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揭示肠炎期间肠道微生物被破坏的过程

日期:2019-06-11 人气:911

由哈佛大学T.H.Chan公共卫生学院、麻省理工和哈佛Broad研究所的研究人员完成的一项新研究是第一个观察到扰乱微生物和触发炎症性肠病(IBD)发病期间免疫反应的复杂的化学和分子事件的研究,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。

虽然之前的研究已经对IBD期间的微生物变化进行了分类,但本研究中的研究人员开发了一个独特的生物技术工具箱,以了解IBD期间微生物群发生变化的原因以及这如何引发不健康的炎症反应。这些工具使他们能够测量微生物的化学变化和人类基因调控的变化,潜在地为未来的新疗法提供了可能。


这项包括数十名合作者的研究是人类微生物组项目(HMP)第二阶段的一部分。该项目的第一阶段于2007年由美国国立卫生研究院(NIH)共同基金发起,旨在确定健康成年人和特定微生物群相关疾病患者的微生物群特征。最新的研究阶段始于2013年,得到了美国国立卫生研究院(NIH)各部门的支持,并受命梳理微生物群落在疾病中的作用背后的分子机制。

"人类微生物组项目努力在理解微生物对健康的贡献,并在创建一个社区的研究人员可以研究微生物发现新的诊断和治疗疾病。"该研究的资深作者、哈佛大学计算生物学和生物信息学教授Curtis Huttenhower说道。"我们的研究结果为早期发现疾病活动中即将出现的情况铺平了道路,这些情状况可以被积极治疗,或者潜在地为鼓励IBD完全缓解的新的生化治疗机会铺平了道路。"该研究结果将于近日发表在《Nature》杂志上。

肠道微生物群是由数万亿微生物组成的群落,包括细菌、病毒和真菌。每个人都有自己独特的微生物群,研究表明,微生物群在包括IBD在内的许多疾病中发挥着重要作用。IBD在全球影响着350多万人,而且发病率正在不断上升。IBD是一种慢性疾病,以缓解期为特征,然后突然发作,在此期间疾病变得活跃。

在这项研究中,研究人员对132名参与者进行了为期一年的跟踪研究,并将克罗恩病和溃疡性结肠炎患者与一组没有患有IBD的对照组进行了比较。参与者每两周提供一次粪便样本,大约每季度提供一次血液样本,并在研究开始时提供一组结肠活检以进行分析。总计2965例粪便、活组织检查和血液样本被前所未有的分子、细胞和临床工具所分析,以了解该疾病的详细生物化学特征。

首先,这些详细的测量使得观察和确认以前的研究结果变得容易,比如整体肠道生态多样性的减少,以及在疾病期间特定的"亲"和"抗炎"微生物的得失。

更重要的是,为这项研究部署的工具套件允许研究人员确定这些变化的原因。结果显示,在疾病活动期间,IBD患者体内的微生物源性化学物质较少,他们推测这可能是多种因素综合作用的结果,包括有益的微生物代谢更少、营养吸收更差、肠道内的水或血液水平更高以及肠道运动更急。这些因素降低了肠道微生物生态系统的整体稳定性,导致IBD患者出现更多的免疫反应不当和对正常肠道微生物群的过度反应。

具体来说,在疾病活动期,IBD患者的多不饱和脂肪酸水平较高,包括肾上腺素和花生四烯酸盐。研究人员还发现,烟酸几乎只存在于IBD患者的粪便中,IBD患者的肠道中维生素B5和B3的水平特别低。

研究小组还发现,胆汁酸--一组由人类制造但由肠道微生物进行化学修饰的化合物--在IBD过程中也被破坏,这与微生物群的分子调控有关。这些细菌包括一组与Subdoligranulum属有关的细菌,几乎所有人都携带Subdoligranulum属的细菌,但在炎症过程中细菌数量减少,而这些细菌此前从未被分离出来或加以鉴定。

总的来说,这些发现提供了迄今为止IBD患者体内活跃和非活跃疾病状态下微生物群的最详细快照。研究结果表明,与溃疡性结肠炎相比,不同形式的IBD-Crohn病对微生物群的活性和组成有不同的影响。研究人员说,这些发现为潜在的IBD治疗提供了有希望的新靶点,包括多不饱和脂肪酸、胆汁酸衍生物和人类免疫反应途径,以及新的数据、工具和协议,将使未来对IBD和微生物群的研究成为可能。

"鉴于微生物与我们的健康和幸福之间的紧密联系,这些结果解释我们如何避免这种关系出错时出现的问题,以及我们如何更好地管理这些终身伴侣。" Jason Lloyd-Price说道,他是该论文的主要作者之一。


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