文献ID
题目： Microbial ecology perturbation in human IgA deficiency
译名：人体IgA缺陷时的微生物生态扰动
期刊：Science Translational Medicine IF= 16.796
年份：2018.2
通讯作者：Guy Gorochov
通讯单位：巴黎索邦大学
材料与方法
实验设计
样本：健康人群（HDs，n=34）；血液型IgA缺失人群（SIgAd，n=21）； IgA及IgM缺失人群（CVID，n=7），粪便样本及血液样本。
测序区域及平台
宏基因组测序，16s测序
研究成果
1、SIgAd患者粪便和血液的免疫表型
图1 SIgAd患者粪便和血液的免疫表型
SIgAd患者粪便中几乎不能检测到IgA（图1A），同时也无法检测到循环IgA+ B 细胞（图1B左），CD19+IgG+ B细胞在HDs及SIgAd患者中含量无显著性差异（图1B右）， CD19+CD27+IgD- B细胞在患者中含量低于HDs(图1C)，这些数据表明SIgAd在细胞及蛋白水平上对周边血液及肠道等器官产生一定的影响。
本研究采用流式细胞术检测粪便微生物表面的IgA。IgA作为健康人群中主要的粘膜抗体，在HDs中，结合到的粪便微生物占所有粪便微生物的7.6%（图1D），显著高于患者。
2、 lgA缺乏肠道微生物轻度失调
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图2 lgA缺乏与细菌含量变化
宏基因组测序检测HDs及SIgAd患者粪便菌群，发现31个MGSs在HDs与SIgAd患者中存在显著性差异， 17个在SIgAd患者中含量增多，14个含量降低（图3A）。大多数含量降低的MGSs属于Firmicutes（厚壁菌门），仅一个属于Bacteroidetes（拟杆菌门），Firmicutes中降低的MGSs 7个属于Lachnospiraceae（毛螺菌科），2个属于Ruminococcaceae（疣微菌科）（图3B），在SIgAd患者中增加的17个MGSs中，10个属于Firmicutes，4个属于Bacteroidetes，3个属于Proteobacteria。含量增多的17个MGSs属于11个不同的科，多样性高于减少的MGSs，且通常在口腔微生物中出现（如Streptococcus sanguinis， Veillonella parvula， Haemophilus parainfluenzae）。
3、在IgA缺乏情况下IgA靶点更有可能减少而不是增加
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图3 MGS水平上HDs中IgA+细菌含量
作者推测在缺乏IgA的情况下，肠道微生态扰动可能会以不同的方式呈现。因此设计实验，在30个健康样本中通过磁排序富集IgA+与IgA-片段，并进行宏基因组测序(图3A)，24个MGSs（靶标细菌）在IgA+片段中的含量高于IgA-（其中19个属于Firmicutes）（图3B、图C）。比较分析HDs与SIgAd患者中的IgA+ MGSs，仅4个MGSs在两组间存在显著性差异（图3D），其中大肠杆菌（CAG4）在患者中增加，Coprococcus comes (CAG 19)， Clostridium sp. (CAG 138)及 Dorea sp.(CAG 73)在SIgAd患者中减少，即在IgA缺乏情况下IgA靶标更有可能减少而不是增加。
4、IgM 可部分弥补 IgA 的功能
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图4 IgM 与SIgAd微生物结合
上述结果中IgA缺乏并没有对肠道微生物生态环境造成巨大干扰，其原因可能是相关报道中的补偿免疫机制。为证实该想法，利用微生物流式细胞术检测SIgAd微生物（表面无IgA包裹的微生物）表面的其他抗体类型，结果表明所有SIgAd患者中SIgAd微生物表面的确均有检测到IgM，而在HDs中几乎没有检测到（图4A，图4B），且粪便中游离的IgM含量在患者中远高于健康人群。血液中， CD19+CD27+IgM+IgD-在患者中增加，而CD19+CD27+IgM+IgD+在两组中相似（图5C），表明在缺乏IgA的情况下，IgM被分泌到消化道并与肠道微生物结合，同时结果也表明CD19+CD27+IgM+IgD- B 细胞扩增参与这一补偿机制。
既然如此，那么IgM是否可以被看做IgA的替代物，为证明这一点，研究者通过流式细胞分离术将患者中IgM+微生物与IgM-微生物分开，由于IgM+片段没有达到108，样本无法进行宏基因组测序分析，因此此处利用16srRNA进行测序（图4D，顶部），33个主要的物种相对丰度如图4D所示，Veillonellaceae、Prevotella 、Porphyromonadaceae 、Pseudomonas、Lachnospira、Faecalibacterium、Clostridium、Bifidobacterium、Bacteroides在 IgM+ 片段中富集； Enterobacteriaceae ， Streptococcus、Ruminococcus、Dorea、Coprococcus 、Blautia 在 IgM-片段中富集；Acinetobacter，Erysipelotrichaceae、Anaerostipes 、Eubacterium 在两组中含量无显著性差异。
配对分析表明19个分类中仅Clostridium、Pseudomonas在IgM+片段中显著富集，而Enterobacteriaceae微生物几乎不与IgM结合（图4E），表明在SIgAd患者中并不是所有典型的IgA靶点都能与IgM结合。
5、SIgAd患者中IgM响应与共生微生物多样性相关
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图5 IgM结合微生物多样性
鉴于最近相关文献报道在小鼠模型中IgA影响微生物的组成及多样性，因此作者猜想是否IgM在IgA缺乏过程中有同样的作用。Spearman相关性表明， IgM+富集比率与放线菌门多样性呈正相关，而与其他三种主要的门水平的物种没有显著的相关性(如图5A)。
为证实IgM缺乏可降低放线菌的多样性，进一步对无法检测到IgA及IgM（或IgM含量极低）的CVID患者进行研究。CVID患者肠道菌群的宏基因组测序结果如图5B所示，相比于CVID，HDs中MGSs丰富度降低（图5C），且放线菌门微生物的多样性显著降低（图5D），表明在IgA缺乏的情况下，IgM可保存放线菌的多样性，但此结论需要对更多的CVID患者进行进一步验证。
6、SIgA缺乏与系统性炎症相关
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图6 SIgAd与HDs中系统性炎症相关因子含量
那么缺乏SIgA是否会在宿主系统炎症与调节反应之间产生扰动呢？研究者对HDs及SIgAd患者中的细胞因子-分泌循环CD4+ T细胞进行检测（图6A），干扰素-g (IFN-g)+CD4+ T细胞在两组间不存在显著性差异，白介素-17 (IL-17)+CD4+ 与 IL-22+CD4+T细胞在患者中显著增加（图6A）；IL-6、IL-10、IL-17浓度在IgAd患者中均表现为升高（图6B）；sCD14在患者血清中增加，尽管LPS浓度在同样的样本中没有显著性的升高，另外检测到CD4+PD-1+在患者中增加（图6C）；循环调解性T细胞(Treg)未因IgA缺失发生改变，原因在于初始Tregs (CD45RA+FoxP3+ CD4+ T cells) 、效应Tregs (CD45RA-FoxP3bright CD4+ T cells)及活化T细胞（CD4+CD45RA-FoxP3low）在HDs与患者中均无显著性差异（图6D）。
7、 SIgA缺乏与细菌依耐性网络的扰动相关
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图7 SIgAd与HDs的细菌依赖性网络
为研究IgA缺乏对细菌依赖关系的潜在影响，检测IgA缺乏状态下的细菌间的网络相关性是否被干扰，HDs中45个links中41个被保留，而在SIgAd中仅30个（图7C），表明IgA缺乏与紊乱的细菌依赖关系网络有关。
研究结论
缺乏与肠道菌群结合的IgA，不引起患者肠道菌群的明显改变，但导致轻度菌群失调，一些促炎性分类群增多、抗炎性分类群减少，部分口咽细菌在肠道易位定殖；鉴定出多种IgA靶标细菌，其中4种的含量在患者中显著改变（1种增加，3种减少）； IgM可与IgA靶标菌中的一部分有效结合，只能部分性弥补缺乏IgA对菌群的影响； IgA缺乏与系统性炎症和细菌依赖性网络的扰动相关。
亮点
该研究步步紧扣，层层递进地分析了SIgAd的患者和健康个体的差异，表明IgA不仅能控制肠道感染，还参与塑造肠道菌群，并不是人体中可有可无的存在。
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