腸道微生物組有助于維持宿主代謝節(jié)律
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) / 2016-12-22 12:44:33
晝夜節(jié)律系統(tǒng)在許多生物體中廣泛存在。而最近的研究表明腸道微生物組在組成和功能上具有節(jié)律性振蕩的特點(diǎn)。然而，尚不清楚微生物群和宿主之間晝夜節(jié)律是如何關(guān)聯(lián)的。Thaiss等人在小鼠中發(fā)現(xiàn)腸道微生物的生物地理學(xué)和代謝活動(dòng)晝夜節(jié)律的變化可以影響宿主腸道和肝臟的生理功能。
為闡明腸道微生物晝夜性節(jié)律變化，作者對(duì)小鼠進(jìn)行了研究。讓小鼠暴露于黑暗中12個(gè)小時(shí)，然后暴露在光線中12個(gè)小時(shí)，循環(huán)多次。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸細(xì)菌生物地理學(xué)方面出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性變化，特別是在光照期間上皮粘液層中的細(xì)菌數(shù)量減少，并且在黑暗期間具有最高的數(shù)量。一些物種（如典型的粘液性細(xì)菌Mucispirillumschaedleri）在上皮粘附方面出現(xiàn)較大的變化。
此外，宏基因組測(cè)序顯示那些涉及到趨化性、鞭毛運(yùn)動(dòng)和粘液降解的代謝途徑也具有晝夜振蕩的特點(diǎn)。細(xì)菌生物地理學(xué)中的這些變化受到進(jìn)食模式和上皮屏障功能的影響，但不受宿主的分子時(shí)鐘的影響。
為了評(píng)估微生物群振蕩對(duì)宿主的影響，作者研究了宿主轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組的節(jié)律性。使用抗生素和無(wú)菌處理的小鼠在宿主腸道中的轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組的分布發(fā)生顯著變化。出乎意料的是，在微生物耗盡之后，參與代謝平衡的基因和通路重新獲得節(jié)律性，因此作者提出以下假設(shè)：宿主重新獲得振蕩功能以彌補(bǔ)腸道微生物組的缺失。可以通過(guò)克隆無(wú)菌小鼠進(jìn)行驗(yàn)證。小鼠含有來(lái)自小鼠和大鼠的段絲狀細(xì)菌體建群來(lái)證實(shí)。其中，前者表現(xiàn)出鼠腸上皮的粘附性獲得強(qiáng)化。只有表現(xiàn)出節(jié)律性上皮組織粘附的細(xì)菌才能夠影響轉(zhuǎn)錄宿主振蕩的編程。
此外，轉(zhuǎn)錄節(jié)律不僅在腸內(nèi)表現(xiàn)局部差異，通過(guò)與未經(jīng)治療的對(duì)照組比較相，肝細(xì)胞在抗生素治療和無(wú)菌小鼠中也表現(xiàn)出不同的晝夜轉(zhuǎn)錄組的變化。作者提出以下假設(shè)：即這可能是由于腸道微生物組的代謝產(chǎn)物節(jié)律變化的結(jié)果。事實(shí)上，很多類(lèi)型的代謝物，包括氨基酸和多胺，在腸和血清中均出現(xiàn)晝夜節(jié)律性振蕩，并且這些振蕩在使用抗生素治療之后或是在無(wú)菌小鼠中被消除。顯著的情況是，在喂食多胺缺乏的食物的小鼠中，聚合物胺和氨基酸不再表現(xiàn)出振蕩豐度，同時(shí)肝臟晝夜轉(zhuǎn)錄組被重新編程以進(jìn)行補(bǔ)償。這意味著腸道微生物群有助于維持宿主的代謝組節(jié)律。
總之，這項(xiàng)研究可以讓我們深入地了解到腸道微生物組在晝夜生理學(xué)以及外周器官轉(zhuǎn)錄活性調(diào)節(jié)中的作用，可以為治療與晝夜節(jié)律時(shí)鐘功能障礙相關(guān)的人類(lèi)疾病提供新的思路。