基于肝-肠轴研究白藜芦醇干预长期低剂量无机汞暴露小鼠肝纤维化的作用机制

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汞是有毒重金属,由于生产生活中的广泛应用而导致的汞污染已经成为严重的环境问题。动物通过食物、饮水和空气等摄入汞,对机体尤其是肝脏产生毒性作用,诱导畜禽肝纤维化等疾病。由此导致的畜禽生产性能下降或淘汰会产生严重的经济损失。并且汞在食物链中的富集作用十分显著,长期低剂量汞暴露会导致动物源性食品安全问题。白藜芦醇(resveratrol,Res)是一种天然多酚,广泛存在于植物中,包括葡萄、浆果和坚果等。由于其抗氧化、抗肿瘤、抗炎和调节免疫等活性,所以被认为具有重要的健康益处。因此,研究长期低剂量无机汞暴露诱导小鼠肝纤维化的机制及Res的防治作用具有十分重要的现实意义。本试验分为3部分。第1部分试验:长期低剂量无机汞暴露小鼠模型建立。将28只昆明小鼠随机分为4组,每组7只。对照组正常饮水。低、中和高剂量组分别给予含有25、50和100 mg/L的氯化汞(Hg Cl2)的水溶液。小鼠自由饮食。试验周期24周。收集回肠内容物进行16S r RNA测序。收集小鼠血清进行肝功能生化指标、血乙醇浓度(blood alcohol concentration,BAC)和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)浓度检测及血清代谢组学检测。收集肝脏组织进行病理组织学检测(HE染色、马松染色和油红O染色)、氧化应激指标和羟脯氨酸(hydroxyproline,HYP)浓度检测、转录组学检测、实时荧光定量逆转录链式聚合酶反应(real-time quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-q PCR)及western blot检测。收集回肠组织进行HE、RT-q PCR及western blot检测。结果表明:(1)小鼠回肠内容物16S r RNA测序结果表明无机汞诱导小鼠肠道菌群紊乱,无机汞暴露诱导棒状杆菌属Corynebacterium、迪茨氏菌属Dietzia、Glutamicibacter、双歧杆菌属Bifidobacterium、肠球菌属Enterococcus、短状杆菌Brachybacterium的相对丰度降低(P<0.05),毛螺菌属Lachnospiraceae_NK4A136_group、严格梭菌属Clostridium_sensu_stricto_1、罗姆布茨菌Romboutsia、瘤胃球菌属Ruminococcus、产粪甾醇真杆菌属Eubacterium_coprostanoligenes_group、嗜木聚糖真杆菌属Eubacterium_xylanophilum_group、颤螺菌科Spireospiaceae UCG-005、颤螺菌科NK4A214_group、结肠杆菌属Colidextribacter和螺杆菌属Helicobacter的相对丰度升高(P<0.05),可能与肠道屏障损伤、亚精胺生成减少和内生性乙醇升高有关。(2)血清代谢组学结果表明,无机汞暴露影响蛋氨酸代谢、类固醇生物合成和胆汁酸生物合成,其中的关键为诱导4-氨基丁醛、乙酰半胱氨酸、别胆酸、7-烯胆甾烷醇和亚精胺水平降低。(3)生化结果显示无机汞暴露诱导小鼠血清丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)和天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)活性升高。(4)无机汞暴露诱导BAC升高,表明无机汞诱导小鼠内生性乙醇代谢紊乱。(5)血清LPS浓度升高表明小鼠肠道屏障受损,肠道细菌产物进入机体。(6)肝脏病理变化结果表明不同剂量的无机汞暴露诱导小鼠肝脂质积累和纤维化等肝脏损伤。(7)无机汞诱导小鼠肝脏丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平升高,谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)浓度和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性降低,表明无机汞暴露诱导肝脏发生氧化应激。(8)无机汞暴露诱导肝脏HYP水平升高,表明无机汞暴露诱导肝纤维化。(9)回肠组织RT-q PCR及western blot结果显示,无机汞暴露诱导小鼠回肠密封蛋白(occludin,Ocln)、I型钙黏蛋白(cadherin 1,Cdh1)、封闭蛋白(claudin,Cldn1)和紧密连接蛋白1(tight junction protein 1,TJP1)的m RNA表达蛋白水平显著降低(P<0.05),表明无机汞暴露小鼠肠道屏障损伤。(10)肝转录组学、RT-q PCR及western blot结果显示,无机汞暴露诱导小鼠肝脏胆固醇及胆汁酸代谢异常[3-羟基3-甲基辅酶A还原酶(3-hydroxy 3-methylglutaryl Co A reductase,Hmgcr)、胆固醇7a羟化酶抗体(cholesterol 7 alpha hydroxylase,Cyp7a1)、醛酮还原酶家族1,成员B7、胆固醇24α7羟化酶(24 hydroxycholesterol 7 alpha hydroxylase,Cyp39a1)和半胱氨酸亚磺酸脱羧酶的m RNA表达和蛋白水平显著降低(P<0.05)]、糖代谢异常[过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(Peroxisome proliferative activated receptor,gamma,coactivator 1 alpha,PGC-1α)、葡萄糖6磷酸酶α(glucose-6-phosphatase,catalytic subunit,G6pc)和丙酮酸脱氢酶激酶4(pyruvate dehydrogenase kinase,isoenzyme 4,Pdk4)的m RNA表达和蛋白水平显著降低(P<0.05)]、氧化应激[谷胱甘肽过氧化物酶3(glutathione peroxidase 3,Gpx3)的m RNA表达和蛋白水平显著降低,细胞色素P4502E1酶(cytochrome P450,family2,subfamily E,polypeptide1,Cyp2e1)的m RNA表达和蛋白水平显著升高(P<0.05)]、炎症[血清淀粉样蛋白A1(serum amyloid A1 protein,Saa1)、血清淀粉样蛋白A2(serum amyloid A2 protein,Saa2)、干扰素诱导蛋白44样蛋白和趋化因子(C-X-C基元)配体11(chemokine(C-X-C motif)ligand 11,Cxcl11)的m RNA表达升高,SAA1和Cxcl11蛋白水平显著升高(P<0.05)]、细胞周期异常[周期素依赖性激酶抑制因子1A(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A,Cdkn1a)、周期素依赖性激酶抑制因子2C、生长停滞DNA损伤可诱导蛋白β和γ的m RNA表达和蛋白水平显著降低(P<0.05),细胞周期素D1(cyclin D1,Ccnd1)和细胞周期素D2的m RNA表达升高(P<0.05)]和肝纤维化[Cdh1、视黄醇结合蛋白1(retinol binding protein1,Rbp1)和谷胱甘肽巯基转移酶-π的m RNA表达和蛋白水平显著降低(P<0.05)]。第2部分试验:Res干预小鼠无机汞中毒试验。将28只昆明小鼠随机分为4组,每组7只。对照组正常饮水。Hg组给予含有100 mg/L的Hg Cl2的饮用水溶液,Hg+Res组给予含有100 mg/L的Hg Cl2的饮用水溶液,灌胃Res 100 mg/kg体重,Res组正常饮水,灌胃Res 100mg/kg体重。小鼠自由饮食。试验周期24周。收集小鼠血清进行肝功能生化指标、BAC和LPS浓度检测。收集肝脏组织进行病理组织学检测(HE染色、马松染色和油红O染色)、氧化应激指标和HYP浓度检测、RT-q PCR及western blot检测。收集回肠进行HE、RT-q PCR及western blot检测。结果表明:(1)生化结果显示Res显著减轻无机汞暴露诱导小鼠血清ALT和AST活性升高。(2)Res显著减轻无机汞暴露诱导的BAC升高,表明Res显著减轻无机汞诱导小鼠内生性乙醇代谢紊乱。(3)Res显著减轻无机汞诱导的血清LPS浓度升高,表明Res显著减轻小鼠肠道屏障受损。(4)肝脏病理变化结果表明Res显著减轻无机汞暴露诱导小鼠肝脏损伤。(5)Res显著减轻无机汞诱导小鼠肝脏MDA水平升高及GSH浓度和SOD活性降低,表明Res显著抑制无机汞暴露诱导肝脏氧化应激。(6)Res显著减轻无机汞暴露诱导肝脏HYP水平升高。(7)回肠组织RT-q PCR及western blot结果显示,Res显著减轻无机汞暴露诱导小鼠回肠Ocln、Cdh1、Cldn1和Tjp1的m RNA表达蛋白水平降低(P<0.05),表明Res显著减轻无机汞暴露小鼠肠道屏障损伤。(8)Res显著减轻Hmgcr、Cyp7a1和Cyp39a1的m RNA表达和蛋白水平降低(P<0.05),表明Res显著减轻无机汞暴露诱导小鼠肝脏胆固醇及胆汁酸代谢异常。(9)Res显著减轻无机汞诱导的PGC-1α、G6pc、Pdk4和沉默信息调节因子(silent information regulator1-1,Sirt1)的m RNA表达和蛋白水平降低(P<0.05),表明Res通过激活Sirt1/PGC-1α信号通路减轻无机汞诱导的糖代谢异常。(10)Res显著减轻无机汞诱导的核因子红系相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、醌氧化还原酶1和血红素加氧合酶1的m RNA表达和蛋白水平降低,Cyp2e1的m RNA表达和蛋白水平升高(P<0.05),表明Res通过激活Nrf2通路减轻无机汞诱导的氧化应激。(11)Res显著减轻无机汞诱导的SAA1、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)和核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的m RNA表达和蛋白水平升高(P<0.05),表明Res减轻无机汞诱导的小鼠肝脏炎症。(12)Res给药显著减轻无机汞暴露诱导的Cdh1、Rbp1、Cdkn1a和Ccnd1水平改变(P<0.05),表明Res显著减轻无机汞诱导的细胞周期异常。(13)Res显著减轻无机汞暴露诱导的转化生长因子β1(transforming growth factorβ1,TGF-β1)、信号转导分子3(SMAD family member 3,Smad3)、α1-1型胶原基因和α-平滑肌肌动蛋白蛋白水平升高(P<0.05),表明Res通过抑制TGF-β1/Smad3信号通路减轻无机汞诱导的肝纤维化。第3部分试验:双歧杆菌干预小鼠无机汞中毒试验。将28只昆明小鼠随机分为4组,每组7只。对照组正常饮水。Hg组给予含有100 mg/L的Hg Cl2的饮用水溶液,Hg+BL组给予含有100 mg/L的Hg Cl2的饮用水溶液,灌胃BL 5×10~9 cfu,BL组正常饮水,灌胃BL 5×10~9 cfu。小鼠自由饮食。试验周期24周。收集小鼠血清进行肝功能生化指标、BAC和LPS浓度检测。收集肝脏组织进行氧化应激指标和HYP浓度检测、RT-q PCR及western blot检测。收集回肠进行RT-q PCR及western blot检测。结果表明:(1)BL显著减轻无机汞暴露诱导的小鼠肝损伤、内生性乙醇代谢紊乱和小鼠肠道屏障受损。(2)BL通过激活Sirt1/PGC-1α信号通路减轻无机汞诱导的肝脏胆固醇及胆汁酸代谢异常、糖代谢异常和氧化应激。(3)BL通过抑制TGF-β1/Smad3信号通路减轻无机汞诱导的肝纤维化。综上所述,长期低剂量无机汞暴露通过肝-肠轴诱导小鼠肝纤维化,主要机制包括诱导内生性乙醇、胆固醇及胆汁酸和糖代谢异常、氧化应激、细胞周期异常和炎症。Res通过Sirt1/PGC-1α信号通路和平衡肠道菌群,增加双歧杆菌相对丰度减轻无机汞诱导的肝纤维化。
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