首次！科学家发现肠道菌群与人类免疫细胞动力学的直接联系

近日，纪念斯隆·凯特琳（MSK）癌症中心的研究人员提出了有关微生物群与免疫系统之间关系的一项重要发现。他们进行的这项研究发现：血液中不同类型免疫细胞的浓度随着肠道内细菌菌株的改变而发生变化。研究首次揭示了肠道菌群与人类免疫细胞动力学的直接联系。

  该研究于11月25日发表在《自然》杂志，题为“The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans”。这一多学科团队首次证明肠道微生物群直接塑造了人类免疫系统的构成。

  该研究使用了从2000多名患者身上收集的历时10多年的数据。
  该研究的共同通讯作者，系统生物学家Joao Xavier博士说：“科学界已经接受了肠道菌群对人类免疫系统至关重要的想法，但他们用来作出这种假设的数据都来自动物研究。”纽约大学朗格尼医学中心的助理教授Jonas Schluter博士也是通讯作者。Xavier博士补充道：“在MSK，我们有一个难得的机会来关注正在接受血液癌症治疗的人群中微生物群的组成如何变化。”
  研究人体内变化的独特系统
  该研究中使用的数据均来自接受过同种异体干细胞和骨髓移植（BMT）的患者。在使用强化疗或放疗破坏癌细胞后，患者的造血系统被供体干细胞所替代。在最初的几周内，直到供血者的血细胞（包括构成免疫系统的白细胞）建立起来，患者极易受到感染。为了在这段时间内保护他们，患者被给予抗生素。
  但这些抗生素中的许多都有有害的副作用，即破坏肠道内健康的微生物群，让危险的菌株占据上风。当患者的免疫系统恢复后，抗生素即告终止，肠道菌群逐渐开始重新生长。
  Schluter博士说：“在该过程中，免疫系统和微生物群的并行恢复都被破坏，随后又恢复了，这为我们提供了一个独特的机会来分析这两个系统之间的关联。”
  多年努力寻找答案
  十多年来，研究人员定期收集和分析患者的血液和粪便样本，对细菌DNA进行了处理。Xavier博士指出：“我们的研究表明，我们可以从粪便中学到很多东西，这些粪便实际上是从马桶上冲下来的。收集它们的结果是，我们拥了有一个包含数千个数据点的唯一数据集，我们可以用它来解析有关这种动态关系的问题。”
  血液恶性肿瘤部门负责人Marcel van den Brink以及传染病专家，BMT的医生和科学家共同领导了这项多学科研究工作。van den Brink博士说：“对于这么多的患者，我们每天都收集样本，这样我们才能真正看到每天发生的事情。微生物群落的变化是迅速而剧烈的，几乎没有其他方法可以观察到它们的环境。”
  先前，科学家已经使用这项工作收集的样本研究了肠道菌群在BMT过程中如何影响患者的健康。2020年2月发表的一项研究报告说，肠道菌群中物种多样性的增加与BMT后死亡的风险降低有关。还发现，移植前微生物群的多样性较低，会导致移植物抗宿主病发生率更高，这是一种潜在的致命并发症，其中供体的免疫细胞攻击健康组织。
  关于复杂关系的新线索
  MSK团队创建的数据库包含有关患者肠道内不同时间存在的微生物类型的详细信息。计算团队，包括Schluter和Xavier，使用机器学习算法来挖掘电子健康记录中有意义的数据。健康记录中的数据包括血液中存在的免疫细胞类型，有关患者所用药物的信息以及患者所受到的副作用。van den Brink博士说：“这项研究最终可能提出通过更紧密地调节微生物群来使BMT更安全的方法。”
  分析大量数据是一项艰巨的任务。Schluter博士当时是Xavier博士实验室的博士后，并为此开发了新的统计技术。Schluter博士说：“由于利用人体进行实验通常是不可能的，因此我们只能观察到有限的东西。但是，由于在一段时间内患者的免疫系统和微生物组发生剧烈变化时，我们收集了许多数据，因此我们可以观察到规律。这为我们理解微生物群施加的作用力以重建免疫系统提供了一个良好的开端。”
  Xavier博士解释说：“这项研究的目的不是要说某些微生物对免疫系统是好还是坏。”他补充说，这将是未来研究的重点，“这是一个复杂的关系，免疫细胞不同亚型的增加或减少每天都在变化，这取决于体内的一些其他情况。重要的是，现在我们有了研究这种复杂生态系统的方法。”

  研究人员说，他们还计划将其数据用于研究接受其他癌症治疗的患者免疫系统。