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本文由五月编译，董小橙、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转发转载。 导 读 空肠弯曲杆菌是一种常见的食源性细菌病原体，可以利用宿主的先天反应诱导产生结肠炎。本文以C57BL/6 Il10-/-无菌小鼠为研究对象，通过菌群定植、微生物培养、组织学、PCR、免疫印迹、16S测序和HPLC/MS等方法，研究了小鼠空肠弯曲杆菌感染过程中，肠道微生物群与肠道组织、细胞间的相互作用。结果表明，无菌小鼠肠道中植入SPF小鼠的肠道微生物后，可改善空肠弯曲杆菌所引起的结肠炎，降低哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的活化作用。与移植了好氧菌（结肠炎易感菌群）的小鼠相比，移植厌氧菌可缓解结肠炎，并增加小鼠粪便中梭菌XI、双歧杆菌和乳杆菌的含量。给予小鼠脱氧胆酸钠（一种微生物的次级胆汁酸代谢产物），可预防和减轻空肠弯曲杆菌所引起的结肠炎，而另外两种胆汁酸代谢物（熊脱氧胆酸或石胆酸）则无此效果。与非特异性抗生素萘啶酸相比，可特异性清除厌氧菌的克林霉素，能够清除次级胆汁酸产生菌，进而加重空肠弯曲杆菌所诱导的结肠炎，并与脱氧胆酸盐水平降低有关。 论文ID 原名：Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention. 译名：微生物代谢因子可缓解小鼠弯曲杆菌病 期刊：Gastroenterology IF：20.773 发表时间：2018.1 通信作者：Christian Jobin 通信作者单位：佛罗里达大学 实验设计 试验设计流程图 实验内容 1 清除微生物可促进空肠弯曲杆菌所诱导的结肠炎 空肠弯曲杆菌在SPF小鼠体内不能引发结肠炎（图1A左，1B），但在无菌小鼠体内却能够引发严重的结肠炎症状（图1A右）。利用广谱抗生素鸡尾酒清除肠道微生物后，可使小鼠对空肠弯曲杆菌引发的结肠炎易感性增强（图1A，中），但炎症水平低于无菌小鼠。空肠弯曲杆菌感染能够促进小鼠炎症因子Il1β、Cxcl2和Il17α的表达（图1c）。 图1 清除小鼠的肠道微生物可促进空肠弯曲杆菌所引发的肠道炎症 2 微生物移植可改善空肠弯曲杆菌所引发的结肠炎 向无菌小鼠移植SPF小鼠的肠道微生物（CONV-Biota），可显著改善空肠弯曲杆菌所引发的结肠炎（图2A），降低炎症水平（图2B），但粪便中空肠弯曲杆菌的数量并未发生显著变化。微生物移植后的小鼠炎症因子Il1β、Cxcl2和Il17α的表达显著下调（图2D），结肠中髓过氧化物酶水平降低（图2E），侵入结肠组织和肠系膜淋巴结的空肠弯曲杆菌数量下降（图2F，G）。微生物移植后，结肠组织中mTOR下游靶蛋白p-p70S6K T389和p-S6(S235/236)的表达受到抑制（图2H），进而抑制了mTOR信号通路。因此，空肠弯曲杆菌可利用宿主的mTOR信号通路和炎症反应，入侵宿主的结肠组织，而微生物移植可通过阻断mTOR信号通路及炎症反应，达到缓解结肠炎的目的。微生物移植前后，肠道中的空肠弯曲杆菌数量并无显著变化。 图2 微生物移植可缓解空肠弯曲杆菌所引起的肠道炎症，且不依赖于空肠弯曲杆菌的定植作用 3 特异性厌氧微生物可减轻空肠弯曲杆菌引起的结肠炎 为了探讨何种微生物对空肠弯曲杆菌所引起的结肠炎产生抗性，本文比较了无菌鼠转移至SPF环境后第3天（未产生弯曲杆菌抗性）和第14天（产生抗性）的肠道微生物组成（图3A）。二者在微生物多样性和丰度上无显著差异（图3B，C）。而进一步的分析表明，3天和14天的菌群，差异显著的菌属多为厌氧菌（图3D）。 图3 厌氧菌在弯曲杆菌病抗性小鼠粪便中富集 为了验证这一发现，分别在有氧、微氧和厌氧条件下培养小鼠粪便中的微生物，再通过灌胃的方式移植给小鼠。结果表明，有氧和微氧条件下培养的菌群，均可加重空肠弯曲杆菌引起的结肠炎，而厌氧菌可显著减轻结肠炎及炎症水平（图4A，B）。移植好氧菌与厌氧菌的小鼠，粪便中空肠弯曲杆菌的数量无显著差异（图4C）。此外，将3种条件下培养的菌群混合后移植给小鼠，也可对结肠炎起到保护作用。与之前结果相似，移植厌氧菌后，可显著降低炎症因子Il1β、Cxcl2和Il17α的表达（图4D）。 根据上述结果，推测厌氧菌可对弯曲杆菌病起到保护作用。为了验证这一假设，对移植了好氧菌、厌氧菌、以及分别在感染前和感染后移植厌氧菌的小鼠肠道微生物组成进行了分析（图4E）。与移植了好氧菌的小鼠肠道微生物相比，移植厌氧菌后，双歧杆菌（Bifidobacterium）、梭菌XI（Clostridium XI）、Butyricicoccus、乳杆菌属（Lactobacillus）、罗斯氏菌属（Roseburia）、产氢厌氧杆菌属（Hydrogenoanaerobacterium）、粪芽孢菌属（Coprobacillus）和颤杆菌（Oscillibacter）8种菌属丰度增加，肠球菌（Enterococcus）和狭义梭菌属（Clostridium sensu stricto）丰度下降，空肠弯曲杆菌丰度无显著差异（图4F）。表明空肠弯曲杆菌的定植程度，并不是其引起结肠炎的主要机制。在上述11种菌属中，有5种（图4F种绿色字体部分）与抗炎反应和胆汁酸及短链脂肪酸等代谢物的生成相关。梭菌XI、双歧杆菌和乳杆菌都能够将胆汁酸从结合态（如牛磺胆酸[TCA]）转化成初级（如胆酸[CA]）和次级代谢产物（如脱氧胆酸[DCA]）。HPLC/GC分析发现，无菌鼠的胆汁酸主要以TCA形式存在，而移植了好氧菌及空肠弯曲杆菌感染鼠中，次级代谢产物DCA和熊脱氧胆酸（UDCA）被清除，初级代谢产物CA无变化（图4G）。因此可以推测，次级胆汁酸代谢物在微生物介导的结肠炎保护作用中可能起着重要的作用。 图4 正常小鼠肠道微生物中分离出的厌氧菌可缓解空肠弯曲杆菌引起的结肠炎 4 微生物次级胆汁酸代谢产物DCA可保护和改善空肠弯曲杆菌引起的结肠炎 体外细胞实验表明，DCA能够下调mTOR信号通路下游靶蛋白p-p70S6K（图5A）。为了进一步评估代谢产物对空肠弯曲杆菌病的作用，分别给予小鼠DCA、UDCA和石胆酸（LCA），同时，DCA又分为空肠弯曲杆菌感染前给药和感染后给药。结果表明，不论是感染前还是感染后饲喂小鼠DCA，均能有效的减轻结肠炎症状（图5B，C），而感染前饲喂DCA的鼠粪便中，空肠弯曲杆菌数量与感染鼠无显著差异。 图5 菌群代谢产物DCA可抑制mTOR活性，预防空肠弯曲杆菌引起的结肠炎 UDCA和LCA对小鼠结肠炎无明显的缓解作用（图6A，B）。DCA除了能够改善结肠炎外，还能够显著抑制结肠组织中Il1β、Cxcl2和Il17α的表达，而UDCA则促进了上述炎症因子的表达（图6C）。 图6 微生物代谢物LCA和UDCA对空肠弯曲杆菌引起的结肠炎作用极小 为了进一步评估空肠弯曲杆菌病的保护机制，利用抗生素处理SPF小鼠，进而验证代谢产物的作用。这里主要利用了2种不同的抗生素，分别为具有特异性清除厌氧菌作用的克林霉素和主要清除革兰氏阴性菌的萘啶酸。结果表明，克林霉素处理可使小鼠对结肠炎的易感性增加，而萘啶酸处理后的小鼠对空肠弯曲杆菌引起的结肠炎仍有抗性（图7A，B）。代谢产物分析表明，克林霉素能够清除所有的次级胆汁酸，尤其是DCA，而萘啶酸仅降低CA含量，不影响DCA水平（图7C）。 图7 靶向消除次级胆汁酸生成菌可增加小鼠的空肠弯曲杆菌结肠炎易感性 讨 论 空肠弯曲杆菌是一种非常常见的可引起细菌性腹泻的食源致病菌。前期的微生物和细胞实验表明，宿主对于空肠弯曲杆菌的抗性或易感性很难以参透。本文报道了常规的小鼠肠道菌群可缓解无菌小鼠体内空肠弯曲杆菌所引起的肠道炎症，且这种作用与病原菌在肠道内的定植作用无关。分子和细胞实验表明，肠道微生物可抑制空肠弯曲杆菌引起的mTOR信号通路激活、炎症因子表达、中性粒细胞浸润以及空肠弯曲杆菌向结肠组织的转移。微生物培养和移植实验表明，肠道微生物中的厌氧菌对空肠弯曲杆菌引起的结肠炎具有保护作用，其代谢产物DCA是宿主产生抵抗的重要原因。给无菌鼠直接补充DCA可预防和治疗空肠弯曲杆菌引起的结肠炎，同样，靶向清除次级胆汁酸生成菌后，可加重空肠弯曲杆菌病。这些研究均表明，肠道微生物的代谢产物DCA可通过抑制mTOR信号通路，对空肠弯曲杆菌病产生有益影响，但并不影响空肠弯曲杆菌的定植。 本文发现肠道微生物对空肠弯曲杆菌感染的保护作用，与该菌在肠道内的定植无关。肠道微生物能够阻止空肠弯曲杆菌向肠黏膜组织和肠系膜淋巴结入侵，但这一过程未伴随着弯曲杆菌水平的降低。这一结果与艰难梭菌（C. difficile）、柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的感染机制不同。这些菌存在定植抵抗，肠道微生物可抑制这三种病原菌生长，降低其在肠腔内的数量。 本文的研究成果对于肠道微生物如何控制宿主对病原菌的易感性，以及如何通过靶向微生物代谢物疗法治疗疾病均具有重要的意义。 评 论 作者通过环环相扣的实验设计，循序渐进的向读者展示了在空肠弯曲杆菌所引起的结肠炎中，肠道微生物是如何发挥自己独特的保护作用的。文章的设计严谨，思路清晰，非常值得本领域的科研人员仔细研读。
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