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感染艾滋病病毒后,肠道菌群或集体“叛逃”

来源:科技日报2020-07-14 09:43

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  近年来,随着研究不断深入,肠道菌群作为“第二基因组”在维护宿主健康中发挥着重要作用,已越来越被学界认同和普通大众了解。

  近日,中科院昆明动物研究所计算生物与医学生态学科组首次通过理论建模分析,揭示由艾滋病病毒(HIV)和猴免疫缺陷病毒(SIV)感染所触发的肠道菌群迁移模式及概率,引起了学界的高度关注。研究成果近日在线发表于微生物学领域重要期刊《欧洲微生物学会微生物生态学》上。

  逃离“大本营”后果很严重

  “越来越多的人已经认识到肠道菌群对人体机能及健康的重要性,然而,肠道菌群还有鲜为人知的另一方面,那就是从肠道逃逸的菌群可能会有极端危险性。”中科院昆明动物研究所研究员马占山提示说,在健康人体中,肠道菌群会受到肠黏膜屏障的严密控制,同时免疫系统也严阵以待,此时它们各司其职,表现得忠诚友善。

  但一旦受到宿主内外环境的影响,尤其是免疫系统出现漏洞,或受到类似遭受HIV/SIV病原体攻击时,肠黏膜屏障极易出现损伤,此时肠道菌群很可能会逃离“大本营”。而且让人吃惊的是,一些菌群还会掉转枪头,对自己的“老东家”下手。

  在马占山带领下,中科院昆明动物研究所计算生物与医学生态学学科组博士生李文迪的最新一项研究,试图解答受HIV/SIV病毒感染后,肠道菌群中微生物逃逸是有计划、有组织地逃逸,还是近乎无序地随机游离,以及人们是否可以从理论上估计出迁移概率以及迁移比例。

  通过理论建模分析,并依据美国国立卫生研究院(NIH)学者所提供的实验数据进行验证,研究组首次对这些前沿问题做出了回答。

  CD4细胞是人体免疫系统中的一种重要免疫细胞,它们也是艾滋病病毒的攻击对象;而T淋巴细胞来源于骨髓的淋巴干细胞,在胸腺中分化、发育成熟后,通过淋巴和血液循环而分布到全身的免疫器官和组织中,发挥免疫功能。

  “当患者——菌群宿主感染了HIV/SIV后,胃肠道黏膜中两种重要的免疫细胞(CD4细胞和T细胞)会迅速衰减,黏膜免疫被过度激活,持续性的炎症反应诱发上皮细胞凋亡和紧密连接中断,从而使得黏膜上皮细胞完整性被破坏。”李文迪介绍,与此同时,肠道内环境紊乱,也会让人体内部栖息的菌群失调,一方面益生菌数量骤减,一方面机会性病原菌逐渐占据主导地位。“正是这一系列的免疫病理过程,最终导致胃肠道内微生物发生逃逸。”

  “菌群易位”让患者雪上加霜

  研究组通过分析感染SIV猕猴的肠道、肠系膜淋巴结和肝脏多组织的菌群数据,发现微生物从胃肠道逃逸到其他组织的过程,与物理学中的“随机游动”相类似。“虽然肠道微生物逃逸很可能是由于SIV感染导致的,但逃逸的过程是随机的、并非有组织的确定性迁移。”李文迪说。

  此外,他们还发现,菌群从胃肠道逃逸至肠系膜淋巴结或肝脏的概率显著高于菌群在胃肠道内部的扩散率,并且胃肠道菌群中有接近23%的菌门和55%的菌属可能会从胃肠道逃逸至肠系膜淋巴结和肝脏。

  研究发现,受病毒感染后,肠道菌群中微生物逃逸,即“菌群易位”与SIV感染过程中机体出现的慢性炎症密切相关。

  此外,易位到其他组织的微生物很可能会触发自身免疫,从而增加了病毒感染者患退行性疾病的风险。

  “我们在研究中揭示微生物易位模式的同时,也加深了目前对组织菌群的认识——直到不久前,人们还认为,人体的许多组织是完全无菌的环境。然而,最近的研究却逐渐改变了对这一观点的认知。”马占山提示,除胃肠道外,肺、乳腺组织、健康的胎盘、肝胆系统、前列腺甚至血液中都发现了微生物菌群的存在,其中一些菌群可能是自身携带的正常菌群,有些则可能是通过微生物易位或外界感染所形成的。顶尖学术期刊《科学》杂志不久前还发表了以色列魏茨曼科学研究所领衔的一项发现,即人类肿瘤中也存在大量细菌。

  “对组织菌群的研究虽然起步较晚,但其重要性不言而喻。”李文迪说,特别是在肿瘤的相关研究中,越来越多的证据表明微生物通过代谢和与宿主细胞的相互作用,参与调节了肿瘤发生的微环境。

  研究组利用理论模型,初步解读了组织微生物菌群的形成和维系的潜在生态学机制,为日后相关领域的研究提供了理论基础。(记者 赵汉斌)

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