多組織学分析：微生物群と代謝物群が示すクローン病の病気活動に関連するメカニズム

クローン病（CD）は、消化管における進行が遅く、再発する炎症性疾患です。この病気の発症機序は、遺伝子の複雑な相互作用、環境、免疫、および微生物要因によって引き起こされると示唆されています。この疾患固有の複雑性は、広範囲にわたる臨床経過に現れており、患者の最初の診断時の状態に基づいて疾患メカニズムを解析し、病気の進行を予測することが困難です。微生物群の代謝活動は、エネルギー収集、病原体に対する抵抗、および宿主免疫調節を含む宿主の重要な生理学的プロセスの維持において中心的な役割を果たします。

研究者は、自家造血幹細胞移植（HSCT）を利用して、重度で治療困難なCD患者の一部を無薬物緩解に導きましたが、一部の患者は時間とともに再発しました。HSCT治療後の29人のCD患者の臨床反応に対する糞便微生物群と代謝群の変化を機能的に関連付けるために、研究者は統合的な多オミクスアプローチを採用し、人源化限菌マウスで実験を行いました。表現型が明確なHSCT患者のコホートでこの方法を使用することで、疾患進行中の治療の失敗または成功に関連する機能的指紋を特定し、重度のCD病理学への腸内微生物の失調の貢献を理解することができました。

雑誌：Nature Communications

インパクトファクター：12.121

発表日：2020年8月

リンク：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17956-1

要約

腸内微生物と代謝物の変化は、炎症性腸疾患の発病機序に関連しています。本研究では、HSCTを受けたCD患者の縦断的コホートに対して多オミクス微生物群および代謝物分析を行い、一部の患者に対して研究的治療を実施して無薬物緩解を誘導しました。反応性緩解および維持緩解患者、緩解後に疾患再発を経験した患者、および治療無効の患者を比較することにより、疾患活動に関連する共有機能特性を発見しました。腸内微生物群が分類学的レベルで異なるにもかかわらず、これらの群が限菌マウスに移植された際、その特性は疾患状態を反映しました。総じて、人間のコホートとマウスの微生物群および代謝産物の統合により、疾患結果の予測モデルが改善され、硫黄代謝に関与する細菌代謝物相互作用ネットワークがクローン病において疾患活動に関連する重要なメカニズムであることが確認されました。

主要な結果

研究者は、HSCT移植後5年以内の29人のCD患者の異なる時点での糞便微生物群の特性を表現し、収集された133の糞便サンプルに対して16S rRNAシーケンシングを行いました。疾患活動によって微生物群を層別化したところ、活動性疾患（無緩解または再発）のCD患者の群集の豊富さとα多様性が低下していることが示されました。ベータ多様性分析は、活動性疾患患者（HSCT前後）と非活動性疾患（緩解した）患者（HSCT後）の間で微生物分布が顕著に分離していることを示しました。患者間の機能コンポーネントの豊富さの違いを観察することで、硫黄輸送システムや他のイオン輸送システム（例：モリブデン酸塩とニッケル）の代謝経路が活動性疾患（HSCT後）で豊富であることが分かり、基本的な生合成プロセスは非活動性疾患（HSCT後）で豊富であることが分かりました。活動性疾患期間中のCD患者の微生物組成の変化の機能的結果を表現するために、代謝産物を検出しました。活動性または非活動性疾患の患者はそれぞれ332個と119個の豊富さが異なる代謝特性を有していました。人源化マウスの腸内微生物非標的代謝群学は、硫黄代謝の失調が人源化マウスの炎症の発生に関連していることを発見し、これはCD患者で観察されたものと一致していました。

クローン病個体の腸内微生物の変化

人源化マウスで硫黄代謝が疾病活動と人間の微生物群を結びつける

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多組織学分析：微生物群と代謝物群が示すクローン病の病気活動に関連するメカニズム

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