在体示踪益生菌治疗肠易激综合征的微生态动力学研究

The gut microbiota is both physiologically and pathologically important to intestinal homeostasis and the pathogenesis of irritable bowel syndrome (IBS), among other diseases. We previously found that D-IBS patients are associated with mucosal barrier defect , and that short-term active lactic acid bacteria treatment for D-IBS modulates the patients’ aberrant mucosal barrier function, and reduces abdominal pain and flatulence, thus then reduces the global IBS scores. However, how they colonize in the intestines after administration and affect microbiota are still largely unknown. Further, how the microbiota modulates the IBS pathophysiology is also unknown. Here we will innovatively construct “tracing genes” to track in vivo the colonization and translocation of eGFP labelled probiotics using endomicroscope and laser scanning microscope (LSM), and thus will quantitatively analyze the probiotics in the context of microbiota via 16S rDNA and marcogenome high throughput sequencing. We aim to establish the “microbiodynamics”in the gastrointestinal tract, and elucidate how microbiota modulates intestinal function. This proposal will demonstrate the probiotics’ effect on microbiota and provide insights into mechanisms of treating IBS, which will streamline the clinical application of probiotics.

肠道菌群在肠稳态维持和肠易激综合征（IBS）等多种疾病的发病机制中起重要作用。我们前期研究发现腹泻型IBS患者存在肠上皮屏障功能异常，短期应用乳酸杆菌治疗可以调节IBS患者异常的小肠粘膜的屏障功能，改善患者的腹痛和腹胀症状，并降低患者的总体IBS症状评分。然而益生菌摄入后，益生菌如何在肠道内定植以及益生菌如何影响肠道微生态尚不清楚，益生菌如何调节IBS的发病机制也尚不明确。本课题在前期研究成果的基础上，设计并构建了“示踪基因”，通过在体及离体定位示踪eGFP标记的益生菌体内定植和空间位置变化，并联合16S rDNA高通量测序和宏基因组学研究方法定量分析益生菌和肠道菌群的动态变化，建立消化道菌群的“微生态动力学（microbiodynamics）”， 并进一步探讨微生态影响肠道功能的机制。其研究结果将揭示益生菌对肠道菌群的动力学作用，深入阐明益生菌治疗IBS的机制，优化益生菌的临床应用。

肠易激综合征（Irritable Bowel Syndrome, IBS）是常见的消化系统疾病，主要表现为腹痛和腹部不适，排便后症状减轻或消失，严重影响患者生活质量并加重经济负担。目前大量证据表明肠道菌群的失衡参与IBS 的病理生理过程，IBS 病人的肠道菌群中存在菌群多样性减少，黏膜相关菌群数量增多和成分改变等诸多变化。因此，肠道微生态干预成为包括IBS 在内的多种功能性胃肠疾病的治疗靶点。但是益生菌在IBS患者肠道中的定植规律及其对IBS患者肠道菌群的影响及其机制尚不清楚。本项目针对以上问题，开展了系统研究，完成了以下研究内容：1、构建完成GFP基因标记微生物，并利用共聚焦激光显微内镜（CLE）和FISH技术，研究了其在IBS模型鼠肠道中定植规律；基于高通量测序的结果表明，灌胃的益生菌在小鼠体内定植数量很低，很难用高通量测序手段研究特定益生菌的定植规律。2、开展了多中心随机安慰剂对照的酪酸梭菌对IBS患者临床试验，结果表明酪酸梭菌对患者IBS患者生活质量酪酸梭菌组IBS总体症状有改善，同时生活质量评分和大便频率评分均有改善，菌群分析表明表明治疗前后两组的菌群结构有显著差别，这可能是酪酸梭菌治疗IBS的机制；3、阐明了IBS患者粪便上清中丝氨酸蛋白酶通过肠上皮-脑源性神经营养因子(BDNF)-肠胶质细胞轴导致内脏高敏感的机制；4、发现了丁酸通过上调肠胶质细胞神经生长因子（NGF）产生引起IBS内脏高敏感机制；5、利用荟萃分析，研究了单一菌株和混合制剂对IBS患者的治疗效果，结果表明单一菌株治疗效果较好。同时，结合国际上IBS及肠道微生态的研究热点，我们还拓展了研究内容：1、研究了低FODMAPs饮食对IBS患者肠道菌群的影响，并开发了预测IBS患者对低FODMAPs饮食疗效的微生物标志物；2、进一步研究了内脏高敏感模型鼠的肠道菌群特征，发现母婴分离模型较TNBS模型具有更显著的菌群差异，更适合模拟IBS患者肠道菌群改变。本项目的研究结果进一步明确了肠道菌群在IBS发病中的作用，并发现益生菌在IBS患者肠道中定植难度高，但其可能是通过调整菌群结构发挥治疗作用。