红色显示抗生素处理后微生物群减少的动物大肠中产生较少黏液（绿色）的肠壁细胞（右图）。左图显示保持完整细菌群落的动物肠壁产生更多黏液。图片来源：Vinicius Dias Nirello/IB-UNICAMP
由巴西圣保罗州坎皮纳斯州立大学(UNICAMP)科学家领导的研究团队在理解肠道菌群与肠细胞关系方面取得了重大进展。这项发表在《肠道微生物》(Gut Microbes)杂志上的研究表明，微生物群及其产生的化合物（如丁酸盐）如何影响大肠内壁细胞的功能。这层肠道组织与细菌密切接触，并产生有助于其屏障功能的黏液，防止细菌进入体内。
研究发现之一是对一种先前被认为仅具有分泌黏液功能的细胞的双重功能描述。研究人员发现，这种细胞还具有吸收营养的功能，且其在上皮中的数量受肠道微生物群信号的调控。当肠道微生物群减少时，这类细胞的数量会增加。
这种细胞的数量受丁酸盐（一种膳食纤维发酵产生的化合物）及其受体GPR109A产生的调控。产生的丁酸盐越多，这类细胞的数量就越少。
这项研究为更好地理解微生物群及其代谢物在炎症性肠病等疾病中的作用以及治疗方法的开发铺平了道路。此外，该研究还展示了肠壁完整性如何发生变化，特别是在老年人中。
该研究的第一作者Vinicius Dias Nirello解释道："当微生物群减少时，大肠——在正常情况下优先考虑黏液生产——开始表现出通常与小肠相关的营养吸收特性。我们仍不清楚为什么会发生这种情况，但这种变化可能与双重功能细胞的扩张有关，并代表了对肠道这一部分细菌减少的适应性反应。"
Nirello在FAPESP的奖学金支持下，在生物学研究所(IB-UNICAMP)进行博士研究期间开展了这项研究。
IB-UNICAMP教授Marco Vinolo补充道："我们观察到这些双重功能细胞受丁酸盐及其受体的抑制。然而，在菌群失调条件下——无论是由于抗生素使用还是衰老过程导致细菌减少——这类细胞群体会扩张，我们推测这是一种旨在加强肠道屏障的适应性反应。"Marco Vinolo与英国埃塞克斯大学教授兼UNICAMP研究员Patrick Varga-Weisz共同担任Nirello博士研究的导师。
该研究揭示了肠道上皮中先前未知的由微生物触发因素调控的可塑性水平。
细胞与微生物群
为获得这些结果，研究人员用抗生素混合物处理了一组小鼠三天，导致肠道微生物群急剧减少。对照组小鼠仅接受无害溶液，保持其微生物群完整。
除了这些小鼠外，研究人员还使用了其他无菌动物，因为它们出生和成长过程中没有微生物群。这些动物被分为两个亚组，分别接受来自年轻人（18至35岁）或老年人（65岁以上）肠道的细菌。目的是研究基于供体年龄的微生物群效果。
研究人员还分析了年轻人和老年人大肠的活检组织样本，以评估衰老对构成肠道上皮的细胞数量的影响。
小鼠样本使用单细胞转录组学技术进行分析，该技术可以单独分析每个细胞的反应。这种方法使研究人员能够更深入地检查构成肠道上皮的细胞的个体特征。这些细胞包括吸收营养、水分和电解质的肠上皮细胞，以及分泌黏液的杯状细胞。
研究人员观察到，先前仅被归类为分泌黏液的特定细胞群，也可能执行吸收功能。
Nirello解释道："这些细胞表达两种功能的基因，这在以前被认为对这种细胞类型是不可能的。由于这一细胞群直接对微生物群作出反应，这一发现表明肠道上皮存在先前未知的适应性。"
人类活检和结肠中含有这类细菌的小鼠研究表明，这种细胞群在老年人的大肠中更为普遍。
通过删除这些细胞的分泌或吸收基因的新实验可能有助于阐明它们的作用。这将推进我们对肠道疾病及其治疗方法的理解。
【全文结束】