肠道菌群专题 | 微生物组+蛋白组揭示：肠道功能障碍引起的儿童发育不良与十二指肠菌群密切相关

迈维代谢

2022.10.08

作者迈维代谢

TA的动态

肠道菌群作为寄居在人体肠道内的微生物群落，对人体健康有很重要的作用，是近年来微生物学、代谢组学、基因组学等领域研究的焦点之一，通常我们以“微生物+代谢组”作为肠道菌群的研究策略，今天给大家分享一篇发表在《新英格兰医学杂志》上的肠道菌群研究文献，采用蛋白组+微生物组的研究策略。

研究背景

环境性肠功能障碍（EED）是一种小肠疾病，发病机制不明确。被认为在儿童营养不良这一紧迫的全球健康问题中扮演着重要角色。由于难以直接对小肠粘膜和微生物群落进行取样，因此无法确定这种疾病的发病率、病理生理学特征及其对受损线性和身高和体重的影响。

研究方法

在这项研究中，选择110名生长发育迟缓的孟加拉国儿童，进行内窥镜检查，证实患有EED的儿童共80名。获取血液，粪便，十二指肠活检组织，以及十二指肠抽吸液进行蛋白组和微生物组检测分析以及无菌小鼠验证。

实验结果

1.蛋白质组分析结果

对EED儿童血液蛋白分析发现，患有EED儿童在营养干预前后血浆蛋白的丰度存在显著差异。在五种血浆蛋白中，IGF-1、IGFALS、IGFBP-3和PCOLCE2四种蛋白与年龄长度z值评分最密切相关，IGFBP-2蛋白与之呈负相关。

对十二指肠蛋白进行了独立成分分析（ICA），用于搜索与炎症、损伤和代谢功能障碍有关的十二指肠蛋白组，从80个十二指肠蛋白质组数据集中共鉴定到2619个蛋白质，将901个蛋白质分成14个模块。

2.微生物组分析结果

对十二指肠微生物分析，共鉴定到165个分类群，其中14个为核心分类群，排列多元分析发现在营养干预之前、期间或之后，十二指肠细菌组成没有显著变化。

在对27名健康儿童和48名EED儿童粪便样本中14个十二指肠核心分类群的水平进行比较后发现，韦永氏球菌属水平显著升高，它是EED儿童样本中与十二指肠炎症相关蛋白最为正相关的细菌。在一项涉及马达加斯加和中非共和国儿童的研究中，它也与发育迟缓有关。

在患有EED的儿童和健康儿童中，粪便微生物群中最常见的病原体是大肠杆菌以及贾第鞭毛虫和弯曲杆菌，EED儿童的病原体多样性明显高于健康对照组。

3.联合分析结果

对十二指肠蛋白质与十二指肠微生物组进行相关性分析，从100个显著相关的蛋白质（50个显著正相关，50个显著负相关）中发现22个蛋白质是ICA模块1的成员，与中性粒细胞活化、急性炎症和宿主对病原体的免疫反应有关。前10个正相关性蛋白质包括两种抗菌肽（CAMP和CHI3L1），以及一种已确定的肠道炎症粪便生物标记物脂肪酶-2（LCN2）。此外，这些核心分类群的水平与吸收性肠细胞产生的10种蛋白质的水平呈负相关，例如钙粘蛋白相关家族成员5[CDHR5]，这是形成刷状缘所必需。

年龄长度Z值与十二指肠中的总细菌含量呈负相关，以及14个核心分类群中的13个分类群呈显著负相关，包括与模块1中十二指肠炎性蛋白最密切相关的3个微生物：韦荣氏球菌属、链球菌、罗氏菌属。

血浆蛋白与十二指肠蛋白相关性分析发现，血浆REG3A蛋白水平与核心分类群相关的十二指肠蛋白之间呈正相关，与十二指肠LCN2表达的相关性最强。

4.无菌小鼠验证结果

分别将患有EED儿童十二指肠菌群和传统小鼠盲肠菌群移植到无菌小鼠中，分别命名实验组和对照组。结果发现与对照组小鼠不同，接受EED菌群的小鼠小肠固有层有炎症浸润，以单核细胞（包括淋巴细胞）为主，伴有上覆上皮的破坏和绒毛上部上皮细胞的脱落。这些组织病理学变化沿小肠长度呈斑片状分布，而结肠则未出现，与EED儿童的先天免疫反应相一致。

在接受EED菌群移植的小鼠十二指肠中，编码杀菌C型凝集素Reg3β和Reg3γ的mRNA转录物的水平高于对照小鼠。同时，MMP8蛋白水平显著高于对照小鼠。EED菌群移植的小鼠脾脏中的大肠杆菌和肠球菌恢复，但对照组的脾脏中没有恢复，证明细菌移位进入了体循环。总之，这些结果支持了EED儿童十二指肠培养的细菌与肠病发病机制之间的因果关系。