发布时间：2024-08-01 16:17:21 栏目：精选百科
什么原因导致食物过敏?有令人信服的证据表明，肠道微生物群失衡可能是罪魁祸首，导致肠道发炎和肠道环境容易引发食物过敏。
现在，来自芝加哥大学生物科学部(BSD)和普利兹克分子工程学院(PME)的Cathryn Nagler实验室的新研究揭示了一种不起眼的微生物物种和益生元乳果糖之间的互惠互利关系 - 它们共同促进了一种重要的代谢物丁酸盐的产生，这种代谢物以对肠道健康的积极影响而闻名，而丁酸盐是在细菌在肠道中进食时产生的。
布宁家族教授纳格勒表示：“丁酸是一种四碳分子，对肠道有巨大影响……这可能对食物过敏产生广泛影响”，因为它可以为开发合生元疗法铺平道路，这种疗法“解决微生物群失调，而不是治疗对单一过敏原的反应”。
在《细胞宿主与微生物》杂志上发表的一篇论文中，纳格勒实验室报告称，使用A. caccae和益生元乳果糖混合物进行治疗可以提高小鼠肠道中的丁酸水平，抑制对牛奶的过敏反应。
“我们从科学文献中得知，丁酸可以改善肠道屏障的完整性，并产生广泛的抗炎作用，”论文第一作者、纳格勒实验室前博士生安德·赫瑟 (Ande Hesser)表示。然而，人体无法自行产生丁酸，需要肠道微生物群的帮助。
“肠道微生物群的主要目标是消化膳食纤维，而人类自身没有能力分解这些纤维，”纳格勒说。“相反，人类共同进化，依靠细菌来完成这项工作，并通过发酵产生关键代谢物——如丁酸盐——来预防炎症并增强整体肠道健康。”
现代世界对肠道微生物群和人类宿主之间的长期合作关系提出了新的挑战。
“人类从周围环境中获得肠道微生物群，但与人类历史上的大部分时期相比，今天我们生活的环境不利于肠道微生物群的多样性，”纳格勒说。抗生素的使用、高脂肪和低纤维饮食、减少接触传染源、剖腹产和配方奶喂养也可能降低肠道微生物群的多样性，导致与人类进化历史相比的失衡。
把拼图碎片拼在一起
他们的最新发现建立在 Nagler 先前的研究基础之上(发表在《自然医学》杂志上)，该研究发现，与牛奶过敏 (CMA) 婴儿相比，A. caccae 是一种强效丁酸生产者，在健康婴儿的肠道微生物群中更为丰富，并且与肠道内壁细胞层(称为肠上皮)基因表达的变化显着相关。鉴于A. caccae的丰度仅占典型肠道微生物群的 1% 左右，这一关于A. caccae在提供过敏保护方面的重要性的暗示是一个令人惊讶的发现。
研究团队开始在分子水平上深入研究A. caccae的作用，这需要分离A. caccae并在实验室中培养它。考虑到它在微生物群中的丰度很低，而且只能在完全含氧的环境中生存，这绝非易事。“研究起来相当困难，”纳格勒说。
但他们迫切希望了解A. caccae对肠道中丁酸总产量的巨大影响。Hesser 在进行这项研究时正在 Nagler 的实验室攻读分子工程博士学位，他接受了这一挑战。Hesser 使用健康婴儿的粪便样本，系统地消除了样本中的竞争物种并筛查了A. caccae。
在成功分离、基因分析一种新菌株(研究小组将其命名为 LAHUC，以 Hesser 的姓名首字母和芝加哥大学命名)并在厌氧室中培养该菌株后，研究小组接下来着手观察这种菌株是否能够在无菌小鼠的牛奶过敏模型中定殖。无菌小鼠出生时无菌，然后被植入某些微生物以进行研究。
他们与该大学的无菌小鼠设施合作，首先开发了一种牛奶过敏模型，方法是将牛奶过敏婴儿的粪便移植到小鼠体内。一周后，一些小鼠被喂食A. caccae LAHUC，而另一些小鼠则被喂食无菌对照。新菌株在宿主体内存活下来的情况并不常见，因此 Nagler、Hesser 和他们的合作者很高兴地观察到，A. caccae在治疗后长达一个月内蓬勃发展并大量增加。
但丁酸水平没有明显影响。Hesser 和 Nagler 怀疑 CMA 小鼠的微生物组是否缺少A. caccae生长、与其他细菌交叉喂养并最终产生丁酸所需的关键元素。也许是一种益生元?
可阻止食物过敏的合生元组合
在实验室培养中，Hesser 筛选了十几种益生元，以查看是否有任何可能帮助A. caccae在其他粪便细菌物种存在的情况下触发丁酸产生。益生元不断增加，但丁酸产生却没有得到任何回报。最后，当添加合成糖乳果糖时，丁酸产生开始增加。将这种组合转移到他们的牛奶过敏小鼠模型中，该团队施用了A. caccae和乳果糖的混合物，发现丁酸产生增加并减弱了对牛奶的过敏反应。
“微生物组研究领域有时会关注细菌的存在与否，但我们发现功能性很重要。它们在做什么比它们是否只是存在更重要，”Hesser 说。“只有当我们添加了 [乳果糖] 益生元时，A. caccae才能发挥我们想要的功能。”
虽然第一组实验是在小鼠身上通过饲管输送治疗剂量，但 Hesser 还开发并测试了一种冻干制剂，证明其同样有效。要将这种治疗方法应用于人类，易用性将是关键。
食物过敏基金会创始人兼首席执行官伊拉娜·戈兰特 (Ilana Golant) 表示：“我们很荣幸能够支持凯瑟琳·纳格勒博士及其团队对微生物组在食物过敏中的作用进行的关键研究。这项研究完全符合我们资助科学研究该疾病根本原因的承诺，最终目标是开发治疗方法以防止后代发生这种疾病。”
这项工作由国家过敏和传染病研究所(R01AI146099)和食物过敏基金资助。
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