Microbiome丨中国医学科学院鲁帅尧等团队揭示CHIKV感染导致胃肠道微生物群和代谢物发生变化

学术   2024-09-13 17:38   河南  


iNature

许多研究已经证实了肠道菌群与关节疾病之间的关联。“肠-关节轴”在基孔肯雅病毒(CHIKV)感染中也具有潜在作用。CHIKV感染后的促炎性关节炎可能会破坏宿主体内平衡并导致菌群失调。

2024年8月30日,中国医学科学院鲁帅尧、Sun Qingming、胡云章、云南省虫媒传染病防控研究重点实验室周红宁共同通讯在Microbiome 在线发表题为CHIKV infection drives shifts in the gastrointestinal microbiome and metabolites in rhesus monkeys的研究论文,该研究采用多组学分析研究了CHIKV感染后粪便和肠道菌群的特征、肠道代谢物以及肠道组织基因调控的变化,以探索肠道菌群在CHIKV感染发病机制中的作用。

CHIKV感染增加了受感染动物胃肠道系统的全身炎症负担。此外,感染引起的胃肠道菌群和代谢物的改变可能间接参与CHIKV感染后胃肠道和骨骼炎症的调节,包括调节炎症小体和白细胞介素-17炎症细胞因子水平。作者的研究结果表明胃肠道及其微生物参与了CHIKV感染的调节,这可以作为CHIKV感染辅助治疗的指标。

基孔肯雅病毒(CHIKV)属于披膜病毒科的甲病毒属,是一种有包膜、二十面体、RNA节肢动物传播病毒。它(CHIKV)对干燥和高温(>58°C)敏感,病毒存在的区域随着蚊媒(埃及伊蚊和白纹伊蚊)分布范围的扩大而扩散。此外,它以人-蚊-人传播周期传播。已鉴定出具有不同遗传和抗原特征的三个主要谱系:非洲(西非和东/中南非)、印度洋和亚洲谱系。
CHIKV直径约为70纳米。它具有11.5kb的正义RNA基因组,编码四种非结构蛋白(nsP),包括甲基转移酶(nsP1)、蛋白酶和解旋酶(nsP2)、ADP-核糖水解酶(nsP3)和RNA依赖性RNA聚合酶(nsP4),以及三种结构蛋白(包膜糖蛋白、E1和E2)和两种小肽(E3和6K)。CHIKV的主要靶点是滑膜巨噬细胞、肌肉细胞和滑膜成纤维细胞。CHIKV感染导致基孔肯雅热,其特征是发烧(体温 > 38.9°C)、肌肉僵硬和使人衰弱的关节疾病等症状。CHIKV感染虽然不致命(死亡率<0.5%),但其强传染性和高感染人数严重影响了人们的生活质量和社会发展。自1950年以来,全球已有超过百万人感染CHIKV,主要集中在东南亚和欧洲国家,且感染仍在持续蔓延。
作为动物的“第二基因组”,胃肠道内复杂的共生菌群在宿主营养吸收和免疫中起着至关重要的作用。它被认为是具有内分泌和免疫功能的“器官”,与病毒感染、细胞炎症调控、免疫细胞成熟等直接相关,如促进Th1、Th2、Th17和调节性T细胞(Tregs)的发育成熟。
感染CHIKV的恒河猴胃肠道组织的组织病理学分析(图源自Microbiome
炎性细胞因子风暴会刺激骨质退化和关节损伤,而这两者都是关节炎的主要驱动因素。然而,CHIKV诱发关节炎的机制仍不清楚。在CHIKV感染患者中观察到的促炎性关节炎在病理学和基因表达方面与类风湿性关节炎(RA)高度相似,且以促炎细胞因子和趋化因子驱动的炎症反应为特征。RA具有遗传成分,遗传率约为60%。特别是,据报道HLA-DRB1等位基因的“共享表位”与RA的发病机制有关。此外,越来越多的证据表明,肠道菌群失调在RA的免疫调节缺陷中起着重要作用。Hager等人。研究发现大多数RA患者存在肠道菌群失调,补充高纤维饮食或短链脂肪酸(SCFAs)可增加Tregs数量和Th1/Th17比例,从而增强抗炎过程、减少关节炎、抑制骨质流失。
此外,许多研究表明肠道菌群与骨关节炎、RA、继发性关节炎等关节疾病有关,提示存在“肠-关节轴”。微生物代谢产物(微生物相关分子)通过肠道屏障进入体循环,引发驻留免疫细胞的促炎反应,导致关节炎症。因此,尽管CHIKV不是肠道病毒,但作者推测CHIKV感染可能导致全身炎症并破坏宿主稳态,导致菌群失调和代谢物谱改变,影响免疫调节过程并促进(或减轻)关节炎症。此外,肠道也可能参与CHIKV感染后的协同免疫。为了验证这一假设,本研究采用基于已建立的非人灵长类动物(NHP)模型的多组学分析,研究了CHIKV感染后粪便和肠道菌群的特征(组成、结构和代谢)以及肠道组织在转录水平上的基因调控变化,以探索肠道菌群在CHIKV感染发病机制中的参与。
CHIKV已成为重大的公共卫生负担。然而,目前尚无官方批准的预防或治疗药物,本研究的结果有助于作者了解肠道菌群在病毒感染中的作用,并为基孔肯雅热的多样化治疗策略提供理论基础。

参考消息:
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01895-w

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