Atlantia临床试验：探究微生物学与免疫学的相互关系

尽管大多数人都知道他们的免疫系统受到微生物的支持，但身体中微生物变化与整体健康之间的复杂关系只有该领域的专业人士才了解。

人体内超过一半的细胞是细菌而非人类细胞，超过99%的基因是由微生物编码的。因此，医学微生物学是未来医疗保健的重要组成部分——其中两个主要研究领域是微生物群落和肺部。

Atlantia的临床试验通过研究微生物对未来健康和免疫调节的影响来支持人体免疫力。由细菌引起的免疫调节对医疗保健的发展具有重要意义，包括为过敏和哮喘等疾病的调节提供了新的治疗和饮食可能性。

三位专家——Liam O'Mahony博士、John MacSharry博士和Barry Skillington博士——与Atlantia食品临床试验合作，讨论了微生物与宿主免疫系统的相互作用，特别是关于微生物群落微生物群、肺部微生物群以及免疫相关领域的临床试验概述。

请简要介绍一下你们自己和你们的角色？

BS: 我叫Barry Skillington，在Atlantia食品临床试验担任首席商务官。

LOM: 我是Liam O'Mahony，是医学和微生物学系的免疫学教授，也是APC Ireland的首席研究员。

JM: 大家好，我叫John MacSharry，在UCC讲授医学微生物学。我还是APC微生物组爱尔兰研究团队的成员，也是Atlantia食品和临床试验的研究伙伴。

Atlantia的研究重点是什么，为什么如此重要？

LOM: 正如大多数人所知，人体内有很多细菌生活在我们体内和体表。事实上，至少有一半的人体细胞不是人类细胞而是细菌细胞。从基因含量的角度来看，我们知道在人体宿主体内的数百万个基因中，只有1%或略少是人类编码的。

这意味着人体内超过99%的基因是微生物编码的。这些基因编码了大量的酶机制，生成了各种不同的代谢产物。许多这些代谢产物可以被免疫系统检测到并与之相互作用，同时也与其他系统相互作用。

为了使免疫系统能够容忍体内这种广泛的外来抗原，它必须有极其强大的耐受机制。我们认为来自常规细菌的许多信号驱动了这些耐受信号。这就是我们的研究重点所在：试图理解这些来自细菌的耐受信号是什么。此外，在炎症性疾病的情况下，我们需要了解是否有某些耐受信号缺失——如果有，如何补充这些信号。

耐受反应过程中涉及哪些成分，为什么分析这些成分很重要？

LOM: 在耐受反应过程中，有许多细胞参与，既包括先天免疫系统也包括适应性免疫系统。最终，促进大量B调节细胞和T调节细胞是非常重要的。我们还知道，微生物群衍生的信号可以影响所有参与这一过程的不同细胞类型：上皮细胞、巨噬细胞、ILCs、树突状细胞等等。

我个人最感兴趣的疾病领域是过敏和哮喘：众所周知，在皮肤、微生物群落和肺部等部位，与特应性皮炎、哮喘或食物过敏相关的微生物群组成非常不同。在某些情况下，这些差异在过敏或哮喘诊断之前就已经存在。因此，这些部位缺失的微生物或微生物的变化可能在诱导过敏或哮喘中起作用。

这在生命早期尤为重要，因为我们知道许多因素对于婴儿微生物群在出生后两年内发展出完整的成年样群体结构非常重要。我们知道这些暴露对于微生物群的发展和过敏和哮喘的发展都是重要的风险因素。其中一个特别的领域是饮食的影响。

免疫临床研究，微生物组方法

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为什么饮食如此重要，它对微生物群落内微生物的组成或代谢活性有何影响？

LOM: 饮食对微生物群落内微生物的组成和代谢活性都有巨大的影响。从饮食角度来看，微生物群落微生物组的一个更显著的变化伴随着不可消化纤维的引入。这些是我们无法消化但微生物群落内的微生物可以消化的纤维。

这种消化或发酵会产生短链脂肪酸，如丁酸、丙酸和乙酸。在这项研究中，我们查看了PASTURE/Efraim出生队列研究中一岁儿童的粪便样本。发现一岁时丁酸或丙酸水平最高的儿童在六岁时患哮喘和其他各种过敏症和过敏敏感性的水平最低。

这可以与生命早期食用酸奶和蔬菜相关联。或许，因此，给婴儿喂养正确的微生物和蔬菜可以提供纤维进行发酵，以在以后的生活中产生这些短链脂肪酸。通过机械模型和实验模型，可以显示这种保护效应至少部分是由于这些调节性T细胞的诱导，部分是通过G蛋白偶联受体。

为什么组胺是一种重要的代谢物值得研究？

LOM: 微生物组产生许多不同类型的代谢物，其中一种特别有趣的例子是组胺。正如其名称所示，组胺在过敏反应中非常重要，但实际上，体内有四种不同的受体可以检测组胺——每种受体在激活时可以产生非常不同的结果。促过敏受体是组胺1和4受体，而组胺2受体则是一个调节受体。

因此，我们一直在研究细菌是否能产生组胺——如果能，它们如何影响这个系统。

我们发现，人类微生物群落中有相当数量的细菌产生组胺，患者体内高水平的组胺分泌细菌。

我们发现的一种组胺分泌量最高的细菌株是摩根氏菌。发现严重哮喘患者（定义为那些使用高剂量皮质类固醇但仍出现症状的患者）体内这种组胺分泌细菌的水平最高，这表明至少在一些哮喘患者中，某些症状可能与微生物群落内高水平的组胺分泌微生物有关。

通过创建许多实验模型来研究机制，目前的共识是，源自微生物群落微生物的组胺可以产生保护性或损害性效应，这取决于宿主微生物群落内组胺降解酶的代谢活性以及不同宿主免疫细胞上表达的不同组胺受体。因此，不仅仅是组胺的产生对最终效果重要，还有免疫系统如何解释微生物来源的组胺也很重要。

还有哪些其他因素改变了这些患者的微生物组？

LOM: 在对严重哮喘患者的研究中，发现一种名为阿克曼氏菌的微生物在微生物群落微生物组中显著减少。这些通常是接受高剂量皮质类固醇治疗但仍未改善或仍有症状的患者。

同样，通过实验模型，我们想调查微生物群落中的阿克曼氏菌是否会对肺部产生任何影响。我们发现，微生物群落中的阿克曼氏菌对肺功能有非常显著的影响：随着甲基胆碱剂量的增加，气道高反应性反应减弱。

我们还进行了流式细胞术评估，检查进入肺部的嗜酸性粒细胞类型。Siglec-F(high) 嗜酸性粒细胞或IL-5依赖性嗜酸性粒细胞是哮喘患者肺部的“危险”嗜酸性粒细胞。在摄入阿克曼氏菌的实验模型中，这些嗜酸性粒细胞显著减少。因此，作为研究和可能治疗哮喘的新微生物，阿克曼氏菌无疑值得进一步研究。

对于同时患有第二种疾病的患者是否有影响？

LOM: 如果我们考虑肥胖的影响，因为有些哮喘患者也是肥胖者，我们知道肥胖可以触发与肥胖相关的炎症反应，从而导致微生物组的变化。此外，肥胖是一种免疫介导的疾病。重要的是要研究同时患有肥胖和哮喘的人会发生什么：他们是否表现出两种疾病的特征，或者这些特征是否会相互抵消？

在这种情况下，肥胖哮喘患者同时表现出两种特征。这意味着他们有肥胖和哮喘的证据。肥胖哮喘患者比非肥胖哮喘患者和非哮喘肥胖患者有更多的微生物组变化。从炎症反应的角度来看，当检查这些个体的外周血RNA测序时，可以看到肥胖哮喘患者的炎症反应更为夸张，表现为不同先天性或抗菌炎症反应的富集。

未来在细菌诱导的免疫调节方面的重点领域可能是什么？

LOM: 实质上，微生物对免疫调节非常重要。我们特别关注免疫耐受的诱导：我们认为我所讨论的细菌诱导的免疫调节具有不可替代的作用。某些炎症反应或疾病可能与缺乏耐受信号有关，这可能是由于缺少微生物或由于饮食改变（例如缺乏可驱动短链脂肪酸生产的纤维）而导致微生物未能产生正确的代谢物。

我们认为许多这些信号系统已经发展了数千年并且高度整合。微生物组在过敏和哮喘中尤其重要。至于未来，有许多选项可以帮助这些疾病的患者——无论是通过单个微生物、它们的成分、代谢物（如短链脂肪酸）还是与这些微生物干预相关的饮食干预。

采样微生物群落中的微生物生物量与采样肺部的微生物有什么区别？

JM: 肺部与微生物群落略有不同，因为肺部的微生物生物量较少。采样肺部时，必须进行支气管肺泡灌洗以直接采样肺部，这是一个相对侵入性的程序。这意味着很难在这个过程中获得健康的对照组。有时还可能吸入唾液中的微生物到肺部；然而，确实存在一个独特的肺部微生物群，我们通过支气管肺泡灌洗进行采样。

我们与科克大学医院的Des Murphy博士合作进行了多次灌洗。通常，当我们进行灌洗时，我们会检查免疫细胞，如巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞，以检查肺部的情况。

在一个缺乏信息或肺部的患者中，大多数细胞将是巨噬细胞。然而，当发生炎症时——无论是Th1（中性粒细胞介导的炎症）还是Th2（嗜酸性粒细胞介导的炎症）——我们倾向于发现在肺部冲洗中这些细胞的数量增加。这种增加导致巨噬细胞计数减少，表明肺部尤其是外周肺部的免疫激活。

当BALs被采样并分析免疫细胞时，我们首先开始检查免疫细胞，但就像van Leeuwenhoek或Elie Metchnikoff一样，我们采用显微镜观察组织的方法。

在肺部发现了许多微生物，包括真菌菌丝，包裹在粘液中，以及巨噬细胞内部。因此，需要不断处理肺部。考虑到肺部是死胡同，有必要有一个黏液纤毛升降器和专门的巨噬细胞不断采样、监测和控制这些微生物。

检查肺部微生物得到了哪些显著结果？

JM: 在一个主要来自爱尔兰南部芒斯特地区的患者队列中，发现许多样本中含有大量的细菌、真菌和病毒。当我们开始检查活检样本时，发现也有大量细菌附着在上皮微生物上。这些细菌显然避开了黏液纤毛升降器并在肺部存活。

参考我们使用的一种鸟枪法测序读数——存在许多类型的微生物。使用这种鸟枪法测序——或全基因组测序——来查看哮喘患者群体，我们发现某些患者中流感嗜血杆菌大量繁殖：这是一种通常居住在上呼吸道的病原性革兰氏阴性菌。当它进入下呼吸道时会引起很大的恶化。

在这些哮喘人群中，观察到流感嗜血杆菌在多个患者中含量较高。当我们对这些患者的某些元数据进行相关性分析时，我们发现流感嗜血杆菌与高水平的TNF-α、IL-1β、IL-8以及中性粒细胞本身（Th1反应的细胞因子）相关。

还看到了其他微生物，如Bradyrhizobium、乳酸杆菌，以及两种乳酸杆菌物种的谱型变化。这可能是由于流感嗜血杆菌引起的炎症导致肺部微生物组紊乱。此外，在发现流感嗜血杆菌的地方，实验室总会发现流感嗜血杆菌病毒或流感嗜血杆菌噬菌体HP1的存在。目前正在研究通过给予抗IL-5和抗IgE的单克隆抗体来调节肺部微生物组，看看我们如何通过这种方式改变肺部微生物组。

鸟枪法测序也非常有用，因为它不仅检查细菌，还检查病毒和真菌——甚至原生动物。当我们浏览这些患者样本时，可以发现很多病毒的存在：主要是细菌病毒，如噬菌体，但也有人类病毒，如Epstein-Barr病毒，如淋巴隐病毒和许多患者中存在的真菌序列。

需要注意的是，真菌序列数据库对于真菌并不适用；你必须上升到物种水平才能实现这一点。

当分析这些哮喘患者肺部的真菌时，可以找到许多与仅存在的真菌相关的细胞因子——尤其是与一种特定的病原体曲霉菌烟曲霉相关。曲霉菌烟曲霉与IL-6和IL-13的增加有关。同样，巨噬细胞水平的下降也与曲霉菌有关，因为中性粒细胞正在入侵以试图对抗曲霉菌。

这种肺部真菌感染还与全身或循环细胞因子的增加有关：IL-4、IL-6、IL-10、IL-13、IL-17和TNF-α。因此，真菌在加剧哮喘和肺部微生物组方面发挥着关键作用。

从那些患有或分析肺部疾病（如哮喘和慢性阻塞性肺疾病）的人的角度来看，肺部微生物组非常重要。

目前，COVID-19对肺部和长期免疫的影响尚不清楚——但可以说，很可能会导致微生物组的变化，特别是在哮喘患者中引起恶化。目前，我们正在进行许多关于肺部微生物组的研究。我们希望这将帮助我们建立并了解这些疾病的发生情况。建立微生物群落和肺部之间的明确联系也是值得的，注意它们如何相互影响，既有益处也有害处。

还需要注意的是，这种微生物分析中微生物的变化可能是菌株依赖性的，而不仅仅是双歧杆菌。可能需要检查某些物种，如长双歧杆菌或婴儿双歧杆菌。再次强调，这就是我们为什么要进行靶向治疗并研究哪些物种发生了变化的原因。

APC的许多研究已经导致了抗炎疗法，但也包括噬菌体疗法。下一步可能是培养我们已经识别的所有微生物。其中一些非常罕见且可能不易培养，因此我们可以开发微生物组诊断。我们还可以开发设计噬菌体疗法和代谢补充剂来破坏像流感嗜血杆菌这样的细菌，甚至可能开发针对微生物组的舌下免疫疗法以防止同样的大量繁殖。

为什么研究微生物群落和肺部微生物组如此重要？

JM: 在研究环境中，重要的是要清楚我们为什么研究这些微生物组。肺部微生物组和微生物群落微生物组对健康和福祉非常重要，因此在可持续生活方式的发展中也非常重要。例如，我们都生活在一个可持续的城市和社区中，因为由于COVID隔离，我们都不得不适应并改变我们的公共区域，确保空气质量达到一定水平。

有趣的是，经济增长直接受到了这些必要变化的影响，以防止人们吸入这些微生物进入我们的肺部。因此，肺部微生物组——特别是微生物群落微生物组——对于理解我们的免疫系统至关重要，但对于应对过敏和哮喘等疾病以及传染病如COVID-19也同样重要。

IBD也被研究，因为微生物群落微生物组非常庞大且复杂。此外，哮喘在全球范围内呈上升趋势，因此我们认为分析和理解哮喘中的肺部微生物组变得越来越重要。

你能简要概述一下这个领域的临床试验过程以及在人类健康方面的一般流程吗？

BS: 在Atlantia，我们从概念到完成全程管理试验。这意味着整个过程都在公司内部进行，从头到尾。这包括设计、方案、初步研究和文件编制，以及法规申请、伦理申请、从我们的数据库招募志愿者、进行研究访问、收集所有生物样本、通过第三方认证实验室分析这些样本、统计分析，最后报告。报告可以是临床研究报告，或者Atlantia也可以帮助撰写出版所需的论文。

Atlantia在人类健康领域的许多不同领域都有丰富的经验，但在免疫方面，Atlantia已经进行了关于过敏和肺功能的研究，使用了肺功能测试和激发试验。我们还进行了关于炎症性疾病（如IBD和骨关节炎）的研究，使用了诸如IL-6、IL-8、TNF-α、高灵敏度CRP、WOMAC问卷和疾病活动指数（如CDAI和CAI）等炎症生物标志物。此外，我们还研究了免疫感染，如上呼吸道感染（URTI），使用了流感滴度、WURSS-24问卷、Jackson评分和CARIFS问卷。最后，我们还研究了幽门螺杆菌（H. pylori）和抗生素相关腹泻——因此团队拥有一系列广泛的研究经验。

感兴趣的客户应该如何联系我们？

BS: 如果客户有任何疑问，或者有特定项目需要咨询，或者有项目需要报价，请随时联系我们的团队，他们会非常乐意提供帮助。我们建议他们直接联系销售团队sales@atlantiafoodtrials.com。

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