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2016．09
發炎性腸道疾病(IBD)研究現況
消化系統疾病中有一種慢性復發型的發炎性腸道疾病（Inflammatory bowel disease，IBD），主要包括克隆氏症（Crohn's disease，CD）和潰瘍性結腸炎（Ulcerative colitis，UC）。
根據調查顯示，IBD近年來在先進國家中的發病率逐年上升，其致病因素和發病機制尚未清楚了解，目前普遍認為是由於遺傳易感個體對腸道微生物的異常免疫反應所引起的腸道損傷。
許多證據顯示，腸道菌群與IBD發病有高度相關。隨著高通量定序技術的發展，目前醫生與研究人員正嘗試將宿主與腸道微生物群落結合用以闡述IBD的確切發病機制。這次小編就來為大家簡單介紹目前在微生物研究上相關的研究策略，包括微生物菌群與代謝相結合、利用菌群組成進行疾病預測、腸道環境改變（寄生蟲，抗生素）與菌群和發病的關係，以及糞便移植治療帶來的菌群改變等。
案例一
人腸道粘膜表面微生物組和蛋白組的綜合分析
期刊：Microbiome
發表時間：2013年
對47名受試者（5名靜止期CD病人和42名健康人）的盲腸和乙狀結腸粘膜表面取樣，得到93個樣本。對這些樣本進行16s rDNA定序和UPLC質譜分析研究他們的腸道微生物群落和代謝組成，Spearman關聯分析研究微生物-代謝關係。利用PICRUSt和HUMAnN預測KEGG代謝通路和豐度，大部分預測結果與測得的代謝物結果一致，顯示群落代謝是能夠被合理預測的。OTU系統發生和功能聚類分析也顯示出代謝和微生物體上的相似性。某些代謝物與微生物群落結構緊密相連，可為監測或治療IBD病人提供一種新策略[1]。
圖1. 盲腸多組學Spearman關聯分析
案例二
新確診CD患者初次治療的微生物組成
期刊：:Cell Host & Microbe
發表時間：2014年
對447例新確診CD兒童、青少年和221例無炎症對照組，在末端迴腸和直腸取樣以及部分糞便取樣，提取DNA進行16s rDNA定序。對定序結果進行多變量分析，在迴腸和直腸中找到了與疾病緊密相關的微生物類群。和對照組相比，CD組有著更低的物種多樣性，更高豐度的腸桿菌、巴斯德菌和梭桿菌等菌群，更低豐度的雙歧桿菌、梭菌和擬桿菌等菌群。基於這些與疾病緊密相關的菌群，作者構建了一個微生物失調指數，這個指數與臨床疾病活動正相關，與物種豐度負相關。比較抗生素的使用對CD組內病人微生物群落的影響，顯示抗生素使用會加大與CD有關微生物的失調[2]。
圖2. 迴腸微生物相關網路
案例三
寄生蟲感染通過二型免疫力提高定植抗力
期刊：Science
發表時間：2016年
寄生蟲感染野生型小鼠和缺失CD敏感基因Nod2的小鼠，收集小鼠糞便樣本進行16s rDNA定序。發現寄生蟲感染對缺陷小鼠腸道中一種引起炎症的擬桿菌有抑制作用，對擬桿菌的抗力依賴於二型免疫力，從而富集了有保護作用的梭菌。IBD在寄生蟲病高發地區發病率低，選擇農村原住民和吉隆坡城市人群（寄生蟲感染率分別是96%和5.3%）作為研究對象，聚類分析發現城市組腸道以擬桿菌為主，原住民組以梭菌為主。對原住民除蟲治療後，發現梭菌豐度降低而擬桿菌豐度增加[3]。
[註]定植抗力：正常菌群中的厭氧菌對具有潛在致病性的需氧菌或外來致病菌具有抗定植作用
圖3. 原住民和城市人群腸道微生物的β多樣性分析
案例四
捐獻者微生物豐度影響著IBD患者糞便移植成功率
期刊：Journal of Crohn's and Colitis
發表時間：2016年
對14名IBD患者（6名CD和8名UC），採用鼻腸管（n=9）或直腸管（n=5）進行回結腸糞便移植（FMT）。對糞便樣本16s rDNA定序及統計療效，發現UC患者的療效更好。比較捐獻者以及有療效和無療效患者糞便樣本中的微生物，發現糞便捐獻者菌群的絕對豐度和某些特定種類與症狀緩解有關。UC患者腸道微生物菌群失調程度更輕，菌群豐度更高，與健康個體菌群組成更為接近，可能是治療效率更高的原因[4]。
圖4. 有療效患者的微生物菌群豐度變化
目前這些研究主要採用的是16s rDNA定序，針對不同特點的患者（年齡，寄生蟲等等）和治療方法，比較患者和正常人腸道的微生物組成進行研究。小編覺得後續可以結合總體基因體定序深入地從基因功能來研究菌群的代謝情況。
參考文獻
[1] McHardy IH, Goudarzi M, Tong M, et al . Integrative analysis of the microbiome and metabolome of the human intestinal mucosal surface reveals exquisite inter-relationships[J]. Microbiome , 2013, 1(1): 1.
[2] Gevers D, Kugathasan S, Denson LA, et al . The treatment-naive microbiome in new-onset Crohn' disease[J]. Cell host & microbe , 2014,15(3): 382-392.
[3] Ramanan D, Bowcutt R, Lee SC, et al . Helminth infection promotes colonization resistance via type 2 immunity[J]. Science , 2016,352(6285): 608-612.
[4] Vermeire S, Joossens M, Verbeke K, et al . Donor species richness determines faecal microbiota transplantation success in inflammatory bowel disease[J]. Journal of Crohn's and Colitis , 2016, 10(4): 387-394.
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