肠道菌群调控Th17细胞在PM2.5暴露致高血压小鼠神经损伤中的作用研究

来源 :华北理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youyou061017
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目的本研究通过建立高血压小鼠PM2.5暴露模型,初步探讨高血压小鼠在PM2.5暴露后的神经损伤状况和特征;基于“肠-脑轴”的理论初步阐明肠道菌群失调是否参与了PM2.5暴露致高血压小鼠认知障碍的发生发展;揭示PM2.5暴露后高血压小鼠肠道中差异变化肠道菌群并初步明确调控Th17细胞的差异肠道菌群在PM2.5暴露致高血压小鼠神经炎症加剧中的作用,以期为PM2.5暴露后高血压群体的神经损伤防治及其相关的生物标志物研究提供新的靶点。方法1选取SPF级健康成年雄性C57BL/6小鼠,适应性饲养1周后,利用L-NAME盐酸盐(80?mg/kg/天,连续饮水6周)以自由饮水的方式诱导实验小鼠高血压,当实验小鼠血压达到140mm Hg后,将正常和高血压小鼠随机分为对照组、高血压组、PM2.5暴露组以及PM2.5暴露+高血压组;对照组和PM2.5暴露组给予普通饲料,高血压组以及PM2.5暴露+高血压组给予高盐饲料以维持高血压;应用小动物全身吸入暴露系统对PM2.5暴露组、PM2.5暴露+高血压组小鼠进行PM2.5暴露,每天6 h,每周5天,共进行吸入暴露24周。2选取SPF级健康成年雄性C57BL/6小鼠,适应性饲养1周后,经口灌胃四联抗生素14天进行菌群剥夺,然后随机分为对照粪菌移植组以及PM2.5暴露+高血压粪菌移植组;随后分别经口灌胃对照组和PM2.5暴露+高血压组小鼠的粪菌溶液,连续灌胃14天;3选取SPF级健康成年雄性C57BL/6小鼠,适应性饲养1周后,随机分为对照组、PM2.5暴露+高血压组、L.murinus干预低剂量组、L.murinus干预中剂量组以及L.murinus干预高剂量组。实验小鼠经L-NAME诱导高血压后进行PM2.5吸入暴露,连续暴露24周,染毒期间饲喂高盐饲料以维持实验小鼠高血压;染毒结束后PM2.5暴露+高血压组小鼠分别经口灌胃100μl、200μl和400μl 10~7 CFU·ml-1L.murinus,连续灌胃14天;应用Morris水迷宫等检测实验小鼠神经行为变化;利用HE染色观察实验小鼠海马、皮质病理学变化;利用ELISA法检测海马、皮质中炎症因子IL-1β、TNF-α以及IL-6的水平;利用Western blot检测实验小鼠海马、皮质Iba1以及IL-17A的蛋白表达;通过免疫荧光法检测实验小鼠皮质、海马中小胶质细胞活化情况以及回肠Th17细胞变化情况;利用流式细胞术检测实验小鼠脑组织及外周血中Th17/CD4+T细胞比例;利用16s RNA测序技术检测实验小鼠肠道菌群变化,Ada Boost classifier进行差异肠道菌群的筛选。结果1 PM2.5暴露+高血压组小鼠逃避潜伏期及参考记忆错误百分比显著高于高血压组或PM2.5暴露组(P<0.05),PM2.5暴露+高血压组小鼠新物体识别指数显著低于高血压组(P<0.05);PM2.5暴露+高血压组小鼠皮质及海马中的神经元肿胀、核固缩以及细胞质深染等现象较高血压组或PM2.5暴露组更加明显;PM2.5暴露+高血压组小鼠皮质及海马中IL-1β、TNF-α以及IL-6的水平显著高于高血压组(P<0.05);相比高血压组,PM2.5暴露+高血压组小鼠皮质及海马中Iba1的蛋白表达显著上调(P<0.05),PM2.5暴露+高血压组小鼠海马中Iba1的蛋白表达较PM2.5暴露组显著上调(P<0.05),PM2.5暴露可显著增强高血压小鼠皮质及海马的小胶质细胞活化;PM2.5暴露+高血压组小鼠皮质及海马中IL-17A的蛋白表达较高血压组或PM2.5暴露组显著上调(P<0.05)。2相比高血压组或PM2.5暴露组,PM2.5暴露+高血压组小鼠肠道菌群物种数,菌群α和β多样性显著下降;相比对照粪菌移植组,PM2.5暴露+高血压粪菌移植组小鼠逃避潜伏期及参考记忆错误百分比显著增加,新物体识别指数显著降低(P<0.05);PM2.5暴露+高血压粪菌移植组小鼠皮质和海马中的神经元肿胀较对照粪菌移植组更加明显;与对照粪菌移植组比较,PM2.5暴露+高血压粪菌移植组小鼠皮质及海马中IL-1β、TNF-α以及IL-6水平显著增加(P<0.05),小胶质细胞活化明显加强,Iba1的蛋白表达显著上调(P<0.05);此外,PM2.5暴露+高血压粪菌移植组小鼠皮质和海马中IL-17A的蛋白表达较对照粪菌移植组显著上调(P<0.05)。3 PM2.5暴露+高血压组小鼠外周血中Th17/CD4+T细胞比例为[(11.70±3.63)%]显著高于高血压组[(6.29±1.13)%]或PM2.5暴露组[(7.72±1.86)%](P<0.05),PM2.5暴露+高血压组小鼠脑组织中Th17/CD4+T细胞比例为[(5.16±1.15)%]显著高于高血压组[(2.84±0.64)%](P<0.05);免疫荧光结果显示PM2.5暴露+高血压组小鼠回肠中Th17细胞数显著高于高血压组或PM2.5暴露组;通过Ada Boost classifier筛选出PM2.5暴露后高血压小鼠肠道菌群中变化明显的L.murinus;相比PM2.5暴露+高血压组,L.murinus干预组小鼠逃避潜伏期及参考记忆错误百分比显著降低(P<0.05),新物体识别指数显著升高(P<0.05);L.murinus干预组小鼠皮质中的IL-1β、TNF-α以及IL-6水平较PM2.5暴露+高血压组显著下降(P<0.05),L.murinus干预组小鼠海马中IL-1β以及TNF-α水平较PM2.5暴露+高血压组显著下降(P<0.05);相比PM2.5暴露+高血压组,L.murinus干预组小鼠皮质及海马中Iba1的蛋白表达显著下调(P<0.05),并且皮质及海马中小胶质细胞活化显著减弱;此外,L.murinus干预低、中、高剂量组小鼠外周血中Th17/CD4+T细胞比例分别为[(6.11±0.93)%],[(5.73±0.67)%]以及[(5.66±0.77)%],均显著低于PM2.5暴露+高血压组[(11.48±0.50)%](P<0.05),L.murinus干预中剂量及高剂量组脑组织中Th17/CD4+T细胞比例分别为[(4.07±0.13)%]以及[(2.65±0.33)%],显著低于PM2.5暴露+高血压组[(6.07±0.38)%](P<0.05);相比PM2.5暴露+高血压组,L.murinus干预中剂量及高剂量组皮质和海马中IL-17A的蛋白表达显著下调(P<0.05);L.murinus干预中剂量及高剂量组小鼠回肠中Th17细胞数较PM2.5暴露+高血压组显著减少。结论1 PM2.5暴露可导致高血压小鼠肠道菌群失调,从而诱导脑组织神经炎症加剧并最终导致实验小鼠认知功能障碍;2 PM2.5暴露后的高血压小鼠肠道菌群可诱导菌群剥夺小鼠神经炎症并导致实验小鼠认知功能障碍;3 L.murinus可改善PM2.5暴露后高血压小鼠回肠、外周血及脑组织中Th17细胞的增加,从而缓解PM2.5暴露致高血压小鼠炎症损伤及认知障碍的加剧。图52幅;表7个;参241篇。
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