这一现象在使用Oxyphor PdG4探针测量整个盲肠厚度时得到了体现（图1 a）。当小鼠呼吸100%氧气时，尽管两组小鼠的肠道组织氧合水平均有所提高，但DSS处理组的氧合水平仍然低于对照组（图1 b）。
这些发现表明，DSS诱导的结肠炎导致了肠道微血管结构的破坏，进而影响了肠道组织的氧合状态。
注：(a) 使用Oxyphor PdG4探针对整个盲肠厚度的深层组织氧气进行采样的示意图；(b) 在正常空气和100%氧气吸入条件下，使用Oxyphor PdG4测量的对照组和DSS处理小鼠的血管氧气水平；(c) 新的双色磷光测量技术允许同时定量浅层血管（Oxyphor PtR4）和肠内氧气水平（Oxyphor Micro）；(d) 在正常空气和100% O2呼吸条件下，对照组和DSS处理小鼠的浅层血管和肠腔氧气水平。
图1 DSS结肠炎对深层血管、浅层血管和肠腔氧气水平的影响
肠腔氧气水平的动态变化
进一步的研究通过双色磷光测量技术，同时测量了浅层血管和肠腔内的氧气水平。研究发现，在正常空气条件下，DSS处理的小鼠与对照组相比，其浅层血管氧合水平没有显著差异。
然而，当小鼠呼吸100%氧气时，DSS处理组的肠腔氧合水平显著增加，这一变化可能与结肠炎状态下肠腔环境的改变有关，如水分含量的增加可能促进了氧气向肠腔的扩散。
微生物组多样性的显著变化
DSS结肠炎对盲肠微生物组的多样性产生了显著影响。通过评估alpha多样性，研究发现DSS处理的小鼠盲肠微生物组的丰富度和香农指数均显著降低，表明结肠炎导致了微生物组多样性的减少。
在beta多样性方面，分析结果显示，DSS处理改变了微生物群落的组成，与对照组相比，DSS处理组的微生物群落结构发生了显著变化。
微生物组组成的特异性变化
通过热图分析，研究揭示了对照组和DSS处理小鼠盲肠中细菌物种的相对丰度。特别是，DSS处理显著增加了Bacteroides thetaiotamicron、Bacteroides fragilis和Akkermansia muciniphila等细菌的丰度，而减少了Bacteroides caecimuris、Muribaculum intestinale等细菌的丰度。
这些变化在微生物组的代谢功能上也得到了体现，特别是与糖苷水解酶（GH）基因相关的细菌类群在结肠炎中显著增加，这些酶参与复杂碳水化合物的降解，包括肠道粘液层的降解。
微生物组功能的变化与肠道健康
研究还发现，DSS结肠炎显著改变了盲肠微生物组的代谢功能，特别是与糖苷水解酶基因相关的功能。在结肠炎条件下，与动物糖苷、植物糖苷和简单糖代谢相关的GH基因表达均发生了显著变化，其中与粘液降解相关的GH基因表达增加，这可能与结肠炎状态下肠道粘液屏障功能的减弱有关。
此外，体外模拟实验进一步证实了体内实验的结果，表明氧气水平的变化足以引起微生物组组成的改变，这些改变与结肠炎状态下的微生物组变化相似。
总结讨论
研究揭示了肠道炎症状态下肠道组织氧合降低与肠腔氧气通量增加的复杂互动，并进一步探讨了这一变化如何通过影响肠道微生物组的组成和功能，进而可能影响肠道炎症的过程。
这些发现不仅为理解肠道炎症的病理生理提供了新的视角，也为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点，尤其是在调节肠道氧气平衡和微生物组方面。通过深入探讨这些相互作用，未来的研究有望开发出更有效的干预措施，以改善IBD患者的治疗效果和生活质量。
参考文献
ZONG W, FRIEDMAN E S, ALLU S R, et al. Disruption of intestinal oxygen balance in acute colitis alters the gut microbiome[J]. Gut Microbes, 2024, 16(1): 2361493. DOI: 10.1080/19490976.2024.2361493.
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编辑：耳东
二审：且行
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排版：半夏
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