多发性硬化与肠道菌群新发现：回肠中的毛螺菌科细菌或是致病 “元凶”

这篇研究聚焦多发性硬化（MS）与肠道菌群的关系。通过对 MS 异卵双胞胎研究，发现 51 种差异微生物。将双胞胎回肠菌群移植到无菌转基因小鼠，证实 MS 患者回肠菌群更易诱发实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE），锁定毛螺菌科的两种细菌可能是致病关键。

　　

多发性硬化与肠道菌群的研究

研究背景

多发性硬化（MS）是中枢神经系统（CNS）最常见的炎症性脱髓鞘疾病。其发病与遗传易感性和多种环境因素有关，如超过 200 种常见 DNA 变异，以及吸烟、维生素 D 缺乏、肥胖、感染爱泼斯坦 - 巴尔病毒（EBV）等。近年来，共生肠道微生物也被认为可能是诱发疾病的因素。大量基于人群的研究显示，MS 患者肠道微生物组成发生变化，但不同研究结果差异较大，且多数研究仅为描述性，缺乏对 MS 相关微生物功能机制的深入探究。

将粪便样本转移到无菌（GF）转基因小鼠中，可探究肠道微生物与 MS 的关系。RR 品系转基因小鼠表达识别髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）的受体，在特定病原体自由（SPF）条件下会自发发展为类似 MS 早期阶段的炎症性脱髓鞘中枢神经系统疾病，即实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）；而在 GF 条件下则几乎完全健康。给 GF 转基因小鼠定植健康 SPF 小鼠的微生物群或人类粪便微生物群，可诱导 EAE 发生，且 MS 患者粪便样本诱导疾病的效率更高。此前研究虽表明 MS 来源的肠道微生物群与中枢神经系统自身免疫疾病的启动有关，但未明确致病细菌种类及其在肠道中的位置。

研究方法

1. 动物：实验使用 RR 小鼠（TCR₁₆₄₀小鼠），其携带针对 MOG_{96 - 105}肽的转基因 TCR，背景为 SJL/J。小鼠饲养和繁殖于德国慕尼黑工业大学 ZIEL - 食品与健康研究所的无菌设施中，动物实验遵循动物福利法规，并经巴伐利亚州动物伦理委员会批准。
2. MS 双胞胎队列和研究设计：研究中的 MS 双胞胎队列来自德国慕尼黑大学医院临床神经免疫学研究所的 MS TWIN STUDY，该队列已招募 101 对 MS 异卵双胞胎。本研究选取 81 对双胞胎的冷冻粪便样本，用 QIAamp PowerFecal DNA 试剂盒处理，在 Illumina Miseq 系统上对细菌 16S rRNA 基因的 V3 - V4 可变区进行扩增和测序。同时，4 对双胞胎同意进行肠镜检查，采集末端回肠、结肠和粪便的微生物样本。肠镜采样在标准清洁程序后进行，采集的黏膜活检组织和肠道液体样本在厌氧条件下处理并保存于 - 80°C。所有研究程序均经当地伦理委员会批准，患者均签署书面知情同意书。
3. 无菌小鼠的细菌定植：在厌氧条件下将细菌上清液转移到 Hungate 管中，8 周龄的无菌 RR 小鼠经口灌胃 100 μL 回肠细菌悬液（约 2×10⁶个细菌细胞）。定植 2 周和实验终点时收集粪便样本，12 周后或小鼠出现麻痹症状时处死小鼠。根据特定评分标准监测小鼠 EAE 临床症状。
4. 统计分析：使用 GraphPad Prism 7 进行统计分析。两组比较（如最大 EAE 评分、抗 MOG IgG 水平等）采用两尾无配对学生 t 检验；多组比较（如不同肠道部位的 α 多样性等）采用单因素方差分析（ANOVA）和 Tukey 多重比较检验，P 值 < 0.05 视为有统计学意义。

研究结果

1. MS 异卵双胞胎的粪便微生物组：对 81 对 MS 异卵双胞胎粪便样本进行 16S rRNA 扩增子测序分析，发现 α 和 β 多样性在患病和未患病双胞胎之间无显著差异。通过线性混合模型（LMM）和卡方分析，共鉴定出 51 种差异丰富的分类群。其中，丙酸产生菌 Dialister succinatiphilus 和 Prevotella buccae 在 MS 双胞胎中显著减少；不能将色氨酸转化为吲哚的 Alistipes ihumii 显著增加，而吲哚具有免疫调节特性。此外，厚壁菌门（Firmicutes）中的多个分类群显著增加，如 Copromonas、Acutalibacter、Anaerotruncus massiliensis 等，Eisenbergiella tayi 也是显著增加的物种之一。
2. MS 异卵双胞胎肠道中的位点特异性微生物特征：选取 4 对双胞胎进行肠镜采样，分析不同肠道部位（末端回肠、结肠的管腔和黏膜，以及粪便）的微生物组成。结果显示，不同肠道部位的 α 多样性在 MS 患者和健康双胞胎之间无显著差异，β 多样性也无显著差异。但在属水平上，不同肠道部位的微生物组成存在差异，如 Escherichia/Shigella 在肠镜获取的管腔微生物群中含量高，在粪便中则很少。同一双胞胎对中微生物组成的相似性高于不同个体。
3. MS 来源的回肠微生物群定植引发 EAE：选择一对差异明显的双胞胎（MS - Q 和 HT - Q），将 MS - Q 的末端回肠样本转移到 GF RR 小鼠中。结果发现，部分小鼠在定植 4 - 12 周后自发出现 EAE，且患病动物均为雌性。患病小鼠出现典型 EAE 症状，如尾巴和后肢麻痹、脊髓细胞浸润和脱髓鞘等。定植小鼠血清中抗 MOG IgG1 抗体滴度显著升高，脾脏中 IL - 17 产生的 CD4⁺T 细胞比例有增加趋势，IFNγ⁺CD4⁺T 细胞比例有下降趋势。微生物定植还导致小鼠盲肠和近端结肠出现淋巴细胞浸润，提示存在轻度肠道炎症。对小鼠粪便和回肠微生物群分析发现，患病小鼠中 Eisenbergiella tayi 显著增加，且在实验后期更为明显，同时其他细菌属如 Akkermansia 和 Erysipelatoclostridium 减少。
4. MS 与健康双胞胎回肠微生物群定植的比较：将 MS - Q 和 HT - Q 的回肠样本分别定植到 GF RR 小鼠中。结果显示，接受 MS - Q 回肠样本的小鼠中，5 只雌性和 0 只雄性发病，而接受 HT - Q 回肠样本的小鼠均未发病。接受 MS - Q 回肠样本的小鼠脾脏中 Th17 细胞显著增加，Foxp3⁺Tregs 有减少趋势，且肠道出现淋巴细胞浸润。微生物群分析发现，接受 MS - Q 回肠样本的小鼠中，Lachnoclostridium 在实验终点显著增加，而接受 HT - Q 回肠样本的小鼠微生物群组成相对稳定。
5. 雄性 MS 双胞胎回肠样本定植小鼠中毛螺菌科的扩张：选择另一对双胞胎（MS - A 和 HT - A）进行定植实验，MS - A 为男性，疾病活动度低且在接受干扰素 - β 治疗。结果显示，接受 MS - A 回肠样本的小鼠中，6 只雌性和 1 只雄性发病，接受 HT - A 回肠样本的小鼠中，2 只雌性和 0 只雄性发病。接受 MS - A 回肠样本的小鼠在实验终点时 Lachnoclostridium 显著增加，而接受 HT - A 回肠样本的小鼠中 Staphylococcus 在实验终点扩张，但与 EAE 发病率无关。

讨论

本研究利用人 - 鼠转移模型，确定了来自 MS 患者小肠的两种致病肠道细菌 ——Eisenbergiella tayi 和 Lachnoclostridium，它们均属于毛螺菌科。研究策略包括比较同卵双胞胎的微生物群、检测小肠微生物群、在体内模型中测试细菌的自身免疫潜力。此前研究受样本和环境因素影响，结果不一致，本研究通过比较 MS 异卵双胞胎减少了混杂因素，同时还鉴定出一些新的差异分类群。

多数研究仅依赖粪便样本，本研究还对末端回肠和结肠进行采样，考虑了肠道不同部位的免疫功能差异。经典关联研究未明确疾病相关细菌的功能，本研究使用自发 EAE 模型，更准确地探究了肠道微生物与 MS 的功能关系。虽然本研究发现 MS 患者回肠样本定植小鼠中 EAE 发病率最高，且患病小鼠中毛螺菌科细菌显著扩张，但仍需进一步实验验证其致病性。

Eisenbergiella tayi 和 Lachnoclostridium 在人类样本中是次要成分，但在小鼠中却能引发 EAE，可能与细菌生物膜形成有关。这两种细菌在肠道中的功能及与肠道相关淋巴组织（GALT）的相互作用仍存在争议，其引发 EAE 的机制可能包括抗原模拟、调节 T 细胞反应等。此外，EAE 发病率在雌性小鼠中更高，与人类 MS 中女性优势现象相似，但其性别差异的机制尚不清楚。

人 - 鼠转移模型存在局限性，如人和小鼠免疫系统、肠道微环境和生活方式不同，但目前仍是研究疾病相关微生物组改变的有效模型。RR 小鼠模型虽能模拟人类 MS 的一些特征，但也存在差异，如 MS 患者的靶自身抗原更复杂。

展望与结论

本研究通过对 MS 异卵双胞胎粪便微生物群研究，结合肠镜采样和小鼠定植实验，发现回肠中的 Eisenbergiella tayi 和 Lachnoclostridium 可能是触发临床疾病的潜在因素。但研究存在局限性，如肠镜采样的双胞胎数量有限、物种间生理和免疫反应差异等。未来研究需扩大样本量，进一步明确这些细菌在人类 MS 中的作用。如果肠道微生物在 MS 中的作用得到证实，有望开发通过调节微生物组治疗 MS 的新方法。目前研究处于初步阶段，未来类似研究将更全面地揭示 MS 与肠道微生物的关系。