两种肠道疾病中肠道菌群结构变化的分子生态学研究

肠道菌群在宿主的营养、代谢以及保护宿主免受外界侵袭等方面都起到非常重要的作用,而很多肠道疾病的发生、发展也与肠道菌群结构的变化有着密切的联系。本论文分别选择了一种感染性疾病和一种非感染性疾病,即轮状病毒感染腹泻和溃疡性结肠炎,用分子生态学的方法研究了患者肠道菌群组成变化和疾病发生、发展的关系。 轮状病毒感染腹泻在五岁以下儿童中有很高的发病率和致死率,目前还没有有效的疫苗,有研究表明益生菌制剂对轮状病毒感染的腹泻有一定的疗效,提示调节肠道菌群可能对治疗有作用,但是发生轮状病毒感染腹泻以后,肠道微生物组成特点还不明确。本研究直接从粪便样品中混合菌群的总DNA出发,通过种属专一性的引物研究了年龄相当的9例轮状病毒感染儿童与12例健康儿童肠道菌的主要成员--拟杆菌(Bacteroides)在腹泻发病过程中的数量和组成变化。实时定量PCR结果表明,轮状病毒感染个体肠道内拟杆菌的16S rRNA基因拷贝数与健康个体相比平均下降了2个数量级,具有显著性差异(P<0.05)。为了获得拟杆菌的组成结构的信息,对每一个个体分别构建一个拟杆菌专一性的文库,健康组测序665条,轮状病毒感染组测序284条,将这些序列按照98%的相似性划分为34个OTU。利用偏最小二乘判别法(Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)对这34个OTU进行分析,结果表明轮状病毒感染导致肠道内拟杆菌组成结构发生了变化,通过拟杆菌的组成可以将健康个体与轮状病毒感染个体分开,而对于区分两组个体起关键作用的OTU分别与Bacteroides vulgatus(普通拟杆菌) ,Bacteroides stercoris(粪便拟杆菌)和Bacteroides fragilis (脆弱拟杆菌)有很高的同源性。其中,与Bacteroides vulgatus,Bacteroides stercoris相关的OTU在健康个体中含量和丰度比较高,而与Bacteroides fragilis相关的OTU则在轮状病毒感染组的含量和丰度比较高。本研究还表明,将多变量统计方法用于分析克隆文库数据可以揭示出肠道菌群在扰动下的变化情况,并能鉴定出关键种类,该方法对于研究临床上某些疾病的病因,筛选有重要意义的生物标记物,评价某些药物的治疗效果等方面都具有很高的实用价值。 溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis, UC)是一种急性或者慢性的炎症性大肠炎,该病的病因目前未知,但是很多动物实验表明肠道菌群与该病的发生和发展有密切关系。通过PCR-DGGE技术比较24例溃疡性结肠炎患者肠道内溃疡粘膜以及与溃疡粘膜相距5cm的非溃疡粘膜所黏附的优势菌以及拟杆菌、柔嫩梭菌、乳酸菌和双歧杆菌的组成情况,结果表明同一肠段两个部位的优势菌组成很相似,而柔嫩梭菌及乳酸菌的组成存在很大的差异。同时本论文还研究了不同的患病部位对于肠道粘膜黏附菌组成的影响,结果发现无论是结肠型溃疡还是直肠型溃疡,乳酸菌在溃疡部位和非溃疡部位的组成都有很大差异,而柔嫩梭菌仅在直肠型溃疡中有差异,表明不同的患病部位对于细菌组成的变化也有一定的影响。另外,长双歧杆菌(B.longum,99%同源)条带在溃疡性结肠炎患者中出现的频率减少。通过目前的分析没有找到溃疡部位或者非溃疡部位特有的菌群图谱,只观察到部分类群的整体结构的改变。 本研究表明,无论是感染性疾病还是病因未明的非感染性疾病的发生发展都与肠道菌群的结构变化有着密切的关系。通过测定这种变化,有可能找到对肠道健康有指示作用的分子生态标识物,同时对理解肠道菌群结构与人体健康的关系提供新的启示。