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2018-05-29浏览量:1494

人体IgA缺陷时的微生物生态扰动

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

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

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

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 、PseudomonasLachnospiraFaecalibacteriumClostridiumBifidobacteriumBacteroides在 IgM+ 片段中富集; Enterobacteriaceae , StreptococcusRuminococcusDoreaCoprococcus 、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

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

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

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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