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食蟹猴长期SHIV感染时肺部微生物区系的纵向分析

中国实验动物信息网2018-07-21 16:22:55

摘要:肺微生物组的纵向研究具有挑战性,因为样品采集具有侵入性。此外,人类疾病的肺部微生物学研究通常在发病后进行,限制了确定肺早期疾病的能力。我们使用非人类灵长类动物模型来评估肺微生物组随时间变化,以响应HIV样免疫抑制,并确定微生物组对阻塞性肺疾病发展的影响。食蟹猴感染SIV-HIV病毒SHIV89.6P。感染前和感染后每4周收集支气管肺泡灌洗液样品直至53周。通过16S核糖体RNA(rRNA)测序,在每个时间点对微生物进行表征。

 

结果:观察到个体的肺微生物组成变化。由于SHIV感染,在动物体内和动物之间细菌群落随时间变化,但没有出现系统性改变。SHIV感染动物的阻塞性肺病的发展特征是口腔厌氧菌的丰度相对增加。进一步分析发现,在阻塞性疾病的发展过程中,阻塞性和非阻塞性组成员之间存在负相关。强调了物种迁移如何影响多个其他物种,可能导致疾病。

 

结论:首次研究肺微生态系统随时间的动态变化和针对非人灵长类动物模型的免疫抑制反应。口腔内细菌的持续性及其与肠梗阻的关系提示其在发病机制中的潜在作用。非人类灵长类动物的肺微生物组是研究肺微生物组对人体健康和疾病影响的一个有价值的工具。

 

关键词:SHIV  微生物组  16S RNA  时间序列

 

背景:肺微生物组对健康和疾病研究具有挑战性。肺微生物组是否随时间稳定是未知的,因为人类的研究在很大程度上局限于横断面分析,因为支气管镜检查或肺组织收集的侵入性。在肺部疾病的个体中,肺微生物组的研究主要发生在疾病已经显现之后,限制研究在疾病过程中早期发生的微生物群的变化的能力。食蟹猴对研究微生物组是有用的原因有:(a)与其他动物模型,如小鼠相比,NHP的微生物组成更类似于人类。(b) NHPS与人类一样,远近繁殖;(c)在感染或疾病发展之前和之后的纵向测量比人类更容易获得;(d) 混杂的变量,如吸烟或饮食可以控制。以前没有工作研究NHPS的肺微生物组。使用食蟹猴作为NHP模型来确定肺微粒体的纵向变化,包括慢性HIV样感染期间发生的改变,并与慢性阻塞性肺疾病(COPD)的发展相关。局部和全身性疾病都可能对肺微粒体产生影响。例如,在HIV感染中发生的免疫功能障碍可能导致肺的微生物差异。最近的一项研究表明,HIV感染者中的滋养菌比未感染的HIV感染者更频繁,提示细菌性肺部感染者与HIV感染之间存在相关性。肺疾病如COPD已被假定为导致肺微生物的移位,但在疾病过程中发生这些变化的点尚不清楚。慢性阻塞性肺疾病也是HIV感染者常见的并发症,根据人口研究估计有10~20%的流行率。猕猴感染SIV-HIV嵌合病毒(复制HIV样感染),并与机会性真菌,肺孢子虫(PC)合并,影像学和形态计量学证据证实发展慢性气流障碍,肺气肿和肺空隙扩大。利用该模型,我们对SHIV感染过程中的细菌微生物变化进行了表征,并将细菌微生物学与COPD的发生发展联系起来。

 

结果:肺微生物群的分类学组成:使用靶基因测序,我们分析了12只食蟹猴的支气管肺泡灌洗液(BAL)在SIV HIV嵌合病毒SHIV896P感染后的基线和53周后的肺微生物组成。16S核糖体DNA(rDNA)的V1-V3区在RoChE/454 Gs-FLX测序平台上进行PCR扩增和测序。使用DNACLAST将读数聚集到操作分类单元(OTUs)中。我们确定了6002个OTUs存在于一个以上的样本中,每个样本有25到777个OTUs(中位=341,平均值=355);82%的OTUs与189个属的736个不同的类群有显著的匹配。比例最高的:变形杆菌,拟杆菌,梭杆菌门,放线菌。令人惊讶的是,在基线(SHIV感染前10或13周的时间点),许多猴有由T.WHIPPIPI支配的BAL微生物群,而其他猴在其微生物群中具有高度多样性,没有一个属构成超过微生物群的25%。在较高的多样性样品中,最常见的属(15-25%相对丰度)为链球菌、原卟啉单胞菌、奈瑟氏菌属。营养丰富的猴子和高多样性猴子,猴在每个时间点观察到的微生物多样性高于同一猴子的时间点之间。因为猴子是从两个不同的领地获得的,我们测试了在基线的批效应。菌落来源对α多样性没有影响,但对组成有影响。为了探讨SHIV感染对肺部微生物群的影响,我们比较了感染前与所有感染后的样本。没有发现分类组与SHIV状态有很强的统计关联性。

 

肺微生态系统与慢性阻塞性肺疾病(COPD)的关系:首先研究了T.Wippuri频率和患病率与慢性阻塞性肺疾病的潜在关系,但未观察到COPD组内这种生物的富集。COPD动物的BALS中富集了几种口腔微生物有梭杆菌、普雷沃菌属、韦荣氏菌、奈瑟菌和卟啉单胞菌。一些潜在的呼吸道病原体如猪尿囊菌、链球菌属.和产黄菌属在未发生COPD的动物中富集。

 

结论:肺微生物在正常动物之间表现出变异性,随着时间的推移变化相对较少,尽管伴随免疫抑制。该研究也是首次在非吸烟模型中观察COPD的发生前肺的变化,发现口腔微生物的持久性与慢性阻塞性肺疾病的发生发展有关。这些细菌在COPD发病中的确切作用目前尚不清楚。非人类灵长类动物的肺微生物是研究肺微生物对人类健康和疾病影响的一个有价值的工具。

 



本文来源:Microbiome December 2016, 4:38 | Cite as (李晓菲 译)