科研思路｜Nature Medicine：CARD9通过改变肠道微生物色氨酸代谢影响宿主结肠炎

论文信息

论文题目：CARD9 impacts colitis by altering gut microbiota metabolism of tryptophan into Arya hydrocarbon receptor ligands

期刊：Nature Medicine

IF：30.641

发表时间：2016

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本研究从一个以发现的结肠炎关键基因开始，利用转录组、代谢组和细菌群落组成谱等组学技术，通过多组学联合分析，比较该基因敲除前后宿主基因表达、肠道菌群以及肠道代谢物的差异，从而推测该基因影响宿主结肠炎的分子机制，进而通过多种技术手段正反验证推测机制的准确性，从而得到了确实可靠的研究结果。

研究背景

宿主与肠道菌群间复杂的相互作用控制着肠道的动态平衡，CARD9是一个易受炎症性肠炎影响的基因，其功能为通过免疫反应抵抗微生物，色氨酸可以被肠道细菌代谢产生吲哚衍生物，吲哚衍生物是AHR配体，可促进IL-22的合成，本研究分析CARD9、肠道菌群、色氨酸代谢在肠道平衡中的相互作用。

技术路线

研究结论

1、利用CARD9缺失小鼠进行结肠炎恢复实验，Ki67和caspase3染色表明CARD9缺失小鼠肠道上皮细胞增殖下降，同时凋亡细胞增加，证明了CARD9缺失小鼠具有肠道愈合障碍。

2、在CARD9缺失小鼠结肠炎恢复过程中，转录组表明CARD9缺失小鼠结肠中Reg3g、Reg3b和IL-1b表达下调最明显，这些基因的功能为抵抗微生物，并且其合成受IL-22调控，在CARD9缺失小鼠的结肠固有层，含有IL-22细胞的比例明显下降，上诉结果均表明CARD9通过促进IL-22的合成促进宿主从肠炎中恢复。

3、CARD9缺失导致了小鼠肠道内的细菌和真菌群落均发生了显著变化，CARD9缺失小鼠肠道中真菌的数量高于正常小鼠，LEfSe表明CARD9缺失小鼠中，Adlercreutzia、Actinobacteria和Lactobacillus reuteri丰度下降。

4、正常小鼠中，肠道真菌和细菌多样性显著负相关，说明存在可能的竞争，而在CARD9缺失小鼠中，肠道真菌和细菌多样性显著正相关，说明存在不正常的细菌-真菌相互作用导致肠道失衡。

5、将CARD9缺失小鼠肠道菌群移植给正常无菌小鼠，增强了其对肠炎的敏感性，同时粪菌移植的结果表明真菌与小鼠结肠炎的关系很小。

6、代谢组的结果中发现，CARD9缺失小鼠的肠道菌群无法代谢色氨酸生成芳香烃受体 (AHR) 配体。

7、对两株在CARD9缺失小鼠肠道中丰度下降菌株L. reuteri和Allobaculum sp.的培养发现，其培养上清可以显著激活AHR，进一步证明CARD9缺失小鼠肠道菌群缺乏色氨酸代谢能力。

8、向小鼠使用3种能够代谢色氨酸的Lactobacillus或AHR agonist，有效的缓解了肠道炎症。

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