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計算生物與醫學生態學科組首次揭示由SIV/HIV感染所觸發的腸道菌群遷移模式及概率
2020-07-06 來源:計算生物與醫學生態學組 作者:
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  近年來,隨著對腸道菌群研究的不斷深入,對于其作爲“第二基因組”在宿主健康中發揮的極端重要性,學界和普通大衆也有了較爲充分的了解。然而,腸道菌群還有相對鮮爲大衆所熟知的另一方面:從腸道逃逸的菌群可能會有極端危險性。在正常情況下(也就是在健康人體中)腸道菌群會受到腸粘膜屏障的嚴密控制,同時免疫系統也嚴正以待,此時它們各司其職表現得忠誠友善然而一旦受到宿主內外環境的影響,尤其是免疫系統出現漏洞或受到類似HIV/SIV病原體攻擊時,腸粘膜屏障極易出現損傷,此時腸道菌群很可能會逃離“兵營”。其後果正像從戰場上逃逸的士兵一樣,當中的一些或許會掉轉槍頭,對“老東家”下手。

 

  中科院昆明動物研究所馬占山學科組博士生李文迪最新一項研究試圖回答如下問題:(1)受HIV/SIV病毒感染後,腸道菌群中微生物逃逸(學術名詞是菌群易位”or microbial transloation) 是有計劃、有組織的逃逸,還是近乎無序的隨機遊離?(2)可否從理論上估計出遷移概率以及遷移比例。該研究近日在線發表于歐洲微生物學會旗下的FEMS Microbiology Ecology研究通過理論建模分析,首次對以上問題作出了較爲合理的回答。

 

  當宿主感染了SIV/HIV胃腸道黏膜中的CD4+ T細胞會迅速衰減黏膜免疫被過度激活持續性的炎症反應誘發上皮細胞凋亡和緊密連接中斷從而使得黏膜上皮完整性被破壞(“腸漏”)與此同時腸道內環境紊亂也致使其內部棲息的菌群失調益生菌數量驟減機會性病原菌逐漸占據主導地位這一系列的免疫病理過程最終導致胃腸道內微生物發生逃逸 

 

  李文迪通過分析SIV感染的猕猴的多組織包括腸道腸系膜淋巴結和肝髒菌群數據該項研究發現微生物從胃腸道逃逸到其他組織的過程類似于物理學中的隨機遊動 (random walk)也就是說雖然腸道微生物逃逸很可能是由于SIV感染導致的但逃逸的過程是隨機的並非有組織地確定性遷移此外該研究還發現菌群從胃腸道逃逸至腸系膜淋巴結或肝髒的概率即遷移率在屬水平均>0.5顯著高于菌群在胃腸道內部的擴散率在屬水平=0.01),並且胃腸道菌群中有接近23%的菌門和55%的菌属可能会从胃肠道逃逸至腸系膜淋巴結和肝髒

 

  微生物易位與SIV/HIV感染過程中機體出現的慢性炎症密切相關此外易位到其他組織的微生物很可能會觸發自身免疫從而增加了病毒感染者患退行性疾病的風險該研究在揭示微生物易位模式的同時也加深了目前對組織菌群的認識直到不久前許多組織還被認爲是完全無菌的環境然而最近的研究卻逐漸改變了對這一觀點的認知除胃腸道外乳腺組織健康的胎盤肝膽系統前列腺甚至血液中都發現了微生物菌群的存在其中一些菌群可能是自身攜帶的正常菌群有些則可能是通過微生物易位或外界感染所形成的對組織菌群的研究雖然起步較晚但其重要性不言而喻特別是在腫瘤的相關研究中越來越多的證據表明微生物通過代謝和與宿主細胞的相互作用參與塑造了調節腫瘤發生的微環境tumor microenvironment)。該研究利用理論模型初步解讀了組織微生物菌群的形成和維系的潛在生態學機制为日後相关领域的研究提供了一定的理论基础 

 

  論文來源:Wendy Li & Zhanshan (Sam) Ma (2020) A theoretic approach to the mode of gut microbiome translocation in SIV-infected Asian macaques. FEMS Microbiology Ecology https://doi.org/10.1093/femsec/fiaa134該雜志系目前是微生物生態學領域較爲公認的三大重要期刊之一其余兩個分別爲 Nature 子刊 The ISME Journal以及Microbial Ecology”)

 

  第一作者李文迪2016年本科毕业于南方医科大学,後推免进入昆明动物所硕博连读,目前以一作身份发表SCI論文3篇,预计2020年将有5篇SCI一作論文发表(其中2篇已见刊,另外3篇处于修改或审稿阶段)。 此外已合作完成了“Primer of Ecological Statistics” 一书翻译,预计将由高教出版社以精品外国教材推介出版。  

  

  


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