专访篇：本期中国实验动物信息网特邀请牛教授为大家分享通过无菌动物模型验证了哪些肠道微生物与疾病的关系？对治疗人类慢性疾病临床试验及药物研究方面发挥了哪些作用？未来人源化菌群实验动物应用前景和展望等内容。

中国实验动物信息网：非常感谢牛教授接受中国实验动物信息网的专访。近年来，肠道菌群已成为科研界最为火爆的领域之一，科研人员们在对不同的慢性疾病进行研究中发现基本所有慢性疾病的进程都与肠道微生物密切相关，请牛教授谈谈肠道微生物是什么？肠道微生物与人体系统的紧密性？

牛海涛教授：我们每个人的肠道都存在数以万亿计的细菌、病毒、真菌等微生物，这些微生物就是肠道微生物。他们在肠道所提供的栖息环境中生存，并参与机体的免疫、生理、生化、代谢等反应，维持机体的正常运作。人体肠道微生物基因数量是人体基因数量的100倍以上，人体微生物数量是人体自身细胞数量的10倍。肠道微生物群与其所栖息的环境共同构成了肠道微生态系统，该系统是复杂且动态平衡的，当肠道微生态系统处于失衡状态，就会导致炎症等疾病。

肠道微生物与人体系统紧密关联，其与免疫、代谢系统的互作，在调节机体稳态和功能中发挥重要作用。肠道以及肠道微生物群与各个器官的关联机制形成一种类似于“轴”的双向调节关系，例如肠道与神经系统的双向调节关系，简称肠-脑轴；肠道与心血管系统的双向调节关系，简称肠-心轴；其他还有如肠-肾轴，肠-肝轴，肠-肺轴等。肠道微生物群通过代谢、免疫、神经内分泌等途径与肠道细胞、免疫细胞等相互作用，进而影响相关器官的功能。

中国实验动物信息网：据查阅相关肠道微生物的相关研究成果，应用无菌动物在肠道微生物领域的研究占据重要地位，那无菌实验动物有哪些特征？为什么说它是肠道微生物研究的“利器”？

牛海涛教授：无菌实验动物是指在隔离环境内饲育的，在现有检测技术条件下体内外无可检出的任何生命体的实验动物。其特征包括：1、消化系统异常，如盲肠肥大、松软，肌层发育异常、弹性降低，肠粘膜绒毛增多，排便稀软等；2、免疫系统异常，由于无微生物刺激，导致对微生物感染敏感、应激性高，抗体滴度低；3、代谢系统异常，由于肠道微生物缺失，导致很多需要在肠道代谢的物质无法被吸收，代谢周期加长，代谢速率降低；4、存活时间：无菌大小鼠寿命较SPF级动物寿命长。

无菌实验动物是肠道微生物研究的“利器”。无菌实验动物如果类比基因敲除实验动物，实际上是去除了全部体内外微生物的实验动物，那么它就是一类研究微生物对机体影响的工具。科研人员可以通过单菌、组合菌或粪菌移植等方式，研究相关菌或菌群对机体的影响，进而探讨机制；也可以通过比较无菌实验动物与普通实验动物的表型或指标差别，探讨肠道微生物菌群在其中的作用；通过无菌动物建立的人源化菌群实验动物可以用来进行药物筛选等；将特定功能基因组编辑后无菌化的无菌基因工程鼠，可以用来探讨靶基因与相关菌或菌群互作关系等。

中国实验动物信息网：如何判定无菌实验动物？国家出台了哪些无菌实验动物的质量标准？

牛海涛教授：目前主要依据国家微生物检测标准来判定是否为无菌动物。国家标准GB 14922.1-2001 实验动物 寄生虫学等级及监测和GB 14922.2-2011 实验动物微生物学等级及监测中，明确了无菌动物的定义、检测标准、检测程序以及检测方法和检测规则。G/B14926.41-2001，采用对动物的粪便和生活环境标本进行培养的方法来判定是否有菌。由于肠道微生物多数为厌氧菌，在实际工作中，还采用PCR或基因测序的方法对标本的16SrRNA进行检测确认。

国家出台的无菌实验动物质量标准包括了从无菌动物设施规范到无菌动物相关标本的检测方法：GB 14925-2010 实验动物 环境及设施；GB50447-2008实验动物设施建筑技术规范; GB 14922.1-2001 实验动物 寄生虫学等级及监测；GB 14922.2-2011 实验动物 微生物学等级及监测; G/B 14926.41-2001实验动物 无菌动物生活环境与粪便标本的检测方法。

中国实验动物信息网：据悉，您研究团队通过无菌动物模型验证了系列肠道微生物与疾病的关系，请您分享一下这些研究成果？对治疗人类慢性疾病临床试验及药物研究方面发挥了哪些作用？

牛海涛教授：我们团队工作重点之一是通过无菌动物模型来验证肠道微生物与疾病的关系。我们建立了广州市无菌动物与微生态转化重点实验室，这是国内首家该领域的重点实验室。我们的研究内容主要包括： 

1.常用工具鼠无菌化。我们构建了无菌C57BL/6J、无菌BALB/c、无菌裸鼠等无菌动物，为微生物组研究提供工具。

2.疾病动物模型无菌化。我们课题组将疾病动物模型如系统性红斑狼疮小鼠模型、类风湿关节炎小鼠模型等进行无菌化改造，目前已构建了无菌红斑狼疮小鼠、无菌类风湿关节炎小鼠、无菌高血压大小鼠、无菌炎性肠病小鼠、无菌糖尿病小鼠、无菌老年痴呆小鼠、无菌抑郁症小鼠等多种疾病动物模型。通过比较无菌疾病动物模型与SPF疾病动物模型的疾病表征异同，来分析肠道微生物对疾病的影响，进而确定相关的单菌或多菌如何影响疾病的进程及潜在机制。

3.基因工程动物模型无菌化。我们将基因编辑的动物模型无菌化，建立了如无菌IL-17基因敲除小鼠模型等，然后通过菌群移植等方法，探讨相关基因与肠道微生物的关系及机制。

4. 菌群移植。将疾病相关肠道微生物的单菌、组合菌或粪便移植到无菌动物，然后通过分析动物的生理、生化、免疫、代谢等疾病相关指标，来确定相关肠道微生物与疾病发病的因果关系。

5.建立了系列疾病人源化菌群动物模型。我们通过移植相关病人的粪便到无菌动物，建立了狼疮人源化菌群小鼠、类风湿人源化菌群小鼠、动脉硬化人源化菌群小鼠、糖尿病人源化菌群小鼠、炎性肠炎人源化菌群小鼠模型等。该类人源化菌群小鼠模型，携带了人类相关疾病的肠道菌群，可在一定程度上模拟疾病发病，表现出一种或多种疾病特征，如所建立的狼疮人源化菌群小鼠可以检测到血清的抗dsDNA抗体升高等现象。我们所建立的系列疾病人源化菌群小鼠模型，可以作为药物筛选的平台。

通过以上工作，我们分离鉴定了多种疾病相关菌株，如发现了一株肺炎克雷伯氏菌与高血压发病相关，该菌可降低Pon1基因及蛋白水平表达、诱导炎性免疫反应、引起血压水平升高、影响心脏功能。该发现为开发相关高血压治疗药物或临床诊断方法提供了基础。我们也确定了肠道微生物紊乱与红斑狼疮、类风湿关节炎、高血压、动脉硬化、哮喘等疾病发病相关，紊乱的肠道微生物及其代谢产物可导致疾病相关基因表达异常，进而引起免疫细胞异常活化增殖、炎性细胞因子增多等病理现象，影响疾病的进程。

中国实验动物信息网：近年来，随着无菌动物的广泛应用，人源化菌群实验动物及相关模型建立，请牛教授介绍一下目前人源化菌群实验动物应用领域？您认为未来人源化菌群实验动物应用前景和展望？

牛海涛教授：由于合格的人源化菌群实验动物携带了大部分的人类肠道微生物菌群，这可以通过菌群溯源分析来确定；对于采用人源化菌群移植建立的动物模型，通过疾病表型或指标等鉴定并确定其具有一定的疾病症状，才可判定该模型是否建立成功。由于该类模型携带了大部分人类的肠道菌群，因此可以作为药物筛选平台，或开展疾病发病机制的研究。理论上我们可以把大多数疾病的粪便移植到无菌动物，通过移植后的动物模型是否可以表现出疾病症状，来建立系列疾病的菌群人源化动物模型，作为临床前研究的重要工具。当然也有很多疾病与肠道菌群关系不大，那么可能导致菌群移植后并不能引起相应的疾病症状，那么这类菌群移植所得到的动物不能称为疾病人源化菌群动物模型。相信未来人源化菌群实验动物品种、品系随着科学技术水平提高会越来越多，包括人源化菌群大小鼠、人源化菌群兔、甚至人源化菌群猪等模型均会出现，其应用范围及前景广泛。

再次感谢牛教授接受中国实验动物信息网的专访。