我院牟相宇/赵文婧团队在肠道细菌研究领域取得重要进展

        近日，我院牟相宇/赵文婧团队在Lancet子刊eBioMedicine上发表了题为Gut bacterial type III secretion systems aggravate colitis in mice and serve as biomarkers of Crohn's Disease的研究论文，证实肠道细菌利用III型分泌系统加剧肠炎，并可作为克罗恩病的生物标志物。

肠系膜脂肪组织增生，或称匍匐性脂肪（creeping fat），是克罗恩病（Crohn's Disease, CD）的一种病理特征。之前报道中已发现肺无色杆菌（Achromobacter pulmonis）是匍匐性脂肪中最为丰富和普遍的活细菌，且A. pulmonis可加剧小鼠肠炎模型的炎症指标，提示A. pulmonis对克罗恩病发生的可能存在促进作用；然而，A. pulmonis加剧小鼠肠炎的分子机制仍不明确。

为了揭示A. pulmonis的促炎机制，研究团队对36株A. pulmonis以及相近菌种的基因组展开研究，发现与环境分离株相比，从宿主分离的Achromobacter更为普遍地携带细菌三型分泌系统（type III secretion systems, T3SS）核心基因（图1C），且A. pulmonis的T3SS基因簇与博得特菌相似（图1D），提示T3SS可能在Achromobacter感染以及宿主适应性中发挥重要作用。体外研究表明A. pulmonis的T3SS基因确实表达了一个具有分泌功能的T3SS（图1F）。

图1. A. pulmonis具有完整的T3SS基因簇和相应的分泌功能

动物实验表明，A. pulmonis的促炎作用依赖T3SS基因，为A. pulmonis促进克罗恩病假说提供了分子机制方面的支持性证据（图2）。

图2. A. pulmonis在小鼠肠炎模型中的促炎作用依赖T3SS基因

      细胞实验表明，A. pulmonis可通过T3SS导致巨噬细胞和上皮细胞坏死。且此种坏死基本不属于pyroptosis或necroptosis等较为常见的炎性坏死类型（图3）。

图3. A. pulmonis可通过T3SS导致巨噬细胞和上皮细胞坏死

研究进一步发现，CD患者中不仅富集Achromobacter，还富集其他携带T3SS基因的细菌，包括Proteus，Salmonella，Citrobacter，Yersinia 和Burkholderia（图4A、B），提示携带T3SS的细菌在CD发展中可能扮演重要角色。因此，研究团队对T3SS的20个核心同源基因进行跨菌种量化，发现其中12个T3SS核心同源基因在CD患者中富集（图4C、D）

图4. 携带T3SS基因的细菌和T3SS同源基因在CD患者中富集。

通过应用机器学习方法，研究团队发现了一组基于T3SS同源基因丰度的标志物，可用于区分CD患者与健康人（图5A、B），在验证队列中实现了AUC = 0.82的区分能力（图5C、D）。随后，研究团队通过对比12名CD患者接受全肠内营养（Exclusive enteral nutrition，EEN）治疗前后的样本，发现EEN 治疗在控制炎症的同时，显著降低了T3SS同源基因的丰度（图5E-G），在克罗恩病患者中证实了炎症活动期与T3SS同源基因丰度的相关性，提示降低肠道细菌T3SS同源基因丰度可能成为干预克罗恩病的一种新策略。

图5. T3SS同源基因可作为CD患者的标志物，且与EEN治疗具有相关性

我院徐俊博士后、李培杰博士生为论文的共同第一作者。我院牟相宇副教授、赵文婧教授、中山大学附属第六医院柯嘉主任医师为论文的共同通讯作者。我院为论文的第一和通讯作者单位。其他合作单位有Massachusetts General Hospital，哈佛大学医学院，Broad Institute of MIT and Harvard。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市炎症性疾病系统医学重点实验室、深圳市杰出青年基金、广东省消化系统疾病临床研究中心、中国博士后科学基金等项目的支持。