|
本文由康丁丁编译，董小橙、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转发转载。 多发性硬化症（MS）是一种中枢神经系统（CNS）炎症性脱髓鞘疾病，其特征在于可能由自身免疫机制引发不同程度的轴突和神经元损伤。饮食是多发性硬化症（MS）潜在的促成因素，在西方国家更为常见。作者研究结果显示间歇性禁食（IF）改善了MS模型的自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的临床和病理学进程，而且证实了IF有效的免疫调节作用，至少部分由肠道微生物组介导。 论文ID 原名：Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota 译名：间歇性禁食通过改变肠道微生物发挥对中枢神经系统性自身免疫的保护作用 期刊：Cell Metabolism IF：20.565 发表时间：2018年 通信作者：Yanjiao Zhou and Laura Piccio 通信作者单位：华盛顿大学医学院 实验设计 实验设计图 实验内容 1. IF改善EAE的临床病程 作者每隔一天（IF组）禁食小鼠或随意喂食（对照组）4周。实验结果显示（图1A），对照组的发病率为100％，而IF组中只有70%发展为临床EAE。 2. IF改善EAE病理程度并且抑制促炎性T细胞细胞因子的产生 与临床严重程度的降低一致，IF组小鼠的脊髓中具有较少的炎性细胞浸润和脱髓鞘（模型组中大多数病理部位）。SMI-32+损坏IF组脊髓中的轴突减少（图1B和1C）。EAE的中枢神经系统炎症（CNS）是由在外周淋巴结引流免疫部位中激活的T细胞驱动。IF治疗小鼠的引流淋巴结的CD4+T细胞产生较少的白细胞介素（IL）-17A和IFN-g（p <0.05），这些细胞因子与EAE发病相关。在IF组中注意到GM-CSF（另一种在EAE中致病的细胞因子）的产生减少的趋势（图1D和1E）。总体而言，IF降低了EAE临床严重程度和CNS病理学，以及以致病细胞因子T细胞产生减少为特征的免疫调节。 图1 IF改善EAE临床病程和病理 3. IF使血清脂肪因子、皮质酮和酮类的显著变化 在IF或随意饮食4周后（免疫接种之前：T2）和临床EAE（免疫后第18-20天：T3）之后，在基线（开始IF之前：T1）收集小鼠血清。实验和样品采集时间表如图2A所示。通过ELISA测量的皮质酮、瘦蛋白和脂联素在基线的水平在两组中没有差异。4周（T2）后，IF组血清瘦素水平显着降低。但在临床EAE期间两组之间无显著差异（图2B）。在免疫前T2时，IF组中的脂联素水平相对于随意进食摄食组增加（图2C）。作者还进行了瘦素和脂联素的分析，得到相似的结果。免疫前和EAE期间IF组皮质酮水平较高（图2D）。测量血清酮水平是因为预计它们会随着IF而改变，并可能影响EAE。与随意摄食组相比，IF小鼠在T2和T3的血清中β-羟基丁酸酯显著增加（图2E）。 图2 IF与瘦素减少和脂联素，皮质酮和β-羟丁酸酯的增加有关 4. IF增加肠道微生物多样性并改变其组成 在T1，T2和T3三个时间点收集粪便样品（图2A）。在两组之间的基线处未观察到来自16S rRNA基因测序的肠道微生物群的显著差异（图3A-T1）。在T2和T3两组中肠道微生物群显着不同（图3A-T2，T3）（通过PERMANOVA分析，p <0.01）。细菌丰富度在基线（T1）之间没有显着差异。在自由摄食组中，在三个时间点内多样性没有显著变化。相反，IF在T2和T3时间点增加了多样性（图3B）。肠道微生物群可能调节全身代谢反应，实际上，IF和自由摄食组中的血瘦素水平与肠道微生物组多样性呈负相关（图3C），与先前的研究一致。 接下来，作者进一步鉴定了在IF和自由摄食组中丰度差异的特定种属。在T2/T3处，两个家族在两组中显示出显著不同的丰度。在T2时期，与自由摄食组相比，IF组Bacteroidaceae, Lactobacillaceae, 以及Prevotellaceae微生物家族的丰度都相对增加（图3D），这些微生物的丰度在基线处各组之间没有差异。血清皮质酮水平与乳杆菌科的丰度呈正相关。未分类的乳杆菌科和拟杆菌与瘦素水平呈负相关，而血清瘦素水平与Rikenellaceae和Lachnospiraceae的丰度呈正相关（图3E）。有文献报道益生菌菌株，例如乳杆菌属物种，已经显示出降低EAE严重性。值得注意的是四种乳杆菌属物种的相对丰度在两个饮食组之间的T1，T2和T3时间点上显示出不同的轨迹（图3F）。具体来说，在随意摄食组中，乳杆菌属物种（除了L. murinus）的相对丰度减少或保持相同，但在IF组中增加，尤其是乳杆菌属ASF360。总体而言，IF对肠道微生物组组成和丰度具有深远影响，特别富集用作益生菌的有益细菌。 图3 IF增加肠道微生物多样性并对其组成产生深远影响 5. IF改变肠道微生物组的代谢途径 肠道微生物组涉及营养吸收、代谢和储存，而肠道微生物组的全基因组鸟枪法测序（mWGS）可以表征细菌代谢途径以推断整个粪便细菌群落功能的潜力。作者分析了来自T3的两组mWGS数据被映射到KEGG数据库以确定代谢潜力。在IF和随意饮食组小鼠的微生物组中涉及碳水化合物代谢、脂质代谢和氨基酸代谢的二十七个代谢途径有表达差异（图4）。与自由摄食组相比，这些代谢途径中有11个途径在IF小鼠的粪便样品中富集。有趣的是，IF与酮体（ko00072）和谷胱甘肽代谢（ko00480）途径的合成和降解的相对丰度增加相关，表明IF可能调节肠道微生物组的抗氧化信号传导途径，这反过来也可能影响宿主。 图4 IF使肠道微生物组产生显著不同的代谢途径 6. IF小鼠菌群移植到原始受体小鼠的改善了EAE临床进程 由于IF降低EAE严重程度的机制尚不完全清楚，作者进行粪便菌群移植（FMT）实验以检验IF的EAE改善可能至少部分地由肠道微生物群的变化介导的假设。来自IF或随意摄食小鼠的粪便物质通过口服强饲法转移到抗生素治疗的受体中，随后将其诱导EAE（图5A）。与来自自由摄食的小鼠的FMT受体相比，来自IF小鼠的FMT受体的脊髓和脊髓病理学显着减少（图5B-5D）。因此，IF在EAE发挥作用的过程中肠道微生物组的调节可能起到了不可或缺的作用。 图5 来自IF小鼠的粪便微生物移植对EAE具有保护作用 7. IF降低肠道相关淋巴组织中产生IL-17的T细胞的比例和增加的Treg 肠道微生物群被认为直接影响肠道固有层中的免疫细胞，这可能反过来调节包括EAE在内的局部和全身免疫反应。产生IL-17的T细胞和Tregs通常存在于肠固有层中。因此，在IF与自由摄食4周后表征小肠固有层（SI LP）T细胞的表型和细胞因子谱。相对于自由摄食组，来自IF组的SI LP中Th17 CD4+细胞的比例降低（图6A），集落刺激因子（GM-CSF）和产生IFN-g的CD4+T细胞的百分比没有显著差异。在T2的SI LP中CD4+CD25+Foxp3 + Tregs的测定（图6B和6C）显示IF组的SI LP和外周淋巴结（PLN）中Tregs的比例显着增加（图6B和6C）。而且IF小鼠的肠系膜淋巴结（MLN）中Tregs百分比有增加的趋势，而在脾中没有观察到显着差异（图6C）。 图6 4周后IF小鼠肠道固有层中产生IL-17的T细胞比例降低，Tregs比例增加 8. 间歇性的能量限制（IER）对血清脂肪因子及其他代谢产物的影响 在控制基线（第1天）水平和BMI变化后，评估IER和对照组之间第15天血清代谢物的差异，重点关注EAE研究中由IF改变的代谢物。这些包括瘦蛋白，脂联素和β-羟基丁酸酯，没有测量皮质醇，因为所有患者都接受皮质类固醇治疗。在第15天两组瘦素水平相对于基线值均降低，但在调整基线水平和BMI变化后，在IER组中观察到第15天瘦素水平显著降低（图7A）。 9. 用IER诱导RRMS患者肠道微生物组的变化，IF作用于EAE也能观察到 在基线和IER后15天，收集对照组和IER组患者的粪便样品。小鼠和人类在较低的分类水平上拥有不同的肠道微生物组，但两种物种中的绝大多数微生物属于Bacteroidetes和Firmicutes两种门，Actinobacteria 和Verrucomicrobia都不太丰富。作者比较IF小鼠和RRMS患者在IER 15天后4个门的相对丰度的变化，观察到四种门的相对丰度变化的类似方向图7B）。在第15天，两组之间得细菌组成没有显著差异，但是在IER 15天后，Faecalibacterium，Lachnospiracea incertae sedis和Blautia的丰度呈增加趋势。此外，Faecalibacterium与血液中脂联素水平密切相关（图7C）。 图7 RRMS患者在IER 15天后血液代谢物和肠道微生物组的变化 结 论 研究结果表明，接受IER的IF小鼠和MS患者的代谢和肠道微生物组变化趋势一致，说明IF具有有效的免疫调节作用，而且这种作用至少部分由肠道微生物组介导。 评 论 作者本人在本文最后也指出了本文的不足之处：以小鼠作为研究的模型正如大多数动物模型一样，并不能真实的反映人类疾病，而且本文的人体研究样本量少，实验持续时间短以及没有完全双盲分配饮食。因此，这些结果值得在更大的临床研究中证实，以测试IER和微生物组操作作为MS的潜在治疗方法。从全文整体来看，作者的研究也在一定程度上证实了IF对EAE作用，而且IF干预意味着预防而非治疗EAE，这在临床上具有更深远的意义。评论仅属小编一己之见，希望大家多提意见，提携小编进步。 |
|
|
