新框架革新肠道微生物组互动研究

一项由斯坦福大学研究人员开发的突破性技术为更详细地研究微生物群落微生物组铺平了道路，提供有关改善我们对各种胃微生物群落疾病理解的见解。这项创新技术被称为微生物群落制图（Microbiome Cartography，简称MicroCart），通过结合多种空间模态来探测宿主细胞与其微生物群之间的互动，标志着比传统方法有了显著进步。

微生物群落环境为各种细胞和微生物成分之间的复杂互动创造了肥沃的土壤，这些互动对于维持健康和稳态至关重要。这些互动的微妙平衡一旦被打破，可能会导致诸如炎症性肠病（IBD）甚至结直肠癌等疾病。当前的研究方法往往不足，无法捕捉到理解这些复杂关系所需的空间动态。

MicroCart通过其创新的多组学方法解决了这一挑战。该框架利用空间蛋白质组学、转录组学和糖组学来调查宿主肠组织及其微生物对应物的变化。研究人员通过将其应用于结肠炎小鼠模型展示了MicroCart的能力。

根据研究，诱导的结肠炎导致了多种免疫和上皮细胞类型的广泛变化，并显示出细菌与组织结构之间相互作用增加的迹象。值得注意的是，研究揭示了不仅在免疫反应方面有显著变化，而且在疾病进展期间还存在广泛的组织重塑。研究人员指出：“我们的结果表明，与DSS诱导的结肠炎相关的微生物相关重塑和屏障穿透。”

MicroCart揭示了宿主组织与微生物群之间动态的新维度。通过这种新框架，科学家们现在可以观察到例如免疫细胞频率如何与细菌多样性相关联，以及这些动态在结肠炎期间如何变化。研究人员检查了数百种细菌物种及其与免疫信号通路的相互作用，强化了微生物群作为影响宿主免疫功能的积极参与者的概念。

MicroCart框架集成了各种工具以实现其目标。通过同时使用多重离子束成像（Multiplexed Ion Beam Imaging，MIBI）和Nanostring GeoMx数字空间分析（Digital Spatial Profiling，DSP）等成像技术，该方法生成了微生物群落空间结构和其中发生的多方面免疫反应的详细映射。研究人员Rosenbluth表示：“我们确定了宿主免疫和上皮细胞在响应微生物侵入时的组织水平重塑相互作用。”

利用经硫酸葡聚糖钠（DSS）处理以诱导结肠炎的小鼠模型，研究揭示了结肠组织在其组成上的显著重塑。成像、测序和质谱技术的结合促进了对改变的细胞行为及其对局部微生物群的影响的检查，指出了潜在的治疗途径。

MicroCart使研究人员能够分析疾病状态下存在的各种细菌群，突出与结肠炎进展相关的特定微生物特征。这一点尤为重要，因为研究人员越来越认识到微生物群组成与疾病易感性之间的联系。MicroCart的另一个显著价值不仅在于临床环境中，还在于其在更广泛的研究项目中应用的潜力，旨在解码不同健康背景下微生物群的功能。

MicroCart不仅仅是解决当前研究障碍，其发现还阐明了微生物群-宿主互动的基本方面。通过利用微生物群动态的空间特性，研究人员可以识别导致失调的具体因素或条件，为靶向精准医学策略铺平道路。

总体而言，MicroCart有望革新微生物群落微生物组研究，作者强调其模块化和适应性用于研究宿主-微生物群互动。这些进展与日益强调由全面分子见解驱动的个性化健康方法相呼应。

这种集成的多组学空间分析不仅有可能重新定义我们对以微生物失衡为特征的疾病的研究方法，还为旨在改善胃微生物群落健康的诊断、预防和治疗策略开辟了可能性。这项研究标志着微生物组研究和免疫学领域的一大飞跃，邀请进一步的探索以解开我们微生物群落生态系统的丰富复杂性。

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