科研 | EBioMedicine：在大鼠结肠炎模型中，单次粪便菌群移植可调节微生物组并改善其临床表现
编译：胜寒，编辑：小菌菌、江舜尧。
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炎症性肠病(IBD)是一种复杂的慢性疾病，与宿主免疫反应的加剧、肠屏障的破坏以及腔内和粘膜微生物群落的改变有关。炎症性肠病患者的特点是其胫骨关节的组成和结构发生显著改变，并且与健康对照组相比，其微生物多样性较低。粪便菌群移植(FMT)是一种新型的治疗炎症性肠病的潜在方法，但其特性尚不明确。本研究使用大鼠和小鼠作为微生物移植的模型，证明了大鼠的微生物组与人类的组成和结构相似，而小鼠的微生物组与人类的相似度较低。在人类粪便移植（HST）后，大鼠比小鼠捕获了更多的人类细菌种类。并且发现粪便菌群移植能够调节并改善临床和生物学表现相关的益生菌群
论文ID
原名：A single faecal microbiota transplantation modulates the microbiome and improves clinical manifestations in a rat model of colitis
译名：在大鼠结肠炎模型中，单次粪便菌群移植可调节微生物组并改善其临床表现
期刊：EBioMedicine
IF：6.2
发表时间：2019.10
通讯作者：Marina Lleal
通讯作者单位：西班牙巴塞罗那Vall d’hebron研究所消化内科
DOI: doi.org/10.1016/j.ebiom.2019.10.002
实验设计
方法:
目的:
结果
1 啮齿动物模型的选择
1.1大鼠，小鼠和人类微生物组的比较
小鼠常被用来研究人类疾病，特别是研究人类疾病中微生物群变化的影响。为了研究常规大鼠在作为人类微生物菌群的受体时是否优于小鼠，研究者首先比较了大鼠(n = 52)、小鼠(n = 16)和健康人体(n = 72)的粪便菌群。Firmicutes和Bacteroidetes分别占人、小鼠和大鼠菌群序列数据的93%、98%和93%(图1 (a))。3个物种的微生物粪便群落在最主要的门属上存在显著差异(Mann Whitney两两配对检验，FDR < 0.05)。使用Chao1进行α-多样性分析显示，三组之间存在显著的成对差异(图1 (b))。香农指数显示除了小鼠和人类之间，所有组间均存在显著的两两差异(图1 (c))。总的来说，小鼠比大鼠和人类具有更高的α-多样性。基于β多样性分析显示，大鼠与人类之间的距离小于小鼠与人类之间的距离(图1 (d) (g))。这些发现证实了相对于小鼠，大鼠的粪便微生物群落与人类的更接近。
图1 大鼠的微生物组与人类的相似度大于小鼠的微生物组与人类的相似度。
1.2 大鼠和小鼠的人类粪便移植(HST)
人微生物相关(HMA)动物模型正在成为研究肠道微生物与人类疾病关系的标准工具。研究者通过灌胃对常规大鼠和小鼠进行HST，用来检测随着时间的推移形成的人类微生物群(图1 (h))。为了监测在啮齿动物体内转移的人类微生物群落的进化，研究者收集了大鼠和小鼠粪便样本，以及健康的人类供体样本。在第8周，大鼠体内存在的人体微生物菌群比例明显高于小鼠(图1 (i)，第60天)，这表明大鼠比小鼠更有效地获得了人体微生物。鉴于大鼠微生物更类似于人类微生物组的组成和结构,所以他可以更好的作为一个更好的模型来研究人类肠道微生物和疾病之间的关系。
2 大鼠肠道菌群的调节
图2 本实验旨在评价人粪便移植对慢性肠道炎症大鼠模型的影响
2.1 大鼠肠道微生物群
为了研究时间对粪便微生物组成的影响，我们跟踪并分析了16周(112天，A-CTL)的分类学变化(图3 (a))。六个门(图3 (b))和10个属的相对丰度改变显著，Adlercreutzia,Sutterella, Prevotella, Bacteroides, Odoribacter和三个未名的来自于Rikenellaceae, Desulfvibrionaceae和S24-7families的成员增加, Lachnospira 和Parabacteroides减少或消失(图3 (c))。分类学特征的改变与α-多样性的显著增加有关，Chao1、香农指数和观察物种数均有显著增加(图3 (d)-(f))。
图3 大鼠微生物群随时间的演变(112天)
2.2 肠道菌群的短期影响
2.3 炎症和菌群失调
图4 DSS给药可引起大鼠的菌群失调
此外，为了评估与DSS治疗相关的免疫反应，作者研究了脾脏CD4脾T淋巴细胞的频率，并测量了结肠组织中的TNF-α。为此，脾细胞被分离出来用流式细胞仪进行分析。一方面，研究者观察在大鼠中这些细胞的频率降低。由此可见，人类微生物群落影响了动物的外周免疫应答(图5 (f))。另一方面，DSS显著增加了这些细胞的频率，这与DSS处理引起的炎症增加是一致的。用DSS处理直到研究结束时,不影响结肠组织中的TNF-α，然而，当DSS在第39天停止时，该参数显著下降(图5(g))。
总之，DSS可显著缩短结肠长度并导致粘膜损伤。此外，它加剧了免疫反应，导致疾病严重程度的增加。此外，在22天后停止使用DSS处理，结果显示所有这些临床和生物学表现得到改善。
图5 HST改善了DSS诱导的结肠炎的临床表现。
2.4 HST纠正生物异常和疾病严重程度
图6 HST对DSS诱导的机体失调的影响
结论
本文首先研究了大鼠和小鼠对HST的表现，然后评估了粪便转移对由大肠杆菌引起的慢性炎症的治疗潜力。为此，研究者分析了病人的临床表现和免疫标记，以及在100天左右的时间内粪便和结肠的微生物群。实验设计中包括几个动物组，也同时观察了112天内动物肠道微生物组的自然进化，结肠炎诱导的长期影响，以及当这种诱导停止时微生物组的恢复能力。
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