2020-08-28
期刊《Blood》
影响因子：17.543
近期，派森诺与上海复旦大学附属华山医院合作，采用16S rRNA基因测序、代谢组检测、免疫因子检测、流式细胞仪等多组学检测技术，对骨髓移植小鼠的肠道菌群、血清代谢组、免疫因子、巨噬细胞极化作用进行整合关联研究，揭示了肠道菌群通过代谢产物氧化三甲胺（TMAO）诱导M1巨噬细胞极化，从而加剧移植物抗宿主病（GVHD）的作用机制，相关成果发表于血液学研究领域期刊《Blood》（影响因子：17.543），并获期刊撰文点评！
本研究尝试采用多组学整合研究的手段，探索肠道菌群代谢物、饮食和疾病之间的相互作用，并寻找饮食等干预作用下，靶向调理人体微生物组及其代谢物从而治疗疾病的新思路，有助于下游分子机制的研究，进而发现针对肠道菌群代谢的靶向新疗法。可谓意义重大！
《Blood》当期点评文章
研究背景
人体作为一个复杂的生态系统，寄生了数以百万亿计的微生物，其中肠道菌群不仅在营养吸收、物质代谢、免疫防御等重要生理过程中起重要作用，而且也与心脏病、肥胖、癌症等诸多重要疾病的发生发展有千丝万缕的联系。肠道菌群之所以对人体健康具有举足轻重的影响，其中一个重要原因是它们会产生丰富的代谢产物，并进入血液循环，从而影响人体的多种生理功能和疾病的发生发展。
异基因造血干细胞移植是迄今为止侵袭性血液恶性肿瘤的一个治愈方法，是血液肿瘤治疗链中的关键手段，但移植物抗宿主病（GVHD）是导致异基因移植患者死亡的重要原因，也是让许多患者对移植望而却步的主要因素。肠道菌群紊乱与GVHD发展密切相关，尽管肠道菌群的代谢产物（比如短链脂肪酸和吲哚）已被证明可以减轻疾病的严重程度，但人体微生物组的多样性预示着肠道微生物代谢物对GVHD影响的差异性。国际上有学者尝试用粪菌微生物组移植和益生菌等活微生物疗法治疗GVHD。但是，耐药菌感染风险、供体样本保存、移植过程繁杂、粪菌定殖抵抗等因素都增加了活微生物疗法的不确定性。
TMAO的前体包括胆碱、磷脂酰胆碱、肉碱和甘油磷酰胆碱等，在鱼、红肉、牛奶和鸡蛋中含量非常丰富。当人体大量摄入这些食物时，在肠道菌群作用下就会产生大量TMAO。而3,3-二甲基丁醇（DMB）作为胆碱类似物，主要存在于红酒、冷榨特级初榨橄榄油和葡萄籽油中，可以阻断TMAO的作用。本研究就以TMAO为切入点，解析了胆碱代谢物TMAO在小鼠GVHD过程中的作用。
研究方法
测序平台：Illumina高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V4-V5区
研究结果
本研究发现，肠道菌群代谢产物TMAO会加剧GVHD，而对其下游信号的靶向干预有助于缓解GVHD对机体的损伤。TMAO或高胆碱饮食可增强同种异体GVH反应，而胆碱类似物3,3-二甲基-1-丁醇（DMB）可逆转TMAO诱导的GVHD严重程度。
高胆碱饮食诱导产生的肠道菌群代谢物TMAO加剧了同种异体GVH反应
DMB可逆转TMAO诱导的GVHD严重程度
有趣的是，在GVHD加重的小鼠中，肠道菌群不论是多样性水平、还是组成结构都未发生显著变化，表明肠道菌群未发生明显失调和紊乱，预示着GVHD加重主要是和肠道菌群代谢产物TMAO有关。另一方面，在GVHD小鼠中可观察到TMAO诱导的同种异体T细胞增殖和T辅助细胞（Th）亚型分化，但在体外培养中未观察到。因此，本研究进一步研究了巨噬细胞极化的作用，这是体外培养系统所不具备的。在TMAO诱导的GVHD组织和TMAO培养的骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）中，F4/80+CD11b+CD16/32+ M1巨噬细胞和特征基因IL-1、IL-6、TNF-α、CXCL9和CXCL10水平都增加。而抑制NLRP3炎症小体可逆转TMAO刺激的M1特征，提示NLRP3是巨噬细胞对氧化三甲胺刺激反应的关键蛋白水解激活因子。
与此一致，在TMAO刺激的BMDMs中观察到了线粒体活性氧和增强的NF-κB核重定位。而敲除GVHD受体的NLRP3不仅可封闭M1激活，而且在TMAO治疗的情况下也可逆转GVHD的严重程度。
TMAO通过激活NLRP3炎症小体强化M1巨噬细胞
TMAO通过线粒体活性氧激活NLRP3炎症小体
综上所述，本研究揭示了TMAO诱导的GVHD加剧是由Th1和Th17分化导致的，而后者又是由依赖NLRP3炎症小体激活的、极化的M1巨噬细胞介导的。
研究结论
本研究通过多组学整合关联研究的策略，发现高胆碱饮食和TMAO干预会加重GVHD；而利用DMB靶向抑制TMAO的产生，可以阻断高胆碱饮食引起的GVHD。因此，本研究提供了宿主胆碱饮食、肠道菌群代谢物与GVH反应之间的联系，为通过控制胆碱饮食减轻GVHD提供了依据。同时，这一干预方法可直接作用于肠道菌群代谢物导致宿主失衡的信号途径，因而能克服菌群移植的定殖抗性和潜在的病原菌致机体感染的风险，有望成为未来治疗GVHD和其他炎症性疾病的新靶点和重要手段。
本研究的高通量测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Kunpeng Wu, Yan Yuan, Huihui Yu, Xin Dai, Shu Wang, Zhengxu Sun, Fen Wang, He Fei, Qiwang Lin, Hua Jiang, Tong Chen; The gut microbial metabolite trimethylamine N-oxide aggravates GVHD by inducing M1 macrophage polarization in mice. Blood 2020; 136 (4): 501–515. doi: https://doi.org/10.1182/blood.2019003990
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https://ashpublications.org/blood/article/136/4/501/454386/The-gut-microbial-metabolite-trimethylamine-N
