近日，承葛生物聯(lián)合山西省人民醫(yī)院、廈門聯(lián)合呼吸健康研究院、西安市中心醫(yī)院、福建中醫(yī)藥大學等三甲醫(yī)院與高校在腸道微生態(tài)領域頂級期刊《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》（IF: 6.073, JCR: Q1）發(fā)表活菌分析的研究性論文。文章以潰瘍性結腸炎（UC）為例，開創(chuàng)性的結合PMA和16s rRNA基因測序技術，建立了菌群中活菌數(shù)量與組成結構的分析方法    （已獲授權發(fā)明專利，點擊查看）；進一步通過菌群移植實驗表明，只有移植活的腸道菌群才能顯著改善UC小鼠的表型、組織病理與腸道菌群結構，揭示了高活性菌群在菌群移植中的重要性！文章還深入分析了UC小鼠失衡的活菌特征、以及與菌群移植治療帶來的小鼠癥狀改善密切相關的活菌種類等，為揭示腸道微生物及菌群移植與UC的發(fā)生發(fā)展和治療之間的重要關系提供了新視角和新證據(jù)。

期刊名稱：Frontiers in Cellular and Infection Microbiology

時間：2023年2月6日

影響因子：6.073 (JCR: Q1)

文獻簡介

Shifts and importance of viable bacteria in treatment of DSS-induced ulcerative colitis mice with FMT

FMT治療DSS誘導的潰瘍性結腸炎小鼠期間活的細菌群落的改變及其重要性

     背景

潰瘍性結腸炎（UC）已成為全球公共衛(wèi)生問題，迫切需要新的治療方法。如今，腸道菌群移植（FMT）在治療UC的臨床試驗與應用中取得了顯著的成功，但它如何調節(jié)腸道微生物群以及改善疾病的機理急需進一步闡述與揭示。

隨著高通量技術的發(fā)展，宏基因組學（metagenomics）已經成為研究微生物群落物種及功能的前沿科學，在腸道微生物、環(huán)境微生物等研究領域具有廣泛應用。在目前主流分析中，宏基因組學主要通過對微生物群落全部DNA進行高通量測序，然而，這種分析方法往往忽略了活菌DNA的變化。此外，隨著研究的深入，在FMT中，活的微生物群被認為發(fā)揮著主要的治療作用，因為這些微生物群能夠在受者腸道中的定植，從而導致受者腸道發(fā)生變化，達到治療的效果。因此，關注活的菌群對了解FMT的作用機制，探索關鍵的腸道菌群具有重要意義。

在本項研究中，我們開發(fā)了一項創(chuàng)新方法來評估UC小鼠模型以及FMT治療前后小鼠糞便中活的細菌群落結構的改變及其重要性。首先，基于小鼠的組織病理學和癥狀分析了FMT治療效果。同時，結合PMA處理與16S rRNA基因測序，分別分析FMT前和后活菌結構變化，以及DSS和對照組之間活菌的差異。總之，該方法可準確評價腸道微生物群中活菌的變化，更有效的幫助我們分析活菌數(shù)以及活菌組成，為微生態(tài)領域提供了研究活菌數(shù)量與組成的創(chuàng)新研究方法與策略。

研究結果
     ·高低活性菌群移植對DSS誘導的結腸炎小鼠療效觀察

      為了研究FMT中活菌對結腸炎的緩解作用。我們通過給30只小鼠水中添加3%DSS，自由飲水連續(xù)5天，誘導潰瘍性結腸炎小鼠模型。然后在第6天開始對小鼠進行FMT干預，連續(xù)3天(圖1A)。對照組（CON）的小鼠（n=10）精神狀態(tài)良好，沒有腹瀉和軟便。DSS小鼠從造模第3天開始出現(xiàn)稀便，隨后出現(xiàn)嚴重的軟便、血便。DSS誘導的小鼠被平均分為三組，分別進行FMT的高活性糞便、滅活糞便和生理鹽水治療。從圖1B中，我們可以看到前4天HF組（高活性糞便組）、IF組（滅活糞便組）和NF組（生理鹽水組）之間沒有明顯的差異，所有小鼠體重均呈下降趨勢。IF結腸長度與CON組相比，結腸長度明顯減少，而HF組、IF組和NF組之間沒有明顯的差異（圖1C）。DSS誘導的小鼠的DAI評分在第3天增加，其中HF組的小鼠在第3天的DAI評分明顯高于CON組，HF組的小鼠的DAI評分明顯低于NF組（圖1D）。在組織學評分方面，HF組的評分明顯低于IF和NF組，而IF組和NF組之間沒有顯著差異（圖1E）。同時，組織學分析進一步揭示了觀察到的結腸標本的組織病理學狀況如圖1F所示，CON組和HF組的結腸組織形態(tài)正常， 組織結構層次分明，粘膜層、粘膜下層和肌肉層清晰可見，隱窩和杯狀細胞良好，排列整齊。而IF組和NF組看到不同數(shù)量的炎癥細胞，潰瘍病灶附近的隱窩擴張?？傊@些結果表明，F(xiàn)MT中的活菌能夠參與并改善臨床上的結腸炎癥狀況和結腸損傷，而死菌則不能。

  

      ·DSS小鼠與正常小鼠之間的組織學和活的細菌群落差異

      組織學分析顯示，與正常小鼠相比，DSS誘導的小鼠在結腸粘膜層形成潰瘍病灶，壞死擴散到整個粘膜，導致固有層脫落和結締組織增生，其間有不同數(shù)量的炎癥細胞浸潤，潰瘍病灶附近的隱窩擴張（圖3A）。另一方面，與CON組相比，UC小鼠糞便活細菌的α多樣性指數(shù)Observe、Shannon和J明顯下降（P<0.05，圖3C）。通過PCoA圖清楚地觀察到結腸炎小鼠和正常小鼠之間的活的細菌群落的聚類有顯著差異（P<0.05，圖3B）。此外，DSS誘導的結腸炎小鼠的活細菌組成在屬的水平上與對照組存在明顯不同。與CON組相比，包括Massilia、Rikenella、Butyricoccus和Enterococcus在內的16個屬中減少，而包括Akkermansia、Blautia和Odoribacter在內的19個屬在DSS組顯著增加（P<0.05，圖3D）。這些結果表明，DSS誘導后顯著改變了小鼠的腸道中活的細菌群落和結腸黏膜結構。

        ·FMT對腸道活的細菌群落的影響

通過16S rRNA基因高通量測序分析了HF、NF和IF組的腸道微生物群的變化。HF組的豐富度指數(shù)顯著低于IF和NF組，但Shannon和J指數(shù)沒有明顯差異（圖4A）；PCoA圖分析顯示，治療后三組的活的細菌群落結構存在著顯著差異（P<0.05，圖4B）。利用SPEC-OCCU對HF、IF和NF組的微生物群進行特異性和占有率（≥0.7）分析（圖4C），共鑒定到與HF組密切相關的五個特定的屬，即Bacteroides、Lactobacillus、Halomonas、Bifidobacterium和Fusobacterium。Fusobacterium的相對豐度在IF組顯著高于NF組（P<0.05），而HF組與其他兩組沒有明顯差異。然而，HF組的Halomonas和Lactobacillus的相對豐度明顯高于IF組（圖4D）。在FMT前和后對比分析中，也觀察到Bacteroides、Lactobacillus、Halomonas、Bifidobacterium和Fusobacterium的相類似的變化趨勢。本次研究鑒定出多個發(fā)生顯著改變的活細菌屬，他們對UC的癥狀的改善可能起著核心作用，這可能對UC的診斷和治療具有潛在的意義，值得進一步深入探索。

總結語

      菌群移植的臨床試驗正在全球范圍內快速推進，其臨床適應癥也在不斷拓展與擴大，臨床價值與市場空間巨大、前景廣闊。本研究開創(chuàng)性的結合PMA和16s rRNA基因高通測序技術，建立了分析菌群中活菌數(shù)量與組成結構的新方法；結合菌群移植實驗，證明了高活性菌群在菌群移植中的重要性！通過分析UC小鼠失衡的活菌特征、以及與菌群移植治療帶來的小鼠癥狀改善密切相關的活菌種類等，為揭示腸道微生物及菌群移植與UC的發(fā)生發(fā)展和治療之間的重要關系提供了新視角和新證據(jù)。本研究所建立的方法，還可用于菌群移植治療消化、代謝、腫瘤等各系統(tǒng)疾病的微生態(tài)（活菌數(shù)量與群落結構）相關研究。