IVIS视角 | 想看看肠道菌群是不是认真的打工箘吗？来，安排！
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“滥用抗生素危害大，打工人生病是硬抗还是来一针”
“吃不好睡不好了？请用益生菌”
“这款低聚果糖益生元，调节身体治百病”……
面对这一条条的养生信息，科研人心中沉着冷静，明白这一切都源于神秘的肠道菌群。这些益生菌对于健康人群来说就是一个天然的存在，实在不必烦心，然而对于患有代谢性疾病或者炎性肠道疾病的患者，整个胃肠道微环境和菌群的调节就非常关键了。
然而，科研人知道它们的存在，也知道它们对人体健康很重要，那它们在体内是怎么工作的呢？事实上，大量的研究表明，肠道菌群通过分泌胆汁酸盐水解酶（Bile salt hydrolase，BSH）参与宿主体内多信号通路的调节，维持胆汁稳态从而影响健康。我们常说的益生元（不可吸收纤维）和益生菌（粪便移植）疗法，也是通过影响胃肠道内的BSH的活性从而调节胆汁酸代谢来“防癌”和“治百病”的。简单说来，BSH的活性代表了我们胃肠道的健康程度。我们现在检测BSH活性的手段往往都是体外的，样本来自于粪便，体外分离的菌群，或者非常昂贵且技术门槛极高的宏基因组学“细菌组暗物质”。还好，一个月前，来自哥伦比亚密苏里大学的科研人开发了一个新的方法，实现了BSH活性的活体无创成像和定量，由此我们可以在科研工作和临床诊断中，真正的在体内会一会这些有功能的肠道菌群了。
这套方法的原理很简单，如下图所示，首先你需要合成一组可激活的BSH-luciferin探针（BSH-activatable luciferin，BAL probe），这个探针可以在BSH的作用下剪切分离出游离的胆汁酸和luciferin，这时候如果再遇到荧光素酶，就能发光被我们的IVIS活体成像设备捕捉并定量啦。这样的方法使得只要检测对象能表达BSH，那么就能被检测定量。体外合成的酶、活菌、粪便样本以及活体动物和人体都不在话下。
BSH成像定量原理示意图
对于粪便样本或者体外培养的菌群来说，用上这个成像定量的方法无疑是实现了曾经色谱方法无法做到的高速高效高通量，就像这样，只要把样本跟探针共孵育加入到表达了luciferase的细胞孔板中就好啦：
体外成像定量示意图
在活体上，我们需要的是一只表达luciferase转基因老鼠，然后就可以对益生菌、抗生素以及菊糖、低聚果糖这类常见的益生元对小鼠肠道菌群BSH活性的影响进行活体定量了，这样的定量结果代表的是活体胃肠道（gastrointestinal tract，GIT）微环境中的整体效应，比起传统研究在终点取粪便分析更加真实可靠。
活体成像定量示意图
下面我们就来看看用这个方法在活体内实时无创观察评价抗生素，益生菌和益生元对BSH活性产生的作用吧。
A：两种类型胆汁酸探针CL和DCL在七天的复合抗生素“滥用”后，都检测到了不同程度的BSH活性大幅度的降低
B：BSH低表达的益生菌，老鼠吃了也没用，BSH活性低到和背景一样了
C：常见益生元，吃低聚果糖可比吃菊糖效果好哟
然后，科研人做研究最开心的就是实现临床的转化，在七位患有严重炎性肠道疾病和十八位已经缓解的患者的粪便中，可以灵敏地检测到BSH活性的变化差异。
两种类型胆汁酸探针CL（左）DCL（右）对临床病人粪便样本的BSH活性定量
写在最后
强烈推荐大家阅读这篇2021年2月3日在science advances杂志上发表的名为“Noninvasive imaging and quantification of bile salt hydrolase activity: From bacteria to humans”的文章，逻辑非常严谨，我们就像在跟着作者层层探究，从初步的色谱检测到各种样本的体外成像、小动物成像，再做到临床转化，看到最后一个figure，一个42岁的女性志愿者，接受了口服该探针12小时后在其粪便样本中检测到了比仪器背景高了1300倍的BSH活性光信号，就像读完一本精彩的小说。尽管全文都没有出现漂亮的会发光的老鼠图片，却全都用夯实的ROI定量结果展示给读者值得信服的结论。在这点上，来自于IVIS仪器Living Image软件的定量方式值得一赞。
最后的最后，致敬全文一直在稀释、搅拌、加热各式便便的科研人。
参考文献
P. V. Khodakivskyi, C. L. Lauber, A. Yevtodiyenko, A. A. Bazhin, S. Bruce, T. Ringel-Kulka,Y. Ringel, B. Bétrisey, J. Torres, J. Hu, C. J. Chou, E. A. Goun, Noninvasive imaging and quantification of bile salt hydrolase activity: From bacteria to humans. Sci. Adv. 7, eaaz9857 (2021).
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