當文章作者、斯坦福大學醫學院Justin Sonnenburg實驗室的博士后Carolina Tropini還在攻讀博士時,就已經注意到一些細菌會受滲透壓影響,而且一旦環境恢復正常,細菌會重新開始繁殖。
人體內的腸道微生物經常面臨不同濃度的溶液,而且Miralax等緩解便秘的藥物會將更多的水帶入腸道,從而給“常駐”微生物造成滲透休克。滲透性腹瀉是由食物不耐受、吸收不良和使用大量瀉藥引起的一種流行疾病。Tropini很好奇,微生物是如何應對更劇烈的環境變動,這些反應又是如何進一步影響宿主的。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.008
瀉藥改變腸道菌群
為了解開疑惑,Tropin及其同事持續6天向兩組小鼠的水中加入了會導致腹瀉的Miralax。這兩組小鼠分別是被移植了人類腸道微生物的無菌小鼠,以及擁有正常微生物的小鼠。
結果發現,在治療前、治療中和治療后,小鼠的腸道微生物群落的組成差異很大,例如兩組小鼠體內的S24-7(一種非常豐富的微生物家族,幾乎只存在于恒溫動物的腸道中)在服用瀉藥3天后都近乎滅絕了,而且在治療后并沒有恢復。S24-7菌群負責發酵碳水化合物,在小鼠腸道菌中占據近一半。
在后續的體外試驗中,研究團隊發現,S24-7在高濃度的鹽、糖醇和聚乙二醇(Miralax的主要成分)環境中會停止生長。
Tropini說: “一般來說,每個人都認為腹瀉的影響只局限于服用瀉藥或者出現癥狀的時間,但我們需要更仔細考慮一些非處方藥,因為它們可能會對腸道生態系統產生其他重要影響。”
腹瀉對腸道以及菌群的影響,圖片來源:Cell
腹瀉會激活免疫系統
當小鼠腹瀉時,腸道內的粘液層會變薄,但是可以在癥狀結束后的兩周內完全恢復。此外,腸壁細胞也會發生改變,同樣也可以恢復正常。之前已有研究表明,粘液層的改變可能會影響宿主的免疫系統。
在這項新研究中,科學家們發現,僅含有3種腸道菌的小鼠在服用瀉藥之后會產生針對腸道微生物的抗體,而未經處理的對照小鼠不會產生類似的抗體。這表明,小鼠的免疫系統會在腹瀉時被激活。而且,免疫系統針對某些微生物的反應會持續超兩周以上。
下一步,研究團隊將調查瀉藥是否會以同樣的方式影響人類,并明確這些變化持續的時間。這有助于解析微生物群的變化和腹瀉患者之間的聯系,例如腸易激綜合癥患者。
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