【JEV】成功破译“细胞串扰”以对抗炎症性肠病！|免疫系统|细菌

【JEV】成功破译“细胞串扰”以对抗炎症性肠病！

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作者：Ashley

导读： 胃肠道含有复杂的微生物群落，这有助于体内平衡。微生物组中断可导致胃肠道相关疾病，包括炎症性肠病（IBD），因此识别宿主和微生物的相互作用对于更好地了解肠道健康至关重要。近期研究开发了一种新的计算生物学方法，以更好地理解IBD，用于有针对性的临床治疗。通过分析肠道细胞类型的特定差异，该研究破译了细胞串扰，以确定有益菌如何与我们的免疫系统进行交流来治疗IBD和减轻肠道炎症。

在英国，大约有50万人患有炎症性肠病(IBD)，这是一种终生的慢性疾病，其特征是零星的肠道炎症发作，引起衰弱症状。克罗恩病和溃疡性结肠炎（后者发病率约为1/400）是IBD的两种最常见类型。目前的治疗方法无效，严重影响患者及其家属的生活质量。

诺里奇研究园的Quadram研究所、Earlham研究所和东英吉利大学（UEA）的科学家们开发了一种新的计算生物学方法，以更好地理解IBD，用于有针对性的临床治疗。通过分析肠道细胞类型的特定差异，该研究破译了细胞串扰，以确定有益菌如何与我们的免疫系统进行交流来治疗IBD和减轻肠道炎症。

人类肠道中蕴藏着一个微生物群落，统称为微生物组，这对维持良好的健康至关重要。破坏的微生物组可引起肠道相关疾病，包括IBD，一种免疫相关炎症性疾病，可引起腹痛、腹泻和极度疲劳。

IBD患者往往肠道微生物组的多样性降低或平衡发生改变，尤其是拟杆菌和厚壁菌。然而，我们仍然不知道这究竟是如何转化为IBD的触发和进展的。通过了解这些细菌如何与肠道内壁、免疫系统相互作用，以及这在IBD中的不同之处，我们可以更好地理解致病原因，并开始开发有针对性的、有效的治疗方法。

但要破译这种串扰，你需要了解细菌是如何交流的，然后人类细胞是如何对这些信息作出反应的。这一探索将来自Quadram研究所和UEA的微生物学家和免疫学家Simon Carding教授与Tamás Korcsmáros博士联合在一起，Tamás Korcsmáros是一名系统生物学家，其专长在于细胞信号网络。

Carding教授和他的团队一直在研究细菌胞外囊泡(BEVs)，这是由细菌制造的微小包装，它们充满各种分子并从细胞中释放出来。它们可以穿过肠道内壁，到达免疫系统的细胞，在那里它们被受体识别。BEVs的内容是分子信号，然后触发免疫细胞反应，该信号可能级联成广泛的效应。

在健康的肠道中，BEVs及其货物可以有助于免疫系统的抗炎反应，但在IBD患者的肠道中，这种反应就会丧失。因此BEVs可作为一种潜在的新疗法。但目前，我们对它们如何与复杂的免疫系统相互作用还不够了解。我们的免疫反应依赖于不同类型的细胞监测大量不同信号，并相互影响，对局部和全身感知到的感染威胁做出适当的反应。

为了解决这一知识缺口，Tamás Korcsmáros博士和他的团队使用了一个先前发表的数据集，关于哪些基因在51种结肠细胞中积极制造蛋白质，无论是在健康条件还是在溃疡性结肠炎的作用下。独特的是，该数据集包含来自相同患者的发炎和非发炎数据，允许研究炎症的影响，而不仅仅是复杂疾病。

研究小组还对从肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron(Bt)制造的BEVs中获得的所有货物蛋白进行了分析和表征。

然后他们利用实验验证的计算管道（称为MicrobioLink）结合这些数据集，预测微生物和宿主蛋白之间的相互作用，以及这些如何触发级联信号系统的复杂网络。由此他们可以建立一个整体的图景，了解哪些微生物蛋白能够与不同类型免疫细胞中的哪些人类蛋白相互作用，并在健康的肠道和IBD肠道中鉴定这些网络之间的差异。

这种被称为相互作用组的模型提供了肠道细菌和我们自身免疫系统之间不断交流的快照。由此，研究人员可以了解到受微生物蛋白影响的生物学过程——在健康和溃疡性结肠炎条件下。

他们的研究结果“Extracellular vesicles produced by the human commensal gut bacterium Bacteroides thetaiotaomicron affect host immune pathways in a cell-type specific manner that are altered in inflammatory bowel disease”最近发表在著名的《Journal of Extracellular Vesicles》上，该研究由英国研究与创新(UKRI)部生物技术和生物科学研究委员会资助。

许多相互作用被鉴定为不同细胞类型之间的共同作用，但研究揭示了许多特定于一种类型免疫细胞的生物学过程。特别关注已知在免疫和炎症中很重要的一个通路，他们也能够识别健康和溃疡性结肠炎条件下相同细胞类型之间的差异。使用与BEVs一起生长的细胞培养物进行的实验验证了计算建模的预测。

论文第一作者Lejla Gul说：“发现BEVs以细胞类型特异性的方式影响免疫系统的通路，并且它们在炎症性肠病中发生改变是理解病情的重要一步，并且潜在地可以帮助开发BEVs作为一种治疗系统。”

Tamás Korcsmáros博士说：“在细胞类型特定的解决方案中研究与BEVs的跨界联系需要多学科的专业知识和各种组学数据集。然后，您需要一个计算管道来分析来自不同患者的数据。除了实际的科学结果，在论文中我们介绍了一个开源的管道，其他人可以用来分析他们的数据，我们希望我们在这项研究中所展示的将被其他人应用于理解其他细菌物种如何与我们的细胞交流的机制，以及它在其他疾病中如何可能被改变。”

Simon Carding教授说：“这项研究强调了实验室科学家与生物信息学家合作的重要性和影响，以开发理解我们的肠道微生物和我们身体细胞之间相互作用的高度复杂性的手段和工具，这对维持我们健康非常重要。从这样的研究中获得的见解将对开发新的干预措施非常有价值，旨在通过促进与肠道微生物的有益相互作用，预防可导致IBD等疾病的有害微生物来维持健康。”

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2022-03-deciphering-gut-microbiome-chatter-combat.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。