小鼠肠道菌群变化对其海马部位Sox2+细胞增殖的影响

来源 :大连医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fbhww
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研究背景:肠道内定植的微生物在宿主能量代谢以及机体重要系统发育成熟的过程中发挥重要作用。肠道菌群与宿主共生,大量研究表明肠道与CNS(Central Nervous System,中枢神经系统)存在双向交流。通过肠道菌群-肠-脑轴这一大脑与肠道重要的调控通路,肠道菌群影响大脑发育和生化反应,调控CNS信号通路,进而影响大脑的功能和行为;大脑通过神经、内分泌等多种途径影响肠道菌群及肠道功能。益生菌通过调节肠道生态系统,影响宿主应激反应、行为及认知功能,正逐渐应用于自闭症谱系障碍、抑郁症等神经精神疾病的病因探索与治疗中。哺乳动物大脑海马齿状回部位始终存在神经元的再生,可以归纳为神经干细胞/神经前体细胞增殖、定向迁移以及神经元的分化并整合到神经环路等过程,这一系列动态过程受到各种生理病理状态、药物刺激以及微环境的调节。海马部位神经元再生在调控情绪、记忆构建和认知功能等方面的作用至关重要。尚未有文献对肠道菌群变化是否对成年小鼠海马部位Sox2+[SRY(sex-determining region Y)-box 2]细胞的增殖产生影响进行报道,因此本研究具有一定的理论和实际应用的价值。目的:探讨口服抗生素引起的小鼠肠道菌群变化,对其行为及海马部位Sox2+细胞增殖的影响,及其能否恢复。方法:1.40只雄性SPF(Specific pathogen–free,无特定病原体)级BALB/c小鼠(8-10周),16-22g,随机分为四组。三周对照组(3w,Control)一直饮用超纯水;抗生素处理组(Antimicrobial,ATM)饮用水中添加由新霉素、杆菌肽和匹马霉素组成的混合抗生素,饮用三周,建立菌群改变模型;六周对照组(6w,Control)一直饮用超纯水;恢复组(Recovery)饮用上述混合抗生素三周,后三周改为超纯水,建立菌群恢复的模型。2.动物行为学Step-down实验及粪便颗粒数计数检测其焦虑程度。3.免疫荧光检测各组小鼠海马增殖细胞的数量,计数各组增殖的Sox2+细胞占总增殖细胞的百分比。4.高通量测序分析小鼠肠道菌群丰富度、多样性及肠道菌群的组成。5.实时定量PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链式反应)检测结肠IL-1β(Interleukin-1β,白细胞介素-1β)和IL-10(Interleukin-10,白细胞介素-10)的变化。结果:1.在三周和六周时分别对小鼠进行行为学Step-down实验,与三周对照组相比,ATM组小鼠走下木块的时间略短,但无显著性差异(p>0.05)。2.进行Step-down实验的同时,对小鼠在木块上停留时产生的粪便颗粒数计数,与三周对照组相比,ATM组小鼠产生的粪便颗粒数显著增多(6.3±0.6 vs 3.5±0.6,p<0.01);恢复组小鼠产生的粪便颗粒数与六周对照组相比无显著差异(p>0.05)。3.免疫荧光结果显示:ATM组小鼠海马增殖细胞数量与三周对照组相比无显著差异(p>0.05)。ATM组增殖Sox2+细胞的百分比与三周对照组相比显著增高(59.1±1.8%vs 47.3±2.0%,p<0.01)。恢复组增殖Sox2+细胞的百分比与六周对照组相比无显著差异(p>0.05)。4.ATM组小鼠肠道菌群的丰富度和多样性与三周对照组相比显著降低(Chao1指数,88.50±6.96 vs 608.33±22.52,p<0.001;ACE指数,107.30±13.40 vs 680.74±22.57,p<0.001;Simpson指数,0.35±0.039 vs 0.98±0.001,p<0.001;Shannon指数,0.92±0.065vs 6.85±0.05,p<0.001)。与三周对照组相比,ATM组拟杆菌属(Bacteroides)、变形杆菌属(Proteus)的相对含量百分比显著升高;而普氏菌属(Prevotella)、S24-7科未知名属、梭菌目(Clostridiales)未知名科未知名属、颤螺菌属(Oscillospira)等的百分含量显著降低;经改为饮水三周后,恢复组小鼠的肠道菌群丰富度和多样性与六周对照组相比仍降低,但与ATM组相比呈现恢复趋势(Chao1指数,400.00±43.18 vs 653.25±27.48,p<0.01;ACE指数,528.60±62.83 vs 794.59±59.11,p<0.05;Simpson指数,0.88±0.019 vs 0.96±0.003,p<0.05;Shannon指数,4.44±0.241vs 6.47±0.08,p<0.001)。梭菌目(Clostridiales)未知名科未知名属、变形杆菌属(Proteus)的相对含量百分比与六周对照组相比无显著差异,而拟杆菌属(Bacteroides)、颤螺菌属(Oscillospira)等的百分含量虽与六周对照组仍有显著差异,但与ATM组相比已有明显恢复趋势。5.与三周对照组相比,ATM组小鼠结肠内促炎性因子IL-1β的m RNA表达显著升高(1.9±0.097 vs 1.0,p<0.05),而抗炎性因子IL-10的m RNA与对照组相比无统计学差异(0.8±0.048 vs 1.0,p>0.05);经改为饮水恢复三周后,与六周对照组相比,恢复组结肠IL-1β的m RNA表达仍明显升高(2.3±0.18 vs 1.0,p<0.01),抗炎性因子IL-10的m RNA表达也显著升高(2.2±0.06 vs 1.0,p<0.01)。结论:ATM组小鼠肠道菌群的丰富度、多样性及组成百分比发生了显著变化,小鼠大脑海马颗粒细胞层和颗粒细胞亚层增殖Sox2+细胞百分比显著升高,结肠促炎性细胞因子表达增高。改为饮水恢复三周后,菌群丰富度、多样性以及部分菌群的相对百分含量与ATM组相比得以恢复,增殖Sox2+细胞百分比与对照组相比无显著差异,结肠抑炎性细胞因子水平上调。
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