热效应对失调肠道菌群的影响及其机制研究

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肠道微生物组中的数万亿种微生物由于它们对宿主病理生理学许多方面的的影响,受到广泛的关注。肠道菌群紊乱会影响肠道菌群与宿主细胞之间的相互作用,影响宿主代谢系统,破坏内环境稳态,进而可能导致炎症的发生。目前关于治疗失调肠道菌群的方法研究越来越受到人们关注。基于冷热对于人体健康的影响,许多研究也致力于从温度入手展开治疗。在传统热疗法中,针灸是治疗溃疡性结肠炎(UC)的有效方法,通过艾灸治疗可改善肠道菌群的α多样性和β多样性指数。其中艾灸疗法还是治疗炎症性肠病(IBD)的一种辅助手段。我们的研究基于热疗法在炎症中的运用展开,首先用四种抗生素混合物连续灌胃小鼠两周构建了肠道菌群失调模型,对小鼠粪便样品16S r RNA基因测序表明抗生素暴露可导致小鼠肠道菌群多样性发生改变。设定了五组小鼠分别为:(1)Antibiotic灌胃组(抗生素灌胃两周);(2)SC(灌胃两周后正常培养);(3)HT(灌胃两周后热处理治疗组);(4)CT(灌胃两周后冷处理);(5)WT(正常饲养小鼠)。在灌胃组中,门水平分析显示样品中变形菌门(Proteobacteria)的菌群大幅度增加,属水平的结果显示克雷伯氏菌属(Klebsiella)的相对丰度显著增加,而乳酸杆菌属(Lactobacillus)丰度显著减低。尤其在菌群丰度水平,HT组和WT组明显较高。同时进行的体外实验显示,用一定量抗生素介入培养巨噬细胞会降低巨噬细胞吞噬能力同时影响其增殖水平。Antibiotic,CT和SC组的粪便浸出液抑制了巨噬细胞的吞噬能力,而HT组粪便浸出液培养后会恢复吞噬细胞的吞噬能力。肠组织切片染色观察发现,热处理治疗后小肠绒毛上皮细胞排列整齐,炎症减轻,小肠腺体接近正常。相比WT组,其余三组小鼠的肠组织切片都显示了炎细胞浸润,上皮细胞排列紊乱等问题。在RNA水平上,蛋白酶激活的受体2(PAR2)蛋白和瞬态受体香草酸4(TRPV4)蛋白偶联对于持续的炎症信号传递是必需的,PAR2激活产生诱导TRPV4持续激活的信号,随着细胞外Ca 2+离子的大量涌入以及周围组织和脊髓中神经肽的释放,从而引起神经源性炎症和疼痛。我们利用小鼠肠组织分析了其中PAR2和TRPV4的表达,发现基于WT组,HT组中PAR2和TRPV4相对于其余几组表达量显著降低,PAR2表达下调可以减少刺激TRPV4激活的信号,同时TRPV4表达量的下调可减弱了PAR2刺激的炎症。最后,热效应的影响涉及到局部皮肤线粒体有关的能量转化(将热能转化为生物能),我们对线粒体中呼吸链中的关键调控元件蛋白SIRT3进行了RNA水平的分析,结果显示,HT组中的SIRT3相较于其他实验组大量表达。在我们小鼠肠道菌群失调的模型中,这些结果都预示着传统热疗法对于恢复肠道菌群失调带来的负面影响有一定的恢复作用。基于我们的研究结果,长远来看,在可控范围内改变热疗温度,或者热疗方法和时长的优化考虑,或许能发现关于热疗法在该模型中或者更多病症中的研究价值。
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