首次！科學家發現腸道菌群與人類免疫細胞動力學的直接聯系

近日，紀念斯隆·凱特琳（MSK）癌癥中心的研究人員提出了有關微生物群與免疫系統之間關系的一項重要發現。他們進行的這項研究發現：血液中不同類型免疫細胞的濃度隨著腸道內細菌菌株的改變而發生變化。研究首次揭示了腸道菌群與人類免疫細胞動力學的直接聯系。

??該研究于11月25日發表在《自然》雜志，題為“The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans”。這一多學科團隊首次證明腸道微生物群直接塑造了人類免疫系統的構成。

??該研究使用了從2000多名患者身上收集的歷時10多年的數據。
??該研究的共同通訊作者，系統生物學家Joao Xavier博士說：“科學界已經接受了腸道菌群對人類免疫系統至關重要的想法，但他們用來作出這種假設的數據都來自動物研究。”紐約大學朗格尼醫學中心的助理教授Jonas Schluter博士也是通訊作者。Xavier博士補充道：“在MSK，我們有一個難得的機會來關注正在接受血液癌癥治療的人群中微生物群的組成如何變化。”
??研究人體內變化的獨特系統
??該研究中使用的數據均來自接受過同種異體干細胞和骨髓移植（BMT）的患者。在使用強化療或放療破壞癌細胞后，患者的造血系統被供體干細胞所替代。在最初的幾周內，直到供血者的血細胞（包括構成免疫系統的白細胞）建立起來，患者極易受到感染。為了在這段時間內保護他們，患者被給予抗生素。
??但這些抗生素中的許多都有有害的副作用，即破壞腸道內健康的微生物群，讓危險的菌株占據上風。當患者的免疫系統恢復后，抗生素即告終止，腸道菌群逐漸開始重新生長。
??Schluter博士說：“在該過程中，免疫系統和微生物群的并行恢復都被破壞，隨后又恢復了，這為我們提供了一個獨特的機會來分析這兩個系統之間的關聯。”
??多年努力尋找答案
??十多年來，研究人員定期收集和分析患者的血液和糞便樣本，對細菌DNA進行了處理。Xavier博士指出：“我們的研究表明，我們可以從糞便中學到很多東西，這些糞便實際上是從馬桶上沖下來的。收集它們的結果是，我們擁了有一個包含數千個數據點的唯一數據集，我們可以用它來解析有關這種動態關系的問題。”
??血液惡性腫瘤部門負責人Marcel van den Brink以及傳染病專家，BMT的醫生和科學家共同領導了這項多學科研究工作。van den Brink博士說：“對于這么多的患者，我們每天都收集樣本，這樣我們才能真正看到每天發生的事情。微生物群落的變化是迅速而劇烈的，幾乎沒有其他方法可以觀察到它們的環境。”
??先前，科學家已經使用這項工作收集的樣本研究了腸道菌群在BMT過程中如何影響患者的健康。2020年2月發表的一項研究報告說，腸道菌群中物種多樣性的增加與BMT后死亡的風險降低有關。還發現，移植前微生物群的多樣性較低，會導致移植物抗宿主病發生率更高，這是一種潛在的致命并發癥，其中供體的免疫細胞攻擊健康組織。
??關于復雜關系的新線索
??MSK團隊創建的數據庫包含有關患者腸道內不同時間存在的微生物類型的詳細信息。計算團隊，包括Schluter和Xavier，使用機器學習算法來挖掘電子健康記錄中有意義的數據。健康記錄中的數據包括血液中存在的免疫細胞類型，有關患者所用藥物的信息以及患者所受到的副作用。van den Brink博士說：“這項研究最終可能提出通過更緊密地調節微生物群來使BMT更安全的方法。”
??分析大量數據是一項艱巨的任務。Schluter博士當時是Xavier博士實驗室的博士后，并為此開發了新的統計技術。Schluter博士說：“由于利用人體進行實驗通常是不可能的，因此我們只能觀察到有限的東西。但是，由于在一段時間內患者的免疫系統和微生物組發生劇烈變化時，我們收集了許多數據，因此我們可以觀察到規律。這為我們理解微生物群施加的作用力以重建免疫系統提供了一個良好的開端。”
??Xavier博士解釋說：“這項研究的目的不是要說某些微生物對免疫系統是好還是壞。”他補充說，這將是未來研究的重點，“這是一個復雜的關系，免疫細胞不同亞型的增加或減少每天都在變化，這取決于體內的一些其他情況。重要的是，現在我們有了研究這種復雜生態系統的方法。”

??研究人員說，他們還計劃將其數據用于研究接受其他癌癥治療的患者免疫系統。