结核病仍然是最致命的传染病，据世界卫生组织统计，2016年全球结核病人数超过十亿，造成170万人死亡。到目前为止，针对结核病患者宿主-病原体相互作用的研究主要集中在病原体的生理机制、毒力作用，以及宿主的先天和适应性免疫两个方面。宿主内源的微生物，即所谓的微生物菌群，不仅与入侵的病原体相互作用，同时调控着宿主的免疫系统。然而，微生物菌群对宿主防御结核分枝杆菌的作用仍然知之甚少。因此，本研究基于广谱抗生素治疗的微生物菌群失调小鼠模型，探讨了微生物群在宿主对结核分枝杆菌感染易感性和抗分枝杆菌免疫方面的作用。

本研究通过连续喂食小鼠广谱抗生素（阿莫西林+万古霉素+硫酸新霉素+甲硝唑）四周构建了微生物菌群失调小鼠模型（抗生素干预组ABX），从ABX小鼠中随机选择一组，并应用未干预组小鼠（non-ABX）的粪便喂食一周，进行菌群重建（粪便菌群移植组 FT）（图1）。后分别给予三组小鼠同等剂量结核分枝杆菌悬液滴鼻，并分别于感染前（d0）,感染后7天（d7），感染后14天（d14），感染后21天（d21）收集各组小鼠粪便以及肺组织标本进行微生物组学（常规细菌培养、16S rDNA实时定量PCR）、分子学以及免疫学分析。

图1.建模与分组

结果显示：即便接受过抗生素干预，三组小鼠肺组织微生物菌群16S rDNA载量以及主要菌群构成并无明显差异。在给予结核分枝杆菌悬液滴鼻后，ABX组小鼠肺组织结核分枝杆菌负荷在d7时间点明显高于FT与non-ABX组小鼠（图2），但这种差异在感染14天和21天后并未观察到（图3）。在粪便菌群中，ABX小鼠肠道菌群负荷明显低于non-ABX和FT组小鼠，并表现为拟杆菌门、厚壁菌门相对丰度的减少以及变形菌门相对丰度的增加，这种改变在结核分枝杆菌感染后7天仍然能够观察到，而d21时间点并未观察到显著差异。

图2. 接种结核分枝杆菌后第7天，ABX组肺组织中结核菌负荷高于non-ABX及FT组

图3. 接种结核分枝杆菌后14和21天，ABX组肺组织中结核菌负荷与non-ABX 组无统计学差异

在感染后7天，通过流式细胞术检测三组小鼠肺组织后发现，巨噬细胞、树突细胞、中性粒细胞以及NK细胞的的数量无显著差异，而ABX组小鼠肺组织粘膜相关恒定T细胞（MAIT）明显低于non-ABX和FT组（图4）。三组小鼠在感染后一周内，干扰素（IFN）γ，肿瘤坏死因子（TNF）α和白细胞介素（IL）-1β的基因转录水平以及蛋白表达均无显著差异。ABX组小鼠肺组织MAIT细胞Ki67（调控MAIT细胞的增殖和分化）表达量明显低于non-ABX和FT组（图5），其活化后分泌的IL-17A量亦明显低于后者（图6）。

图4. （左）结核感染后第0、7天ABX小鼠粘膜相关恒定T细胞明显低于non-ABX组；（右）结核感染后第14、21天ABX小鼠粘膜相关恒定T细胞与non-ABX组无统计学差异

图5.结核感染后ABX小鼠粘膜相关恒定T细胞Ki67的表达 低于non-ABX和FT组

研究结果提示宿主微生物菌群，特别是肠道微生物菌群，能够抵抗结核分枝杆菌在肺部的早期定植，这种作用可能是通过招募、聚集以及活化肺组织中的MAIT细胞进行的，通过在广谱抗生素干预下的小鼠中接种微生物菌群来纠正生态失调，能够提高MAIT细胞增殖的能力从而预防结核病的发生。

图6.结核感染后ABX小鼠粘膜相关恒定T细胞 IL-17的表达低于non-ABX组

本研究探讨了微生物菌群在宿主对结核分枝杆菌感染易感性和抗分枝杆菌免疫方面的作用。通过给予小鼠广谱抗生素构建微生物菌群失调小鼠模型，发现结核分枝杆菌在肺部的早期定植增加，与此期间肠道微生物群的多样性改变相关，而未发现肺组织微生物菌群的相关变化规律，并再次强调了微生物菌群“肺-肠”轴在调节宿主免疫系统功能方面的作用。然而，研究采用的微生物组研究方法较为粗糙，并未明确以及细化在抗生素干预后肺组织微生物组的组成结构、多样性以及变化趋势，从而未能深入阐明肺组织微生物菌群与结核分枝杆菌感染易感性之间的明确关系。有关于微生物组如何抵抗入侵的病原体以及怎样调控宿主免疫系统功能的研究有待开展。

文章出处：Front Immunol. 2018, 14; 9: 2656. doi: 10.3389/fimmu.2018.02656. eCollection 2018.​

供稿者：中日友好医院 呼吸与危重症医学科二部 杜思思