日前，由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心營養(yǎng)中心與美國芝加哥大學(xué)COMER兒童醫(yī)院合作，運(yùn)用宏基因組學(xué)研究揭示腸道菌群與先天性巨結(jié)腸小腸結(jié)腸炎發(fā)病相關(guān)的可能機(jī)制，為臨床防治提供新方向。腸道菌群研究是2013年全球十大科技進(jìn)展之一。該研究結(jié)果在《Biochemical
and Biophysical Research Communications
》上在線發(fā)表后，引發(fā)國際同行熱烈關(guān)注和反響。經(jīng)過文獻(xiàn)檢索，本文是國際上利用宏基因組學(xué)技術(shù)進(jìn)行先天性巨結(jié)腸小腸結(jié)腸炎腸道菌群研究的第一篇發(fā)表論文。
先天性巨結(jié)腸又稱赫什朋病（HD），或無神經(jīng)節(jié)細(xì)胞癥。該病是受累腸段神經(jīng)節(jié)細(xì)胞缺失，導(dǎo)致病變結(jié)腸持續(xù)痙攣收縮，近端腸管擴(kuò)張，腸內(nèi)容排出受阻為特征的一種先天性腸道動力障礙性疾病。在活產(chǎn)兒中發(fā)病率約為1/2000-1/5000，是小兒外科常見疾病，僅次于直腸肛門畸形，占消化道畸形的第二位。其主要臨床表現(xiàn)為胎糞排出延遲、頑固性便秘和腹脹，常并發(fā)腸梗阻、小腸結(jié)腸炎，嚴(yán)重影響患兒的生活質(zhì)量甚至危及生命。巨結(jié)腸伴發(fā)小腸結(jié)腸炎（HAEC）是HD最常見和最嚴(yán)重的并發(fā)癥，文獻(xiàn)報道發(fā)病率為20%-58%，病死率可達(dá)30%。患兒全身癥狀可突然惡化，腹脹嚴(yán)重、嘔吐、伴有爆發(fā)性腹瀉。由于腹瀉及擴(kuò)張腸管內(nèi)大量腸液積存，產(chǎn)生脫水、酸中毒、高熱、脈速、血壓下降、若不及時治療，可導(dǎo)致患兒死亡。
高通量測序的宏基因組學(xué)技術(shù)打破科研瓶頸
據(jù)課題負(fù)責(zé)人兒中心營養(yǎng)中心洪莉博士介紹，近年來，對HAEC的病因?qū)W研究和理解不斷加深，但對其具體的發(fā)病機(jī)制至今仍不清楚。目前認(rèn)為關(guān)鍵的因素之一是細(xì)菌和病毒的感染。本研究利用基于高通量測序的宏基因組學(xué)技術(shù)，揭示HAEC患兒腸道菌群特異性。由于腸道菌群數(shù)量龐大，種類繁多，普通的直接鏡檢法和活菌定量培養(yǎng)計數(shù)法不能完成分析腸道菌群的重任。課題組運(yùn)用高通量測序技術(shù)為此類研究提供了新的方向。
高通量測序技術(shù)又稱“下一代”測序技術(shù)，其主要特征是能對大量DNA分子序列實施邊合成邊測序，序列讀長一般在幾十至幾百這間。這種新的測序技術(shù)不依賴菌落培養(yǎng)，而是直接提取總DNA物質(zhì)后進(jìn)行分析，得到的結(jié)果不僅含有不可培養(yǎng)菌種的相關(guān)信息，還可反映出較真實的群落結(jié)構(gòu)。目前，使用高通量測序技術(shù)來進(jìn)行腸道菌群宏基因組學(xué)分析已經(jīng)成為主流做法，利用宏基因組學(xué)的技術(shù)，使得全面和精確分析HAEC患兒腸道菌群成為可能。
對系統(tǒng)全部微生物的研究成為宏基因組學(xué)。這是對特定環(huán)境中全部微生物的總DNA進(jìn)行克隆，并通過構(gòu)建宏基因組文和篩選等手段獲得新的生理活性物質(zhì)；或者根據(jù)RDNA數(shù)據(jù)庫設(shè)計引物，通過系統(tǒng)學(xué)分析獲得該環(huán)境中微生物的遺傳多樣性和分子生態(tài)學(xué)信息。疾病導(dǎo)向的研究主要關(guān)注在人體中并不經(jīng)常出現(xiàn)的致病菌，希望發(fā)現(xiàn)能夠確實解釋特定細(xì)菌介導(dǎo)的疾病如壞死性小腸結(jié)腸炎的細(xì)菌。隨著快速而精確的宏基因組學(xué)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，使得準(zhǔn)確觀測腸道微生物的變化過程成為可能。對一系列數(shù)據(jù)結(jié)果的分析會提示有可能致病的腸道細(xì)菌單獨或者聯(lián)合的聚集。這種研究方法能使我們在代謝環(huán)境不斷變化的情況中的探索細(xì)菌的生態(tài)演替，從而可能通過精細(xì)的干預(yù)以改善宿主腸道微生物的結(jié)構(gòu)和生長。
精確定位適宜研究方向
新生兒和嬰兒是腸道菌群研究的理想對象。因為與成人相比，新生兒和嬰兒腸道微生物非常簡單。出生后頭幾周中，新生兒腸道微生物的種類不到20種，在18個月-2歲逐漸達(dá)到成人豐富水平。所以在新生兒及嬰兒期可以以較高的精度完成腸道菌群宏基因組學(xué)研究分析。研究人員在手術(shù)同時提取2-12月齡HAEC和HD患兒的腸道內(nèi)容物標(biāo)本，應(yīng)用高通量測序技術(shù)比較其腸道菌群的特點發(fā)現(xiàn)，HAEC和HD患兒腸道菌群的確存在明顯差異。研究者發(fā)現(xiàn)，有無神經(jīng)節(jié)細(xì)胞并不是影響腸道菌群組成的主要決定因素，而有無特定腸道菌群的定植可能是影響HAEC產(chǎn)生和發(fā)展的重要原因。同時，腸道菌群也跟患兒的年齡有關(guān)，不同年齡階段的患兒腸道微生物菌群存在差異。說明腸道菌群隨著年齡的改變有所不同。因此，明確HAEC患兒腸道菌群的特異性并隨年齡、病程變化的規(guī)律，并尋找優(yōu)化腸道菌群的干預(yù)措施，將對揭示HAEC與腸道菌群相關(guān)的發(fā)病機(jī)制，以及尋找有效的HAEC防治方法起到關(guān)鍵作用。
跨國界跨學(xué)科搭建科研平臺
上海兒童醫(yī)學(xué)中心是國內(nèi)較早開展宏基因組學(xué)研究的科研單位，醫(yī)院利用自身兒外科、營養(yǎng)科、轉(zhuǎn)化研究所的科研力量搭建宏基因組學(xué)科研平臺，并與芝加哥大學(xué)COMER兒童醫(yī)院、哈佛大學(xué)波士頓兒童醫(yī)院等開展精誠研究合作。課題組將與國際同行一起，在這一新興的有著巨大發(fā)展前景的研究道路上齊頭并進(jìn)，為人類健康做出貢獻(xiàn)。
