溃疡性结肠炎患者的肠源性
E.faecium促进遗传易感小鼠的结肠炎
题目：Gut-derivedEnterococcusfaeciumfromulcerativecolitispatientspromotescolitisinageneticallysusceptiblemousehost
发表期刊：GenomeBiology
通讯研究者：EishiroMizukoshi
发表单位：KanazawaUniversity
DOI：10./s---9
论文框架：
一、Abstract
背景：最近的宏基因组分析显示溃疡性结肠炎(UC)患者肠道微生物群失调。然而，这种微生物失调的影响还没有被完全理解，特别是在菌株水平上。
结果：对13名健康供者、16名UC和8名克罗恩病(CD)患者的粪便DNA提取物进行了全基因组鸟枪法测序。UC和CD患者的微生物群在分类和功能上与健康供体不同，其中E.faecium是这两个微生物群落中差异最大的物种。将UC或CD患者的粪便移植到IL10-/-小鼠体内可以促进小鼠结肠的病理炎症和细胞因子的表达，尽管UC和CD之间观察到了不同的细胞因子表达谱。与来自健康供体的分离物不同，来自溃疡性结肠炎患者粪便的E.faecium分离物与E.faeciumATCC株一起促进结肠炎和结肠细胞因子的表达。炎性E.faecium菌株，包括ATCC和一种来源于溃疡性结肠炎的菌株，根据全基因组鸟枪法测序分析，与市售益生菌菌株分开聚集。粪便样本中E.faecium的存在与UC患者的疾病严重程度和需要多种药物治疗有关。
结果：来自UC患者的E.faecium株表现出导致结肠炎的炎性基因型。
二、研究背景
胃肠道中数以万亿计的微生物参与了许多宿主生理过程，包括营养获取和肠道免疫系统的发育，而微生物群的失调可能导致一些疾病的发生。肠道微生物群与炎症性肠病(IBD)的发病机制密切相关，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。基于临床研究、元基因组分析和动物实验，已经积累了大量关于肠道微生物群在IBD患者中的作用的信息。近年来，高通量宏基因组测序技术和分析方法的发展揭示了IBD患者的微生物群失调，与健康个体相比，微生物多样性减少。另外，IBD患者的肠道菌群显示，Proteobacteria门菌的普遍增加，包括炎性Escherichiacoli，以及Fimerticutes门菌的减少，包括抗炎物种Faecalibacteriumprausnitzii。宏基因组学分析可以揭示微生态失调与疾病之间的关联，而动物研究可以证明特定细菌与结肠炎的发病机理之间存在因果关系。根据之前的小鼠研究，F.prausnitzii，脆弱的拟杆菌Bacteroidesfragilis和Clostridia物种通过多种机制减弱肠道炎症，包括在结肠中诱导IL-10和调节性T细胞，Escherichiacoli和Enterococcusfaecalis对小鼠结肠炎有促进作用。
虽然之前的研究已经获得大量的信息，但关于人类IBD发病机制和微生物群失调之间的因果关系仍然存在疑问。首先，由于肠道微生物群的复杂性和IBD的多因素性质，尚不清楚菌群失调的IBD微生物群中的确切细菌种类与结肠炎的发病机制有关。由于很少有报道能重现结肠炎小鼠模型中失调的菌群的微生物组成，尚不清楚单一抗炎或促炎物种的减少或增加是否是IBD病发病机制的真正原因。其次，可能与IBD发病相关的细菌种类的具体基因型尚不清楚。肠道微生物群的元基因组分析，特别是基于16S核糖体RNA(rRNA)测序的方法，不能在菌株水平上确定微生物群的组成。因此，仅仅利用宏基因组测序得到的IBD患者的微生物某一物种丰度普遍增加或减少有一个病理影响是非常难的。
在本研究中，为了回答这些问题，研究人员试图在结肠炎小鼠模型中找到人类宏基因组数据和表型之间的联系。首先分析了与IBD患者粪便宏基因组对应的全基因组猎枪测序数据。随后，同一研究对象的粪便被移植到IL10?/?小鼠体内，以评估微生物群失调与肠道炎症之间的因果关系。最后，通过对从UC患者中分离的多株细菌进行测序，确定了可能导致炎症的细菌——E.faecium的基因型。因此，我们清楚地表明了UC患者来源的菌株与结肠炎症之间的因果关系。
三、结果
3.1IBD患者的肠道菌群在分类和功能上与健康供体不同
为了研究IBD患者和健康对照者肠道菌群的分类和功能差异，我们收集了13名健康供体(HD)、16名UC患者和8名CD患者的粪便样本。CD患者比HD患者更年轻，血清C反应蛋白水平更高，尽管在其他基线特征方面未观察到HD和UC患者之间的差异(附加文件1:表S1)。UC患者的疾病范围是左侧结肠炎或全结肠炎（左侧结肠炎为68.8％；全结肠炎为31.3％；附加文件1：表S2）。16例UC患者中有15例正在接受药物治疗，包括美沙拉嗪、糖皮质激素、他克莫司、硫唑嘌呤、巯基嘌呤、TNF拮抗剂，根据梅奥评分(梅奥评分平均为3.25;附加文件1:表S2)。所有的CD患者都在接受药物治疗，包括美沙拉嗪、糖皮质激素、硫唑嘌呤和TNF拮抗剂，大多数情况下，根据克罗恩病活动指数，疾病是不活跃的(平均CDAI,71.1;附加文件1:表S3)。
粪便DNA样品的全基因组shot弹枪测序显示，HD和UC以及HD和CD群落之间，分别存在20和18个细菌物种，其丰度存在显着差异（图1a，b）。在这些物种中，与HD样品相比，粪便大肠杆菌和大肠杆菌分别在UC和CD样品中具有最高的线性判别分析（LDA）得分（图1a，b）。在本分析中，抗炎菌F.prausnitzii在UC菌群中的含量低于HD菌群(图1a)，如之前报道的那样，与HD群体相比，在UC和CD群体中，七个物种,包括Collinsellaaerofaciens,Ruminococcusobeum,Dorealongicatena,Eubacteriumhallii,Coprococcus