腸道菌群近年來逐漸成為研究熱點，并在許多生命過程中發揮著重要的作用，例如參與自身免疫進程，與神經發育的聯系。近期，微生物頂級期刊Microbiome發表了一篇題名為：單一細菌種恢復微生物生態失調，保護大鼠模型骨骼免受類風濕破壞的文章。該文章主要通過宏基因組鳥槍法測序和宏基因組關聯研究，評估了干酪乳桿菌對佐劑誘導關節炎大鼠模型腸道微生物群和免疫功能紊亂的影響。

   對類風濕性關節炎（RA）患者進行早期治療是優化藥物治療成功的關鍵，目前在關節炎前期階段阻斷骨質破壞進展的治療效果仍然不能令人滿意。RA患者的微生物紊亂通過有效干預治療顯著逆轉。將異常腸道微生物組調節到健康狀態是預防骨損傷的潛在治療方法。
技術路線：

結果：
1.干酪乳桿菌顯著減輕佐劑誘導的關節炎
  對SD大鼠灌喂干酪乳桿菌菌株ATCC334和甲氨蝶呤(MTX)，在同一天用完全弗氏佐劑（CFA）進行關節炎造模。經過三十天干預后，用干酪乳桿菌和MTX治療的大鼠表現出較少的癥狀加劇。此外，干酪乳桿菌發揮其抗關節炎作用而不遷移到腸道以外的地方，因為干酪乳桿菌是兼性厭氧細菌，并且在干酪乳桿菌處理的動物中未檢測到菌血癥。通過微型CT發現干酪乳桿菌處理的大鼠的踝部的骨侵蝕減少，膝關節的組織切片觀察結果與微型CT一致，并且干酪乳桿菌處理的大鼠膝關節的病理評分和踝關節的放射學評分顯著改善。這些數據表明，干酪乳桿菌的給藥能夠減輕實驗性關節炎并保護骨骼免受侵蝕。

Fig1.干酪乳桿菌減輕佐劑誘導的大鼠關節炎。顯示干酪乳桿菌對關節炎評分（a）和增加的后爪體積（b）的影響（每組n = 7）。a和b的數據被示為平均值±SEM，不同組的數據通過雙向ANOVA分析組間差異（* P <0.05，** P <0.01，*** P <0.001 VS模型）。腳踝的照片，X射線和微CT圖像顯示在c中。在d中顯示了不同組中大鼠膝關節病理切片的代表性圖像。通過病理學評分e評估病理結果。分別使用micro-CT圖像和micro-CT分析儀評估放射學評分和微CT評分（f，g）。在數據e，f，和g被示為平均值±SEM，組之間的差異通過單向ANOVA進行分析。（* P <0.05，** P <0.01，*** P <0.001 VS模型）。骨破壞水平的積分評估顯示在（h）。數據顯示為平均值并分為幾個級別。0-0.2：正常; 0.2-0.4：輕微（Lig）; 0.4-0.6：中等（Mod）; 0.6-0.8：嚴重（Sev）; 0.8及以上：非常嚴重。正常，正常控制; 模型，疾病控制; MTX，甲氨蝶呤
2.干酪乳桿菌可預防由關節炎誘導引起的腸道生態失調
   由于缺乏明確定義的RA相關微生物群特征，因此選取五個時間點（TP）收集了四組的糞便樣本，并通過使用鳥槍法宏基因組測序確定了關節炎發展過程中微生物組的動態變化。五個TP包括第0天，AIA誘導前（TP1），第7天（關節炎前時間點）（TP2），第14天（TP3），第21天（TP4）和第30天（TP5）。在TP3，表明干酪乳桿菌可以在早期補救揮發性腸道生態失調。在TP5，伴隨著在干酪乳桿菌組中觀察到的關節炎的緩解，腸道微生物組的組成顯著接近HP而不是DP表明關節炎中的生態失調可以被干酪乳桿菌逆轉，最終有助于改善腸道菌群。關節炎評分與HP的距離呈正相關（Spearman相關系數= 0.48，P = 0.015），與DP的距離呈負相關（Spearman相關系數= -0.46，P = 0.019）。

Fig2.隨著時間的推移，干酪乳桿菌 / MTX處理的大鼠腸道微生物群組成的動態變化。顯示了在5個時間點上對于干酪乳桿菌/ MTX處理的大鼠的每個樣品的健康平面（HP）和模型平面（DP）的距離。線條的顏色對應于不同的樣品，厚度反映了關節炎的嚴重程度。通過配對t檢驗分析HP和DP之間的差異
3.干酪乳桿菌治療佐劑誘導關節炎（AIA）大鼠中紊亂的微生物組
  選擇了25種微生物，其中毛螺菌，奇異變形桿菌和棒狀桿菌支原體已發現可能與RA相關。通過標準化處理所鑒定的25種微生物的相對豐度，然后與TP1相比，在每個TP處顯示Log10倍數的變化。
  進一步研究了干酪乳桿菌處理的AIA大鼠中關節炎相關菌種的改變。與模型組中的大鼠不同，包括不動桿菌，干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌的微生物群被上調，并且解脲支原體，脫硫弧菌和二硫化嗜血桿菌細菌被下調。值得注意的是，這些改變發生在干酪乳桿菌ATCC334沒有持續定植的情況下，因為我們沒有檢測到從干酪乳桿菌處理的大鼠分離的糞便樣品中干酪乳桿菌的富集。然而，其他乳酸桿菌種類相對豐度上調或恢復到正常水平，這表示干酪乳桿菌在抑制關節炎中的功能與其調節微生物組，特別是其他乳桿菌菌株的功能密切相關。

Fig3.Log10與TP1的樣品進行比較關節炎相關物種中的TP5的相對豐度的倍數變化。框表示第一和第三四分位數之間的中位數和四分位數間（IQR）; 胡須代表從第一或第三四分位數的1.5倍IQR內的最低值或最高值。圓圈代表樣本。重要的倍數變化標有星號
4.抑制促炎細胞因子的表達與受干酪乳桿菌給藥影響的細菌的豐度相關
  細胞因子在RA的發病機制中起關鍵作用，因此，確定血清中IFN-γ，TNF-α和IL-1β，IL-17，IL-2和IL-6的水平并確定干酪乳桿菌治療AIA大鼠后促炎細胞因子水平與腸道微生物群改變的相關性。結果顯示，與造模組AIA相比，干酪乳桿菌處理的AIA大鼠中促炎細胞因子IFN-γ，TNF-α，IL-1β，IL-17和IL-6的水平顯著降低。干酪乳桿菌處理的動物中，分別由活化的適應性和先天性免疫細胞產生的IL-17和IL-1β水平顯著降低。這些結果表明干酪乳桿菌對AIA大鼠的作用與治療相關微生物對促炎細胞因子表達的抑制作用相關。

Fig4.干酪乳桿菌通過嗜酸乳桿菌的復活抑制促炎細胞因子的表達。a使用ELISA評估血清中細胞因子（IL-17，IL-1β，TNFα，IL-6，IFN-γ，IL-2）的表達。數據顯示為平均值±sem和min，max。通過單向ANOVA分析組之間的差異。（* P <0.05，** P <0.01，*** P <0.001 VS模型）。b 嗜酸乳桿菌豐度與血漿細胞因子的關系。cc，Spearman在調整體重，組和關節炎評分后的相關系數
5. 干酪乳桿菌保持氧化還原平衡參與AIA大鼠RA的改善
  為了探索干酪乳桿菌給藥有益效果背后的潛在機制，使用KEGG數據庫對L. casei和MTX處理的大鼠的腸道微生物組中的功能模塊進行了綜合分析。與微生物群的改變導致宿主代謝和氧化還原平衡變化的觀點一致，發現磷酸戊糖途徑的功能模塊，包括氧化階段，在AIA大鼠中得到增強，這與先前有關RA患者報告的結果一致。用干酪乳桿菌治療后，磷酸戊糖途徑中涉及的豐富基因減少，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）醌氧化還原酶，同化硫酸鹽還原，NADH泛醌氧化還原酶，β-氧化和脂肪酸生物合成模塊中涉及的豐度基因增加，表明干酪乳桿菌通過調節免疫代謝和氧化還原能力發揮其抗關節炎作用。

Fig5.干酪乳桿菌維持氧化應激的氧化還原平衡。與來自MTX，干酪乳桿菌和模型組的TP1樣品相比，TP5處免疫相關KEGG模塊的豐度的平均log 2倍變化。KEGG orthology group模塊和組按無監督層級聚類排序。青色，減少模塊; 紅色，增加模塊。未繪制一個或多個組中缺少的模塊
結論
      通過在AIA大鼠中使用時間序列研究方案來鑒定腸道微生物組的組成和功能改變，并且結果支持調節微生物群可以作為預防和治療人類RA的新策略的結論。這些結果是在實驗性關節炎大鼠模型中獲得的，并且非常需要在RA患者中進行深入研究。必須進一步闡明益生菌的預防/治療作用背后的精確分子機制，并且需要對腸中鑒定的細菌標記物進行集中驗證。這為RA研究和治療提供了新的研究方向和治療思路。