研究背景与基本信息

这篇学术论文由 Maite Casado-Bedmar、Maryline Roya、Louis Berthet、Jean-Pierre Hugot 等学者完成，主要研究单位包括 Université Paris Cité 的 Center for Research on Inflammation、Georgia State University 的 Institute for Biomedical Sciences 等。该研究发表于期刊《Gut Microbes》，论文在线开放获取，DOI 为 https://doi.org/10.¹⁰⁸⁰⁄_19490976.2024.2394249。

研究的主要领域是炎症性肠病（Inflammatory Bowel Diseases, IBD）的病理机制，尤其是肠道微生物群与粪便 microRNA（miRNA）在慢性肠道炎症中的作用。研究目的是探讨两种特定的粪便 miRNA（let-7b 和 mir-21）在 IBD 发病机制中的作用及其与肠道微生物群的相互作用，并评估通过抗 miRNA 手段治疗 IBD 的潜力。

研究背景

IBD 是一种慢性且多因素驱动的疾病，病因复杂，主要表现为胃肠道的慢性炎症。已有研究表明，IBD 的一个重要特征是肠道微生物群失调（dysbiosis）。miRNA 是一类非编码 RNA，可以通过结合 mRNA 调节基因表达。近年来，研究发现，miRNA 可以通过粪便进入肠道腔，与微生物发生复杂的相互作用。但目前，对于这些粪便 miRNA 是否参与 IBD，尤其是如何作用于宿主-微生物关系并引发慢性炎症，仍缺乏深入的研究。本研究聚焦具有潜在病理意义的 miRNA let-7b 和 mir-21，希望揭示其机制并提供新的治疗思路。

研究方法

研究设计包含多个步骤和实验，总体流程包括以下几个方面：

1. 粪便 miRNA 的初筛

利用高通量实时荧光定量 PCR 技术（RT-qPCR）对 IL-10 基因敲除小鼠（il-10–/–）的粪便样本进行 miRNA 筛查。IL-10 缺失小鼠模型因其自发性肠炎行为被认为是研究 IBD 的理想模型。收集其在肠炎发作前和发作期间的粪便，将 miRNA 表达模式与炎症标志物（如 Lipocalin-2）相关联，筛选出显著变化的 miRNA。

2. 人类临床样本分析

从 18 名健康对照和 18 名 IBD 患者（包括活动期溃疡性结肠炎和克罗恩病患者）中收集粪便样本，通过 RT-qPCR 分析 let-7b 和 mir-21 的表达水平，同时关联炎症标志物（如 Calprotectin）的浓度，评估其与 IBD 的相关性。

3. 体外实验：人类复杂微生物群的 MBRA 系统培养

采用 Minibioreactor Array（MBRA）系统，将健康供体的复杂粪便微生物群置于厌氧环境中培养，并加入 let-7b 和 mir-21，观察其对微生物群组分（通过 16S rRNA 测序评估）和功能的直接影响，包括致炎性分子如脂多糖（LPS）和鞭毛蛋白的水平变化。

4. 体内实验：miRNA 对小鼠模型的影响

采用多种小鼠模型进行评估： - 正常 C57BL/6 野生型小鼠通过饮用水给予 let-7b 和 mir-21； - Germ-Free 小鼠（GF，完全无菌环境）； - 微生物群清除（抗生素处理）的小鼠； - IL-10–/– 小鼠的长期抗 miRNA 治疗实验。

评估的指标包括肠道炎症程度（例如肿瘤坏死因子 TNF、白细胞介素 IL-6 和 IL-1β 的 mRNA 表达）、肠道屏障功能（透过性和紧密连接蛋白表达）以及粪便微生物多样性（利用 16S rRNA 测序）。

5. 抗 miRNA 治疗评估

通过抗意义 RNA (ASO) 靶向抑制 let-7b 和 mir-21，观察其对 IL-10–/– 小鼠慢性肠炎症状、肠道屏障完整性以及微生物群恢复的疗效。

主要研究结果

1. 粪便 let-7b 和 mir-21 的炎症相关性
- let-7b 和 mir-21 在 il-10–/– 小鼠和人类 IBD 患者中高表达，与炎症标志物（如 Calprotectin）浓度呈显著正相关。 - ROC 曲线分析显示两者在区分 IBD 和健康对照中有较高的敏感性和特异性。

2. miRNA 对微生物群的直接影响
- let-7b 和 mir-21 在 MBRA 系统中显著改变人类复杂微生物群的组分和多样性。
- let-7b 主要影响较不常见的菌种，显著降低了 Shannon 指数和 Faith 的 Phylogenetic Diversity；mir-21 则显著降低 Evenness 指数，更多影响丰度较高的菌种。
- mir-21 增加了微生物的致炎性鞭毛蛋白水平，而 let-7b 的影响不显著。

3. miRNA 的体内作用
- 给予 let-7b 的小鼠显示低度慢性炎症，伴随 TNF、IL-6 和 IL-1β mRNA 表达升高；mir-21 则诱导急性炎症，表现为 MPO 增加和肠道屏障透过性升高。 - Germ-Free 和抗生素清除微生物群的小鼠显示，let-7b 的致炎作用依赖于微生物的存在，而 mir-21 的作用部分独立于微生物。

4. 抗 miRNA 的治疗效果
- 长期使用抗 let-7b 和抗 mir-21 的小鼠显著改善存活率，减轻肠道炎症，恢复肠道屏障的完整性。 - 抗 let-7b 的治疗更有效地恢复了微生物群的多样性并减少了甲烷菌属 Akkermansia muciniphila 和 Clostridia Oscillospira 的异常丰度。

研究结论与意义

该研究首次揭示了 let-7b 和 mir-21 如何通过特异性机制介导慢性肠炎和微生物失调。let-7b 的作用主要表现在改变微生物群的组成与功能，从而促进慢性炎症；mir-21 则主要通过削弱肠道屏障功能诱发急性炎症。此外，抗 let-7b 和 mir-21 的靶向治疗展现了显著的疗效，为 IBD 的治疗提供了潜在的新方向。

研究亮点

• 首次确认粪便 miRNA 可以直接作用于复杂人类肠道微生物群。
• 发现 let-7b 和 mir-21 通过不同机制诱发炎症。
• 提供了抗粪便 miRNA 的治疗潜力，为 IBD 开发新的个人化治疗方案提供科学依据。