赵立平团队在肠道丁酸盐产生菌的生理功能研究中获新进展

6月6日,《Nature》系列刊物《Scientific reports》在线刊登了上海交通大学微生物代谢国家重点实验室、生命科学技术学院赵立平教授团队张晨虹助理研究员和博士研究生张仟鹏的研究成果“Accelerated dysbiosis of gut microbiota during aggravation of DSS-induced colitis by a butyrate-producing bacterium”。该研究发现一株分离自健康人肠道内的丁酸盐产生菌能够伴随肠道菌群结构的加速失衡加重实验动物的肠道炎症。

丁酸盐产生菌(Butyrate-producing bacteria,BPB)是人体肠道菌群中的重要功能类群,其产生的丁酸盐具有抗炎和免疫调节功能,对人体健康十分重要,有学者甚至认为BPB有望成为治疗或缓解炎症性肠病的新型益生菌。然而,生活在肠道内的BPB是严格厌氧菌,不容易分离培养,加上其种类多样,不同菌株之间的代谢类型可能存在巨大差异。因此,对BPB菌株的生理功能研究和安全性评估仍有待完善。

赵立平团队长期从事肠道菌群与人体健康关系的研究,积累发展了丰富的肠道厌氧菌的分离培养相关技术,并能够结合动物模型和微生物组的研究方法对重要菌株进行功能研究。在本研究中,研究团队从一位健康成年男性志愿者肠道样品中分离得到了一株典型的丁酸盐产生菌(Anaerostipes hadrusBPB5),其在体外能够发酵复杂碳水化合物产生丁酸和氢气。动物实验表明,正常小鼠接种BPB5后能够增加宿主肠道内丁酸的含量,BPB5表现出潜在的有益功能。然而,给DSS诱导的肠炎模型小鼠灌胃BPB5后,却显著加重小鼠的病情,增加了动物死亡率。利用高通量测序方法对实验过程中多个时间点小鼠的肠道菌群结构进行动态监测发现,在健康小鼠体内,BPB5的加入不会引起整体肠道菌群结构的显著变化,而在肠炎模型小鼠中,BPB5能够加速DSS引起的菌群失衡。网络分析结果表明,在肠炎模型中,BPB5与一种肠道粘液降解菌以及多种内毒素产生菌呈正相关关系,这几种菌的丰度在BPB5存在时提前3-5天升高到疾病状态的丰度水平,加速了菌群结构的失衡从而导致了小鼠病情的恶化。

该研究表明,对健康个体有益的菌被接种到具有因疾病而受到破坏的肠道菌群的个体肠道内后,可能对宿主的健康造成严重后果,且这种坏的作用跟菌株与宿主菌群的相互作用密切相关。研究结果不仅再次证明了肠道菌群在肠炎发展过程中的重要作用,更提醒我们在给IBD病人服用丁酸盐产生菌之前需要进行严格的安全性评估。同时,益生菌的安全性评估需要用肠道菌群失调的动物模型进行。

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