丁酸梭菌在抗生素预处理后DSS肠炎小鼠中的作用及机制初步研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:txy123txy123
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目的:采用不同抗生素组合(Antibiotic cocktail,ABx)预处理的方法构造伪无菌小鼠模型,观察不同抗生素组合对小鼠生理功能、肠道炎症及肠道菌群的影响。继而从肠屏障和免疫方面,观察丁酸梭菌MIYAIRI 588对抗生素预处理后DSS肠炎小鼠的作用,并探索其对小鼠肠屏障、炎症细胞因子、免疫细胞、肠道菌群结构和短链脂肪酸代谢物的影响。最后,探究丁酸梭菌MIYAIRI 588菌体和上清液调节肠炎小鼠炎症稳态的机制。方法:(1)分别给予3ABx(氨苄西林(1g/L)、万古霉素(0.5g/L)、甲硝唑(1g/L))和4ABx(氨苄西林(1g/L)、万古霉素(0.5g/L)、甲硝唑(1g/L)、新霉素(1g/L))饮用水饮用4周,监测小鼠饮水量、食饲料量及体重变化;检测白蛋白、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、血清肌酐、尿素、甘油三酯、总胆固醇及血糖水平评估小鼠肝功能、肾功能、血脂、血糖情况;检查结肠组织的病理炎症评分,检测粪便16S r RNA以评估小鼠肠道菌群结构变化。(2)利用4ABx预处理小鼠,以含3%DSS饮用水喂食小鼠1周构建DSS结肠炎小鼠模型,同时分别以丁酸梭菌MIYAIRI 588菌体及上清液对小鼠进行1次/日灌胃,持续1周,观察记录肠炎小鼠体重、疾病活动指数、结肠长度、组织病理学炎症评分,通过q PCR和免疫组化法检测紧密连接蛋白和粘液相关蛋白,观察小鼠肠屏障改变情况;通过q PCR和ELISA法检测结肠组织和血清炎症细胞因子表达,通过q PCR和流式细胞术法检测小鼠粘膜固有层免疫细胞变化,以观察小鼠肠道免疫细胞改变情况。(3)通过q PCR检测丁酸梭菌MIYAIRI 588在粪便中绝对定量表达,并利用16S r RNA测序检测小鼠粪便菌群结构,通过气相质谱法检测短链脂肪酸代谢物变化。(4)对小鼠的结肠组织进行转录组测序,并通过差异基因探索丁酸梭菌干预对小鼠基因转录水平影响。进而通过对差异基因进行GO富集分析、KEGG富集分析,推测丁酸梭菌干预可能影响的信号通路机制。结果:(1)自干预第1周起,ABx组小鼠饮水量、食饲料量及体重均较对照组降低;从第2周起可逐渐恢复至与对照组相近水平。ABx干预组血肌酐、尿素水平升高,4ABx组升高程度更大;ABx干预组血白蛋白、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、血糖、甘油三酯含量降低,其中3ABx组血白蛋白、谷丙转氨酶的含量在三组中最低,4ABx组谷草转氨酶、血糖、甘油三酯含量在三组中最低。3ABx组总胆固醇含量较空白对照组降低,4ABx组其含量较空白对照组升高。3ABx、4ABx组小鼠结肠可见轻度炎症,4ABx组程度更轻。此外,ABx干预组肠道内大部分细菌被抑制,4ABx组菌群多样性减少程度较3ABx组大;但3ABx组小鼠肠道仍存在部分Kosakonia,而4ABx组小鼠肠道Bacteroides相对丰度未见明显降低。(2)丁酸梭菌MIYAIRI 588组肠炎小鼠体重下降、疾病活动指数较低,结肠长度缩短及炎症损伤较轻,粘膜紧密连接蛋白ZO-1、occludin和粘液蛋白MUC2以及粘液相关蛋白TFF3、Relmβ表达下调。此外,丁酸梭菌MIYAIRI 588干预组可见促炎细胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-17a表达下调和抑炎细胞因子TGF-β、IL-10、IL-4、IL-5、IL-13表达上调;丁酸梭菌MIYAIRI 588干预组可见肠粘膜固有层中促炎性的固有免疫细胞中性粒细胞和巨噬细胞、适应性免疫细胞Th1、Th17细胞数量下调,抑炎性的Th2和Treg细胞数量上调。(3)丁酸梭菌MIYAIRI 588干预组小鼠菌群α多样性增加,且产短链脂肪酸为主的毛螺菌属、瘤胃梭菌属、瘤胃球菌属及抗炎菌属Alistipes、Rikenellaceae等细菌丰度上调,同时Bacteroides、Alloprevotella等促炎菌属丰度下调。此外,丁酸梭菌干预组小鼠粪便短链脂肪酸尤其是乙酸、丙酸和丁酸含量增加。(4)丁酸梭菌菌体干预组可见炎症相关通路如IL-17信号通路、TNF信号通路和细胞因子及ECM信号通路、细胞因子受体相互作用通路被富集,其表达下调;丁酸梭菌上清组可见粘液相关的粘蛋白型o-聚糖的生物合成通路和其他类型o-聚糖的生物合成通路上调,而促炎性NF-κB信号通路、IL-17信号通路和PI3K-Akt信号通路下调。结论:ABx对小鼠体重、生理功能、结肠炎症影响较小;ABx可有效清除小鼠肠道菌群,其中4ABx对菌群多样性抑制效果较3ABx显著;但3ABx对Kosakonia清除效果不佳,4ABx对Bacteroides清除效果不佳。总的来说,以上结果提示4ABx预处理模拟无菌小鼠的效果可能更好。丁酸梭菌可有效缓解4Abx预处理后DSS肠炎小鼠症状,改善肠道屏障及炎症因子表达,并调节肠粘膜固有层促炎性和抑炎性免疫细胞,发挥抗炎作用。丁酸梭菌MIYAIRI 588可调节小鼠肠道菌群、短链脂肪酸代谢趋向正常;其对结肠炎小鼠的抗炎作用可能与改善肠道菌群、调节短链脂肪酸代谢相关。丁酸梭菌可能通过调节肠道上皮细胞分泌粘蛋白,分泌抑炎细胞因子,减轻肠道炎症。
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