在本文中,我们介绍一种采样和分析十二指肠微生物组的新方法。该方法能够准确描绘十二指肠中微生物的多样性和组成,可为十二指肠微生物组的进一步研究提供帮助。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
在本文中,我们介绍一种采样和分析十二指肠微生物组的新方法。该方法能够准确描绘十二指肠中微生物的多样性和组成,可为十二指肠微生物组的进一步研究提供帮助。
微生物组的变化已与人类及小鼠模型中多个器官系统的生理和病理生理过程相关联。肠道微生物组通常通过粪便样本采集进行研究。由于粪便样本易于获取,已有大量研究揭示了远端管腔消化道的相关信息。然而,关于近端肠道微生物组重要性的研究仍较少。鉴于十二指肠是消化和吸收的主要部位,其微生物组与营养及肝病密切相关,值得进一步深入研究。本文详细介绍了一种新颖的方法,用于在人类受试者接受上消化道内镜检查时,通过获取十二指肠抽吸液和活检组织来采样近端管腔及黏膜肠道微生物组。样本采集简便,且不受患者准备依从性等干扰因素的影响,而这类问题可能在结肠镜检查获取结肠样本时出现。初步结果显示,管腔和黏膜微生物组存在显著差异,这可能与局部环境条件和屏障功能有关。因此,联合使用十二指肠抽吸液和活检组织能够更全面地反映十二指肠微生物组的特征。活检组织取自十二指肠的降部和水平部,这些解剖位置邻近肝脏和胆道系统,在研究胆汁酸生物学及肠-肝轴在肝病中的作用方面具有重要意义。所获取的活检组织和抽吸液可用于16S核糖体RNA测序、代谢组学及其他类似应用。
近年来,肠道微生物组已成为备受关注的研究领域。目前人们认识到,肠道内复杂的细菌群落会因遗传、饮食、药物和环境因素等多种条件而存在差异1。研究还发现,不同的胃肠道疾病(如肥胖、炎症性肠病和肝病)均具有特征性的微生物群特征2,3。大多数研究主要通过分析粪便和远端黏膜样本,来描绘大肠微生物组的组成4。尽管肠道细菌浓度最高的区域是结肠(1012 个细菌/克),但在十二指肠(103/克)、空肠(104/克)和回肠(107/克)中也存在结构复杂的微生物群落,这些微生物在消化代谢和营养吸收过程中发挥着关键作用5。
小肠是胃肠道中营养物质分解和吸收的主要场所。定植于小肠内壁的共生细菌在促进食物底物的化学分解以及释放有助于营养吸收的生物活性化合物方面发挥着基础性作用6。这些相互作用共同构成了小肠内复杂的微生物-微生物以及宿主-微生物活动环境7。一项针对小鼠模型中小肠微生物群的研究发现,无菌小鼠在摄入高脂饮食后脂质吸收能力受损,但当其定植空肠微生物群后,脂质吸收显著增加6。一项针对肥胖个体与健康个体十二指肠微生物群的人体小规模研究发现,肥胖个体的十二指肠微生物群在脂肪酸和蔗糖分解通路方面存在改变,这种改变可能与饮食因素相关8。此外,小肠微生物群的失调已在多种疾病中被发现,包括小肠细菌过度生长、短肠综合征、贮袋炎、环境性肠功能障碍以及肠易激综合征7。
我们关注微生物组与慢性肝病不同阶段之间的关系。具体而言,十二指肠是小肠中进行化学分解和营养吸收的起始部位。此外,门静脉肝循环将营养物质和代谢产物输送至肝脏,在肝脏中经过加工和调控后进入血液循环。肠道与肝脏在解剖结构上的邻近关系,形成了一个易于产生促炎反应的环境,这种反应可能由肠道屏障功能障碍或肠道微生物组的改变所引发9。研究肠道微生物组与肝病进展的相关研究表明,在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、脂肪性肝炎(NASH)、酒精性肝病以及肝硬化患者中均存在微生物组失衡现象10,11。尽管大多数研究集中于结肠微生物组的特征分析,但我们关注的是小肠微生物组与肝病之间的关联。通过采用本文所介绍的新方法,我们已鉴定出肝硬化患者十二指肠微生物谱的特异性,并揭示了其与饮食之间的关系12。
随着对小肠微生物组的研究日益受到关注,建立能够准确代表小肠菌群的标准化取样技术变得十分必要。然而,样本采集过程中存在诸多挑战,使小肠微生物组环境的研究变得复杂。目前的取样方法通常需要侵入性操作,且容易受到污染,正如Kastl等人7所指出的那样。本文详细介绍了一种新颖的方法,用于从接受食管胃十二指肠镜检查的肝病患者中获取十二指肠抽吸液和活检组织,以进行微生物分析。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
十二指肠样本来自退伍军人事务大洛杉矶医疗系统、西达斯-西奈医学中心和罗纳德·里根加州大学洛杉矶分校医学中心,在当地伦理审查委员会的机构审查委员会批准微生物组、微生物标志物与肝病(M3LD)研究的临床方案后采集。所有参与研究的患者均签署了书面知情同意书。
1. 受试者知情同意
2. 标本采集
3. 胸腔积液处理
4. 问卷调查的实施与临床数据的收集
5. DNA 提取
6. DNA 扩增
7. 清洁与文库构建
8. 数据格式化
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
近端肠道黏膜与管腔微生物组之间的群落差异
既往研究已发现管腔和黏膜结肠样本中微生物群落在组成上存在差异4,5,18。初步结果显示,十二指肠抽吸液和活检样本可用于检测近端肠道中管腔和黏膜微生物群。此外,我们发现这些微生物组群落彼此之间具有显著差异(图1)。另外,抽吸液中的胆汁酸与抽吸液微生物组的组成呈显著相关性(图2)。
...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
微生物组研究极为重要,因为这一复杂生态系统在能量稳态、免疫应答和代谢过程中发挥着关键作用19。不同区域的微生物组存在差异,这可能反映了胃肠道不同部位独特的生理功能,并可能影响多种疾病状态20。粪便微生物组是最常被研究的对象,但近年来小肠微生物组也逐渐成为研究焦点6,21。目前亟需建立统一的操作流程,以进一步研究近端肠道微生物组及其对胃肠道健康与疾病状态的影响。
该方法可用于研究近端肠道微生物组的管腔和黏膜组分。与鼻胃管法相比,该方法具有优势,因为后者无法稳定获取幽门后样本,且存在口咽部污染的风险。同样,通过回肠造口术采集活检样本可能使样本暴露于皮肤和外部环境中7。某些人群因筛查和监测需要而需常规接受内镜检查,例如肝硬化患者或胃癌、食管癌患者22。对正在接受筛查的患者采集样本,可...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明无相关财务利益冲突。
本研究由美国国立卫生研究院/国家癌症研究所资助,资助编号为 RO1CA204145。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2 mL 冻存管 | Corning | 430659 | |
| 96 孔板 | Applied Biosystems | 4306737 | |
| dNTPs | Sigma | D7295 | |
| 干冰 | 由机构提供 | ||
| EG29-i10 内窥镜 | Pentax | N/A | 内窥镜尺寸可能因患者生理结构而异 |
| Epoch 微孔板分光光度计 | Biotek | N/A | |
| 乙醇 | Sigma Aldrich | 676829 | |
| HiSeq 2500 | Illumina | N/A | |
| IL_806r 反向引物 | IDT DNA technologies | custom | 定制引物 |
| ILHS_515f 正向引物 | IDT DNA technologies | custom | 定制引物 |
| JumpStart Taq DNA | Sigma | D4184 | |
| 黏液样本收集器 | Busse Hospital Disposables | 405 | 40 cc 带转运盖的样本收集器 |
| Nanodrop Gen5 软件 | ThermoFisher Scientific | ||
| PCR 缓冲液 | Sigma | P2192 | |
| PCR 纯化试剂盒 | Zymo Research | D4204 | |
| Radial Jaw 4 大型活检钳 | Boston Scientific | M00513343 | 2.8 mm 钳口外径 |
| Vioscreen 饮食问卷 | VioCare | N/A | |
| ZymoBIOMICS DNA Microprep Kit | Zymo Research | D4300 | 25 µg 结合容量 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文已发表
视频即将推出