16s+非靶向代谢组学探究肠道微生物群和抑制通路

作者：张馨予

　　2021年7月，内蒙古医科大学在Frontiers In Immunology期刊发表的题为“Kaempferol Alleviates Murine Experimental Colitis by Restoring Gut Microbiota and Inhibiting the LPS-TLR4-NF-kB Axis ”的研究成果，通过16S rRNA基因测序和GC-MS非靶向代谢组学研究方法，探究了山奈酚抗溃疡性结肠炎的潜在机制。

　　中文标题：山奈酚通过恢复肠道微生物群和抑制 LPS-TLR4-NF-kB 信号通路来缓解小鼠实验性结肠炎

　　研究对象：小鼠结肠、粪便、血液

　　发表期刊：Frontiers In Immunology

　　影响因子：7.561

　　发表时间：2021年7月

　　合作单位：内蒙古医科大学

　　运用生物技术：16S rRNA基因测序、GC-MS 非靶向代谢组学

　　研究背景

　　溃疡性结肠炎（UC）是最常见的炎症性肠病（IBD），其特点是预后不良，症状复发，有可能发展为结肠炎相关癌症，因此得到广泛关注。它与肠粘膜屏障功能缺陷有关，且特征之一是肠道微生物失调，因此调节肠道微生物群是一种可能的治疗策略。山奈酚（Kae）是一种从多种药用植物中提取的抗炎和抗氧化类黄酮，具有治疗溃疡性结肠炎的潜在功效，但其治疗效果以及与肠道微生物群之间的联系机制尚未被完全了解。本文作者将山奈酚作为治疗溃疡性结肠炎的药物，用于葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠，以考察其治疗效果并通过调节肠道微生物菌群和影响TLR4相关信号通路的潜在作用机制。

　　研究思路

　　(点击查看大图)

　　研究方法

　　·实验分组：6周龄C57BL/6J小鼠，分为四组（对照组NC，山奈酚对照组Kae、诱导结肠炎组DSS和山奈酚治疗组DSS-Kae），每组10只。

　　·评估结肠炎程度：依据疾病评估指数及组织病理学结果

　　·检测促炎因子水平：酶联免疫吸附测定、定量逆转录聚合酶链式反应

　　·组学检测：16S rRNA基因测序、GC-MS非靶向代谢组学、免疫组织化学、肠道通透性的测量

　　研究结果

　　1.山奈酚可以减弱 DSS 诱导的小鼠结肠炎和触发的促炎反应

　　结肠炎症评估结果显示，DSS会引起小鼠严重的肠粘膜损伤（图1），但口服Kae补充剂会减轻肠炎症状，因此山奈酚可以减轻DSS诱导的小鼠结肠炎的症状，减轻结肠损伤。

　　与对照组相比，DSS处理组结果表明，DSS引起血清中IL-1、IL-6和TNF-a水平显著升高。但添加Kae，可以显著逆转升高趋势（图2A-C）。DSS处理组可以显著增加炎症因子（如IL-1b、IL-6、TNF-a、COX-2、MCP-1和iNOS）的mRNA水平表达，同时抑制IL-10的表达（P

　　此外，DSS组模式识别受体TLR4和NLRP3以及信号分子MAPK1和NF-kB的mRNA表达水平也升高。但服用Kae会强烈抑制结肠炎相关基因的转录，同时逆转DSS对IL-10转录的影响。因此可以得知，Kae可能通过上调IL-10转录和下调炎症相关基因的表达，减轻了UC引起的炎症。

　　图1 | 山奈酚减轻了 DSS 诱导的小鼠结肠炎的症状

　　图2 | 山奈酚对 DSS 和 Kae 治疗小鼠组的炎症相关细胞因子水平的影响

　　2.山奈酚可预防肠屏障丧失完整性

　　为评估 Kae 给药对肠屏障完整性的保护作用，测量了摄入的 FITC-葡聚糖的荧光光谱，并使用 qRT-PCR和免疫组织化学进行了紧密连接 (TJ) 基因表达水平的检测。结果表明，与仅服用DSS小鼠相比，Kae处理组的肠道通透性有所改善（图3A）。DSS处理导致ZO-1、occludin 和 claudin-1 表达水平降低，而在Kae处理的小鼠中，它们的表达与未处理的对照小鼠相似（图 3B-E）。这些数据表明，Kae 通过维持肠道屏障完整起到抗炎作用。

　　图3 | Kae可改善肠道通透性并增强肠道紧密连接蛋白的表达

　　3.山奈酚可重塑肠道微生物群的多样性和丰富性

　　作者还通过16S rRNA基因高通量测序，揭示 Kae对肠道微生物群的影响。