上期小编已经和各位老师分享了肠道微生物对人类的健康和疾病的影响。目前在医学上应用的方向也十分广泛,比如癌症、代谢疾病、心脑血管疾病、胃肠道疾病、神经系统疾病、免疫系统疾病、老年病、呼吸道疾病以及新生儿、药效评估、靶向药物指导应用等等。通过肠道微生物了解疾病的发生发展机制,为疾病的治疗提供新的思路。

肠道微生物组的生态失调可诱导疾病的发生并能调控宿主基因的表达。宿主基因表达与肠道微生物的变化关系密切,因此肠道微生物组可以作为某些疾病的诊断标记,健康肠道微生物组的移植也可逆转微生物的失调,从而达到治疗疾病的效果。
 本期小编将会结合几篇高分文章聊聊微生物组学与宿主转录组学联合应用,从菌群失调与宿主相关基因表达之间的关联揭示疾病等发生发展的机制。
案例一 囊性纤维化患者肠道微生物与宿主基因调控间相互作用
题目:Interactions between the gut microbiome and host gene regulation in cystic fibrosis 
期刊:Genome Medicine
IF:10.675
发表时间:2020年1月
研究思路:

图1研究思路
本文作者通过对囊性纤维化患者和健康对照者的结肠黏膜样本进行RNA-seq,以确定差异表达的宿主基因。16S rRNA测序研究结直肠粘膜特征微生物,并确定患者与健康对照之间的差异菌群。最后作者对肠道粘膜组织特定的细菌与宿主基因之间的关系进行了建模。
作者发现与健康对照相比,囊性纤维化患者的结肠中有1543个基因(CFTR)差异表达。这些基因富集于胃肠道和结直肠癌相关功能,如结直肠癌的转移、肿瘤抑制、p53、mTOR信号通路等。囊性纤维化患者肠道菌群多样性下降,产丁酸菌(Ruminococcaceae 和 Butyricimonas)减少,其他菌(Actinobacteria and Clostridium)丰度增加。结直肠癌相关基因(LCN2DUOX2)的表达与结直肠癌相关细菌(Ruminococcaceae 和Veillonella)丰度相关。
本文除了介绍了囊性纤维化患者宿主基因表达与粘膜组织菌群,还探索了宿主-微生物相互作用在囊性纤维化结直肠癌病理学中潜在作用。本文提供了囊性纤维化患者结直肠癌患病风险的标志物。

图2结肠直肠癌相关基因与肠道粘膜微生物之间的相互作用

案例二 特异性皮炎和银屑病微生物与宿主相互作用
题目:Microbe-host interplay in atopic dermatitis and psoriasis  
期刊:Nature communications
IF:12.121
发表时间:2019年10月
研究思路:

 图3研究思路

本文通过16S RNA测序、宏基因组测序及转录组测序技术研究了特异性皮炎和银屑病患者皮肤微生物群落结构以及皮肤基因表达模式。发现特异性皮炎和银屑病与健康对照皮肤微生物组成存在显著差异。特异性皮炎以金黄葡萄球菌为主并与宿主皮肤屏障功能、色氨酸代谢和免疫激活相关。银屑病皮肤微生物群落与宿主基因表达存在微弱的关联性。并为皮肤生态失调的生物标志物和靶向治疗提供基础。

 

图4金黄色葡萄球菌特征以及功能关联

 

案例三 新型宿主导向疗法治疗艰难梭菌感染
题目:New Host-Directed Therapeutics for the Treatment of Clostridioides difficile Infection  
期刊:mBio
IF:6.787
发表时间:2020年3月
研究思路:
 

图5研究思路

 
药物介导的保护依赖于微生物群落的存在,其在唤起宿主防御以促进保护性免疫作用。本文通过构建小鼠模型进行16S rRNA测序和转录组测序,发现药物均增加了一些先天免疫应答相关基因的表达。总之,先导药物通过激活IL-33和通过宿主防御机制去清除病原体,促进疾病减轻和小鼠模型的生存。
艰难梭菌是一种孢子形成的厌氧菌,也是引起抗生素相关结肠炎的主要原因。由于治疗方案较少且疾病复发率高,因此迫切需要开发新的治疗方案。本文确定了先导药物治疗机制,在小鼠模型的致死艰难梭菌感染(CDI),提高对药物在感染发病机制中的作用的理解即宿主对艰难梭菌的免疫反应。总之研究强调了先天免疫的重要性,以及免疫调节作为对抗CDI的潜在治疗选择的重要性。
 

图6主要结果

 
本期的分享就到这里,希望对各位老师有所帮助。小编将会定期为大家分享微生物相关的研究思路,为我们的研究开拓思维,提升文章质量。 
参考文献:

1、Interactions between the gut microbiome and host gene regulation in cystic fibrosis
2、Microbe-host interplay in atopic dermatitis and psoriasis
3、New Host-Directed Therapeutics for the Treatment of Clostridioides difficile Infection
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