对骨骼不利:特定的肠道细菌损害正常的骨骼生长和成熟
微生物通常被视为引起疾病的病原体，但实际情况比这种有限的看法要复杂得多。肠道微生物组是在健康肠道内定植的微生物的集合，被认为是一个辅助器官，可以调节宿主的生物功能，包括骨骼健康。南卡罗莱纳医科大学(MUSC)的研究人员研究骨免疫学(骨骼和免疫系统的界面)，他们研究了一种特定的微生物，节段丝状细菌(SFB)，对青春期后骨骼发育的影响。他们的研究结果发表在1月10日的《中国日报》的网站上骨骼和矿物研究期刊研究表明，SFB可提高肠道和肝脏中特异性免疫细胞的反应。这种反应导致破骨细胞活性增加，成骨细胞活性降低，累积损害骨量的积累。
“这是第一份已知的报告，表明在复杂的肠道微生物群中，特定的微生物有能力影响正常的骨骼生长和成熟，”医学和牙科医学院的助理教授Chad M. Novince博士说，他研究微生物群对骨免疫学和骨骼发育的影响。
诺文斯实验室专注于骨骼发育的青春期后阶段，这一关键的可塑性窗口期支撑着一个人大约40%的峰值骨量的积累。该实验室最近的研究表明，肠道微生物群会增强肝脏和骨骼环境中的免疫反应，从而损害骨骼质量。其他研究表明，SFB可通过白细胞介素- 17a (IL-17A)依赖的方式激活TH17细胞的免疫反应。该研究旨在将sfb介导的免疫的这些方面联系起来，确定特定的肠道微生物是否具有影响的能力骨骼健康．
目的:研究SFB的作用肠道微生物组在骨骼健康方面，Novince实验室使用了一种小鼠模型有明确的菌群。这项研究是由MUSC的gnotobio动物核心促进的，该核心由Caroline Westwater博士指导，她是牙科医学院的合著者和教授。通过独特的动物核心，无菌小鼠(无菌群)和无菌小鼠(有菌群)为研究微生物组对骨骼发育的贡献提供了一个极好的模型。
“当我们想到骨头时，它总是成骨细胞和破骨细胞的平衡;成骨细胞形成骨头，破骨细胞吸收骨头，”诺文斯说。“SFB的定殖导致轴的两侧发生变化:破骨细胞活性上升，成骨细胞活性下降，这对骨骼是有害的。”
在开始研究之前，Novince实验室将无菌小鼠与sfb单关联小鼠进行了比较。患有SFB的小鼠小梁骨体积减少了20%，小梁骨是一种经历高骨代谢率的骨类型。对这些小鼠的进一步检查显示，SFB定殖导致肠道和循环系统中IL-17A水平升高，并增强破骨细胞潜能。
接下来，Novince实验室检测了复杂肠道菌群中SFB的存在是否会影响正常骨骼发育。他们将有SFB作为微生物组一部分的Taconic特异性无病原体小鼠与缺乏SFB的Taconic特异性无病原体小鼠进行了比较。
在复杂菌群中存在的SFB导致小梁骨体积减少，这归因于破骨细胞活性增加和成骨细胞活性降低。SFB定植导致肠道内的促炎免疫状态，与肠道相关的淋巴结中骨髓源性抑制细胞(MDSCs)和m1 -巨噬细胞数量增加。此外，SFB定植增加了肠道和循环中的IL-17A水平。
有趣的是，SFB在复杂肠道菌群中的存在也深刻刺激了肝脏免疫。SFB定植上调了肝脏中的促炎免疫因子，增加了肝引流淋巴结中的TH17细胞。此外，SFB的存在导致急性期反应物(在肝脏中产生并分泌到循环中的免疫因子)水平升高。Lipocalin-2 (LCN2)特别有趣，因为它是一种影响骨代谢的抗菌肽。
SFB定植导致循环中IL-17A和LCN2水平的增加，这两者都是支持破骨细胞活性和抑制成骨细胞活性的因素。综上所述，这些数据表明，SFB在调节肠道和肝脏的免疫反应中发挥着关键作用，这对骨骼有显著影响，并为肠道菌群对骨骼的作用部分通过肠-肝-骨轴介导提供了强有力的支持。
此外，SFB对骨骼健康的贡献可能具有重要的临床意义。
Novince说:“如果我们能防止细菌的定植或从微生物组中耗尽特定的微生物，如SFB，就有可能在青春期后骨骼发育期间优化骨量积累。”
众所周知，饮食、益生菌和抗生素对微生物组的组成有显著影响，包括SFB定植。一个人的大部分骨量是在青春期或青春期后积累的。随着年龄的增长，人们开始慢慢失去骨量，这使他们面临骨折和骨质疏松的风险。通过非侵入性干预，如饮食或益生菌，调节SFB可以在青春期建立或优化骨量积累峰值。这将限制与衰老相关的低骨量和相关骨折的风险。
总之，Novince的团队已经证明，在复杂的微生物组中，一种特定的共生微生物SFB有能力严重改变微生物组与宿主相互作用的方式免疫系统和骨架。这种免疫反应，通过肠-肝-骨轴介导，诱导促破骨细胞和抗成骨细胞的环境骨，会损害骨骼的正常生长和成熟。肝脏免疫的强烈作用使我们有必要进一步研究急性期产物如何对机体产生反馈效应微生物组或者对宿主的额外影响。
