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【编辑推荐】为探究饮食对肠道菌群免疫调节功能的影响，研究人员以多形拟杆菌（B. theta）为对象，分析其在不同饮食成分下的功能变化。发现饮食改变可影响 B. theta 的 DNA 倒位、蛋白质组及免疫调节功能，为个性化饮食推荐提供依据。
肠道作为人体重要的微生态系统，其菌群与宿主健康息息相关。然而，目前人们对饮食如何影响肠道细菌的免疫调节功能知之甚少。同一菌种的不同菌株，甚至同一菌株在不同生长环境下，对免疫系统的作用可能大相径庭。例如，某些菌株可能具有抗炎作用，而另一些在特定环境下却可能促炎。深入研究不同条件下菌株的功能，对于理解肠道菌群与宿主健康的关系至关重要。多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron，B. theta）是人类肠道微生物群的重要成员，此前研究显示其具有抗炎、增强黏膜屏障功能等作用，但其功能是否受饮食调控尚不明确。在此背景下，以色列理工学院（Technion-Israel Institute of Technology）的研究人员开展了相关研究，旨在揭示饮食成分对 B. theta 免疫调节功能的影响机制，该研究成果发表在《Nature Communications》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用 PhaseFinder 软件分析人类肠道微生物宏基因组数据，识别多形拟杆菌的 DNA 倒位区域；通过无菌小鼠单菌定植模型，研究白砂糖对 B. theta 功能的影响；运用 Nanopore 测序技术检测 DNA 倒位情况；借助蛋白质组学分析细菌细胞及条件培养基中的蛋白质变化；使用流式细胞术和 ELISA 检测免疫细胞及细胞因子水平；通过 Biolog 表型微阵列分析 B. theta 在 190 种不同碳源中的生长情况及免疫调节功能。此外，研究还纳入了 IBDMDB 数据库中的人类受试者饮食和微生物数据。
饮食与多形拟杆菌 DNA 倒位频率相关
通过分析 IBDMDB 数据库中炎症性肠病（IBD）患者和健康个体的肠道菌群基因组，发现饮食成分与 B. theta 基因组中 4 个相位可变区域（PVR1-4）的倒位频率相关。例如，软饮料、加工肉类、淀粉和全谷物的摄入差异与 PVR1 和 PVR2 的倒位频率显著相关，而酒精和果汁的摄入与 PVR3 相关。主成分分析（PCA）显示，根据饮食成分可将个体分为三个簇，不同簇间 PVR 倒位频率存在显著差异，提示饮食可能通过调控 DNA 倒位影响 B. theta 的功能。
白砂糖影响多形拟杆菌的相位可变区域方向及免疫调节功能
在无菌小鼠单菌定植实验中，饮用含 9% 白砂糖水的小鼠，其粪便中 B. theta 的 PVR2 反向定向比例显著升高，且 CD8+CD62L+细胞百分比在脾脏和肠系膜淋巴结（mLNs）中呈现与无菌小鼠相反的变化模式，同时结肠组织中 IL-6 和紧密连接蛋白 ZO-1 的表达下调。短链脂肪酸（SCFA）检测显示，饮用白砂糖水的小鼠粪便中丙酸、乙酸和甲酸浓度显著降低，表明白砂糖可通过改变 B. theta 的基因组和代谢产物，影响其免疫调节功能。
多形拟杆菌对白砂糖的响应具有可逆性
通过交替给予小鼠白砂糖水和正常水，发现 PVR2 的反向定向比例在恢复正常饮水后下降，同时免疫参数如 CD8+CD62L+细胞百分比和 IL-6、ZO-1 表达水平也恢复至接近对照组水平。这表明 B. theta 对白砂糖的响应具有可逆性，进一步证明其功能可塑性与 DNA 倒位密切相关。
不同碳源影响多形拟杆菌的免疫调节功能
在体外实验中，B. theta 在 190 种碳源中的生长情况不同，其条件培养基（CM）对脾细胞的免疫调节功能也存在差异。例如，在 N - 乙酰 - D - 葡萄糖胺、D - 果糖和蔗糖等碳源中生长的 B. theta，其 CM 可诱导更高的 CD8+Ki67+PD1+细胞百分比和 IL-10 浓度，而在 α- 环糊精中生长的 B. theta CM 则诱导较高的 IL-17 浓度。蛋白质组学分析显示，CM 中差异表达的蛋白质主要为外膜蛋白和多糖利用位点（PULs）相关蛋白，如 SusC 和 SusD 家族蛋白，提示这些蛋白可能通过外膜囊泡（OMVs）等途径介导免疫调节作用。
多形拟杆菌的 DNA 倒位与免疫调节功能相关
基因组分析发现，在不同碳源中生长的 B. theta，其相位可变区域（如 CPS3、CPS5、PUL70/73 等）的倒位状态与免疫调节功能相关。例如，CPS3 在 “ON” 状态时，B. theta CM 诱导 IL-10 分泌增加；CPS5 在 “ON” 状态时，IL-17 分泌增加。主成分分析显示，免疫参数与特定相位可变区域的倒位状态存在显著相关性，进一步揭示了 DNA 倒位在调控 B. theta 免疫功能中的关键作用。
本研究通过人类队列分析、动物模型和体外实验，系统揭示了饮食碳水化合物通过调控 B. theta 的 DNA 倒位和蛋白质表达，影响其免疫调节功能的机制。研究发现，不同饮食成分可诱导 B. theta 基因组中相位可变区域的倒位，进而改变其外膜蛋白和多糖的表达，通过与宿主免疫细胞的相互作用，调节炎症反应和黏膜屏障功能。此外，研究还证明了 B. theta 功能可塑性的可逆性，为通过饮食干预调控肠道菌群功能提供了实验依据。该研究不仅深化了对肠道菌群 - 饮食 - 免疫相互作用的理解，也为个性化饮食推荐和炎症性肠病等相关疾病的防治提供了新的思路和靶点。未来研究可进一步探索其他肠道菌的功能可塑性及其与复杂疾病的关系，推动精准营养和微生物疗法的发展。
