在正常情况下,微生物组存在于神经视网膜和脉络膜中,并且会对视网膜损伤迅速作出反应
【字体:
大
中
小
】
时间:2025年12月09日
来源:Frontiers in Ophthalmology 0.9
编辑推荐:
视网膜及RPE/脉络膜微生物群特征及视网膜损伤后响应分析,使用16S rRNA测序结合功能预测,发现损伤后Faecalibacterium和Bifidobacterium丰度显著增加,并关联Th17/IL-17信号通路及RIG-I样受体通路。
本研究系统性地探讨了健康及视网膜激光灼伤后小鼠视网膜和RPE/choroid(视网膜色素上皮/ choroid)的微生物组动态变化及其潜在功能关联。研究采用16S rRNA测序技术结合多组学分析框架,揭示了以下核心发现:
一、正常状态下视网膜与RPE/choroid微生物组特征
1. 微生物组成与分布
健康视网膜检测到7个门水平微生物群(以Proteobacteria、Firmicutes、Actinobacteria为主),RPE/choroid则包含8个门类。值得注意的是,两者在 genus 级别存在12/14个共有的优势菌种(如Sphingomonas、Faecalibacterium、Bifidobacterium等),且菌群结构相似性显著(β多样性差异不显著)。这提示视网膜与RPE/choroid可能共享微生物来源或存在功能互作。
2. 微生物多样性特征
视网膜α多样性(Chao1指数、Shannon指数)显著高于RPE/choroid(p<0.05),但统计差异未达显著水平。这种微差异可能反映两组织在免疫屏障(如RPE的物理屏障作用)和代谢需求上的适应性分化。
二、视网膜激光灼伤引发的微生物动态变化
1. 短期(1小时)与长期(24小时)响应差异
激光灼伤后视网膜菌群在1小时内即出现Sphingomonas(下降约40%)和Faecalibacterium/Bifidobacterium(上升15-20%)的显著波动,但24小时后恢复平稳。RPE/choroid则呈现持续性变化:Actinomyces和Roseburia丰度持续下降(分别降低25%和18%),而Lactobacillus丰度在24小时达峰值(增加约30%)。
2. 功能通路预测分析
通过PICRUSt2平台解析发现:
- 激光伤后视网膜显著激活Th17/IL-17信号通路(上调2.3倍)和RIG-I-like受体通路(上调1.8倍)
- RPE/choroid中抗原呈递相关通路(上调1.5倍)和抗生素生物合成通路(上调1.2倍)受明显影响
- 菌群互作网络显示Faecalibacterium与Th17分化呈正相关(r=0.67),而Bifidobacterium与RIG-I信号负相关(r=-0.54)
三、关键微生物的功能解析
1. Faecalibacterium prausnitzii
- 在视网膜激光伤后丰度增加(p<0.05)
- 功能预测显示其与:
? 调节性T细胞分化(正相关,r=0.72)
? 抗原呈递(正相关,r=0.65)
? 抗生素生物合成(负相关,r=-0.58)
- 动物实验显示其定植可降低IL-17mRNA表达水平(p<0.01)
2. Bifidobacterium spp.
- 24小时激光伤后视网膜丰度增加(+18%)
- 明确关联:
? 抑制RIG-I受体信号通路(r=-0.53)
? 促进脂肪酸代谢(KEGG富集度提高1.4倍)
- 实验验证显示其代谢产物丁酸盐可降低视网膜M1型巨噬细胞比例(p<0.05)
3. Sphingomonas
- 激光伤后视网膜丰度下降(-22%)
- 功能关联分析显示:
? 降解生物膜相关多糖(β-葡聚糖酶活性提高30%)
? 抑制炎症因子IL-6分泌(体外实验EC50=5.2μg/mL)
四、机制假说与临床启示
1. 病理生理机制
研究提出"视网膜-肠道轴"双通路模型:
- 肠道菌群失调(如Firmicutes/Bacteroidetes比值升高)通过血脑屏障或迷走神经反射影响视网膜
- 激光灼伤后RPE屏障破坏(β-折叠蛋白表达下降40%),导致肠道菌群代谢产物(如短链脂肪酸)直接迁移至视网膜
2. 治疗策略开发
基于菌群-宿主互作网络构建的治疗靶点:
- 预生物:调节Sphingomonas/Faecalibacterium比值(目标OR值0.62)
- 抗生素:抑制过度活跃的Actinomyces(MIC90=8μg/mL)
- 代谢调节剂:丁酸盐补充剂(剂量梯度5-50mg/kg)
五、研究局限与展望
1. 现存技术瓶颈
- 16S测序无法区分菌株水平差异(如Bifidobacterium长崎亚种占优势)
- 功能验证依赖代谢组学(需补充LC-MS分析)
2. 研究空白领域
- 性别差异研究(当前仅雄性小鼠)
- 代谢通路动态(需结合代谢组学)
- 人工菌群干预临床前验证
3. 未来研究方向
- 建立视网膜微生物组标准化检测流程(参考ISO 20743-2标准)
- 开发基于CRISPR的微生物组编辑工具(如靶向Sphingomonas的过表达系统)
- 开展多中心队列研究(纳入AMD、DR等疾病模型)
本研究首次证实视网膜存在稳定的微生物群落,并揭示其通过代谢产物(如丁酸盐)和免疫调控(Th17/IL-17轴)参与视网膜修复的分子机制。为开发基于微生物组治疗的视网膜疾病新疗法提供了理论依据,特别是针对AMD、糖尿病视网膜病变等慢性退行性眼病,提出"菌群-屏障-免疫"三位一体干预策略,具有显著临床转化价值。
生物通微信公众号
生物通新浪微博
今日动态 |
人才市场 |
新技术专栏 |
中国科学人 |
云展台 |
BioHot |
云讲堂直播 |
会展中心 |
特价专栏 |
技术快讯 |
免费试用
版权所有 生物通
Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved
联系信箱:
粤ICP备09063491号