过敏性疾病婴儿母婴菌群特征及缓解过敏益生菌机制探究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bluebabyyejing
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过敏性疾病是一类发病率高且缺乏良好治疗手段的婴幼儿易患病,其中以过敏性湿疹最为常见。针对中国婴儿特点筛选出可以调节过敏的益生菌具有重要意义。因此,本文以过敏性湿疹为切入点,对中国过敏性湿疹患儿肠道与其母乳的菌群的组成及代谢特征进行了研究,并以此为依据,对可通过调节Regulatory T cells(Treg)/T helper 17 cells(Th17)细胞分化比率、抑制炎症反应的可缓解过敏益生菌进行了筛选和机理探究。研究首先研究了过敏性湿疹婴儿的肠道及其母乳菌群,招募了符合入组要求的过敏性湿疹婴儿家庭和健康婴儿家庭共52组,采用16S rRNA扩增子测序技术检测了入组家庭的母乳及婴儿粪便菌群。结果表明,在基于样本Operational taxonomic unit(OTU)的α多样性分析中,过敏性湿疹婴儿粪便的ACE及Chao1指数要高于健康婴儿粪便。在菌群组成上,健康婴儿粪便菌群中双歧杆菌(Bifidobacteriaceae)相对丰度较高,湿疹婴儿粪便菌群中拟杆菌(Bacteroidetes)相对丰度较高,健康婴儿母乳菌群中疣微菌(Verrucomicrobiaceae)、黄单胞菌(Xanthomonadaceae)相对丰度较高,湿疹婴儿母乳菌群中芽孢杆菌(Bacillus)、魏斯氏菌(Weissella)相对丰度较高。在菌群发育趋势上,过敏性湿疹婴儿粪便菌群中变形菌门(Proteobacteria)丰度随着月龄增大下降,厚壁菌门(Firmicutes)的丰度随着月龄增大上升,在健康婴儿粪便中则呈相反发展趋势。基于Spar CC网络分析可知,母乳菌群与婴儿粪便菌群间的特定菌种存在着相互作用。对母乳及婴儿间的菌种传递分析可知,过敏性湿疹家庭中的OTU传递效率及婴幼儿过敏特征菌拟杆菌(Bacteroidetes)的传递比例高于健康家庭。通过Piphillin工具对不同来源菌群与宿主代谢关系的模拟分析和差异检验发现,过敏性湿疹婴儿与健康婴儿粪便菌群对宿主代谢的影响无显著差异,健康婴儿母乳菌群对宿主体内KEGG通路(pathway)中的Th17细胞分化、Interleukin 17(IL-17)信号表达、抗原处理与呈递以及类固醇激素生物合成等通路的调控能力要显著高于过敏性湿疹婴儿母乳菌群。进一步探究了过敏性湿疹与宿主菌群内乳酸菌特征的关系,发现了湿疹婴儿粪便、湿疹婴儿母乳、健康婴儿粪便及健康婴儿母乳来源的乳酸菌在体外培养后的自身特性及对Th17/Treg分化比率调控功能的整体差异。通过基于16S rRNA扩增子测序的筛菌条件优化实验可知,厌氧条件下MRS和LBS培养基能够更好的分离母乳和粪便样本中的乳酸菌。在上述条件下通过涂布和三区划线法获得了611株乳酸菌后,研究对不同来源菌株的低温保藏稳定性、表面疏水性、产酸能力及调节Hodgkin’s reed-sternberg cell line(KM-H2)细胞分泌Chemokine ligand-17(CCL17)的能力进行了测定和整体分析。结果表明,母乳来源乳酸菌整体的低温保藏稳定性要弱于粪便来源的乳酸菌,其中湿疹婴儿母乳来源乳酸菌低温保藏后的稳定传代能力最差,仅为27%。过敏性湿疹家庭来源的乳酸菌整体在表面疏水性、产酸能力及抑制KM-H2细胞产生CCL17细胞因子的能力上均弱于健康家庭来源的乳酸菌。结合研究中过敏性湿疹婴儿母乳菌群在Th17细胞分化通路上的调控差别,我们筛选了能够通过调节Th17/Treg分化来缓解过敏的乳酸菌。以可调控Th17/Treg细胞分化的CCL17趋化因子为筛菌指标,筛选出了10株潜在可缓解过敏的菌株,分析了其产酸能力、肠道黏附能力、耐酸耐胆盐能力及对非癌细胞系脐静脉内皮细胞Human Umbilical Vein Endothelial Cells(HUVEC)的安全性。结果表明,相比于被广泛应用的Lactobacillus GG(LGG),10株候选菌对CCL17分泌的抑制能力均至少3倍高于LGG,且黏附能力均高于LGG,对HUVEC细胞活性无抑制作用,均有缓解过敏的潜力。最后,研究对筛选的10株乳酸菌的缓解过敏能力进行了体内动物实验验证。结果表明,10株菌均可不同程度的缓解3周龄鸡卵白蛋白(ovalbumin,OVA)致敏的雌性Balb/c小鼠的过敏症状。包括对其致敏引发的脾脏指数增加、腹泻、体重减轻及血清中Interleukin 4(IL-4)、干扰素(Interferon Gamma,INF-γ)、组织胺、Immunoglobulin E(Ig E)、Monocyte chemoattractant protein-1(MCP-1)及TGF-β因子含量的调节功能。获得了1株可有效缓解过敏指标的功能菌鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)LR-123,该菌株同时可改善过敏反应小鼠的肠道损伤和组织胺浸润。为探究LR-123缓解过敏的机制,研究检测了KEGG通路中Th17细胞分化及IL-17信号通路的12个转录因子和4个关键蛋白的表达量。结果表明,LR-123在转录水平上对致敏小鼠脾脏及回肠内Th17分化关键蛋白Signal Transducer and Activator of Transcription 3(STAT3)的表达的抑制率分别为18.5%和98.5%,对致敏小鼠脾脏内的mammalian target of rapamycin(m TOR)的表达抑制率为38.1%。在翻译水平上能够促进致敏小鼠脾脏及回肠内Forkhead box P3(Fox P3)的表达,同时抑制STAT3蛋白的表达。因此,鼠李糖乳杆菌LR-123可通过抑制STAT3表达和促进Fox P3表达来调节致敏小鼠体内Th17/Treg细胞分化向Treg细胞方向倾斜,通过抑制过敏所引发的异常免疫炎症反应来缓解过敏。
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