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肠道菌群是人体生理、免疫系统发育、消化、发育和解毒反应的重要场所,对人体健康有着深远的影响。肠道菌群的结构和组成与多种疾病存在关联,越来越多研究证实肠道微生物群的失调与多种肠道疾病存在关联;不仅如此,最近的研究发现肠道微生物群与许多自身免疫性疾病,包括自身免疫性肝炎、脊柱炎、多发性硬化等都与肠道菌群有着千丝万缕的联系。已有研究表明,遗传因素可以影响肠道菌群的组成。Williams Turpin等,关于宿主基因组与肠道菌群的关联研究发现,三分之一的肠道菌群受遗传因素影响,他们鉴定出58个宿主SNP与33个细菌群丰度相关。Bonder等对荷兰人群1514个样本进行研究,鉴定出影响人肠道微生物组的基因座,发现在MHC位点中,存在部分与肠道微生物组成相关的SNP,例如位于MUC22基因附近的SNP,提示HLA-II类分子可调控肠道菌群导致其结构和功能的改变。在多种HLA转基因小鼠模型中,均证实HLA等位与肠道菌群存在关联,例如有研究表明在HLA-DR3_AIH模型中,肠道微生物群发生了显著改变,但在C57BL/6J小鼠中没有改变,这意味着HLA等位的不同可能导致微生物群组成和结构的不同。多项基于大样本患者人群的GWAS研究发现,从遗传因素全局范围来看,HLA-II类分子的遗传变异决定了HBV的感染/清除。本课题组前期“基于GWAS的HBV相关慢加急性肝衰竭(Acute-on-chronic liver failure,ACLF)患者HLA-DR研究”表明,HLA-II类分子DR/DQ是决定乙型肝炎重度损伤的关键分子DRB1*1202等位在慢性HBV感染者个体免疫损伤中扮演着重要作用,DRB1*1202为免疫损伤易感等位。细菌感染可通过全身炎症反应综合征等诱导或加重肾功能衰竭、肝性脑病及多器官功能衰竭,是ACLF患者常见并发症和导致死亡的重要原因之一。本课题组前期“基于高通量测序的HBV相关慢加急性肝衰竭患者肠道菌群特征的研究”表明,在慢性乙肝急性发作所致不同严重阶段(轻度肝炎,重度肝炎,慢加急性肝衰竭)中伴随着肠道菌群结构和丰度的整体演变,且致病菌在慢加急性肝衰竭(acute-on-chronic liver failure,ACLF)患者中显著上升。因此,结合本课题组前期的研究结果,我们猜想在HBV感染者个体免疫损伤过程中,免疫损伤型等位DRB1*1202对肠道菌群有着潜在的影响,它可通过影响肠道菌群的结构与组成,进而影响疾病的进展。为探索HLA-II类分子DRB1*1202与肠道菌群构和丰度的关系,本研究首先比较了HLA-DRB1*1202转基因小鼠和野生C57BL/6J小鼠的肠道菌群组成与结构的差异。HLA-DRB1*1202转基因小鼠是以C57BL/6J小鼠背景,6号染色体定点敲入HLA-DRA1-DRB1*1202基因的小鼠模型。然后基于16S rDNA高通量测序技术,分别采用异笼饲养、同笼饲养、同窝(同一母亲产的仔鼠)等实验设计,研究HLA-DRB1*1202对小鼠肠道菌群的影响。通过对两种基因型小鼠肠道菌群组成和结构的对比分析,我们揭示了HLA-DRB1*1202转基因小鼠与野生C57BL/6J小鼠肠道微生物群的不同特征。研究结果如下:1.在异笼饲养实验中,(1)肠道菌群组成与结构分析显示(PCoA):DRB1*1202小鼠肠道菌群组成与结构显著区分于C57BL/6J野生型小鼠,呈现出两种基因型各自组内聚集,两组清晰的区分(Adonis R~2=0.32,P=0.001);(2)群落丰富度和多样性分析显示:DRB1*12:02转基因小鼠显著低于C57BL/6J小鼠;(3)肠道菌群物种组成显示:门水平分析,DRB1*1202小鼠肠道中的类杆菌门(Bacteroidetes)和递延细菌门(Deferribacteres)丰度显著低于C57BL/6J野生型小鼠(P=0.046;P=0.0002),而蓝藻门(Cyanobacteria)丰度增高(P=0.0404);科水平分析,DRB1*1202小鼠肠道中普氏菌科(Prevotellaceae)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、和面纱科(Veillonellaceae)丰度显著低于C57BL/6J野生型小鼠(P=0.0001;P=0.046;P=0.00001),日肯氏菌科(Rikenellaceae)和胃厌氧菌科(Gastranaerophilales)丰度增高(P=0.019;P=0.04)。属水平分析,普雷沃菌科UCG-001(Prevotellaceae_UCG-001)、副萨特式菌(Parasutterella),脱硫弧菌(Desulfovibrio)和粘液杆菌(Mucispirillum)丰度显著低于C57BL/6J野生型小鼠(P=0.00003;P=0.046;P=0.0001;P=0.00002),而理研菌(Alistipes)和胃厌氧菌(Gastranaerophilales)丰度增高(P=0.0108;P=0.0404);2.通过对影响肠道菌群差异的主要因素及贡献度分析发现,分开饲养的两种基因型小鼠肠道菌群存在差异,其中基因型、同笼和同窝三种因素的总解释度为0.66(Adonis R~2=0.66,P=0.001),基因型DRB1*12:02等位的解释度为0.32(Adonis R~2=0.32,P=0.001),同笼和同窝因素共同的解释度为0.32;3.进一步进行合笼实验,以期严格控制异笼、非同窝等影响因素,更加凸显基因型对肠道菌群的影响,结果显示(1)肠道菌群物种组成:门水平,DRB1*1202小鼠肠道中蓝藻门(Cyanobacteria)丰度显著高于野生C57BL/6J小鼠(P=0.0375),递延细菌门(Deferribacteres)显著降低(P=0.0325);科水平,产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、和胃厌氧菌科(Gastranaerophilales)丰度显著低于野生C57BL/6J组小鼠比降低(P=0.026;P=0.03251;P=0.035);属水平,DRB1*1202小鼠副萨特式菌(Parasutterella)和粘液杆菌(Mucispirillum)丰度显著低于野生型C57BL/6J小鼠(P=0.026;P=0.032),毛螺菌科(Lachnospiraceae)和胃厌氧菌(Gastranaerophilales)的丰度增高(P=0.0404;P=0.035)。4.挖掘DRB1*1202小鼠肠道特征菌群发现,合笼后4周DRB1*1202小鼠和C57BL/6J小鼠的肠道菌群差异菌种分析显示,LEfSe分析和Wilcox分析均证实DRB1*1202小鼠肠道中Lachnospira、Gastranarophilales(LEfSe分析,LDA阈值2.0;)丰度显著高于C57BL/6J;5.通过对两种基因型不同肠道菌群可能导致的功能预测发现,与C57BL/6J小鼠相比DRB1*1202小鼠有15个功能基因通路丰度存在差异包括核糖体,初级胆汁酸生物合成,脂多糖生物合成蛋白质,辅因子和维生素的代谢,磷脂酰肌醇信号系统,磷酸转移酶系统,卟啉和叶绿素代谢,视黄醇的新陈代谢,弓形虫病,泛肽系统,糖的生物合成和代谢,脂肪细胞因子信号通路,生物素代谢,细胞分裂,香叶醇降解等通路。综上所述,本研究基于16S rDNA高通量测序对HLA-DRB1*1202转基因小鼠与野生型C57BL/6J小鼠的肠道菌群组成与结构进行分析。我们的研究结果表明,HLA-DRB1*1202转基因小鼠肠道菌群显著不同于野生型C57BL/6J小鼠;异笼饲养时HLA-DRB1*1202转基因小鼠肠道菌群的改变受到基因因素、异笼饲养因素、同窝基因的共同影响;合笼饲养后,HLA-DRB1*1202转基因小鼠肠道菌群尽管受到与野生型C57BL/6J小鼠共饲养的粪食环境影响,但仍然呈现出HLA-DRB1*1202基因对肠道菌群影响及特征菌群,通过功能预测提示肠道菌群的改变可能影响功能基因通路。本研究揭示了HLA-DRB1*1202基因对C57BL/6J小鼠肠道菌群的影响,为探索HLA-II类分子DRB1*1202影响肠道菌群,从而参与疾病(如HBV-ALCF等)的发生发展提供基础。