肠道菌群性别二态性失衡与小鼠慢性应激诱发痛觉过敏的相关性研究

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目的:慢性应激可以导致痛觉过敏,并且疼痛的发生机制在雌、雄群体中存在性别二态性现象。另外,肠道菌群参与疼痛的发生也得到了证实。然而,肠道菌群是否在慢性束缚应激(chronic restraint stress,CRS)诱发的痛觉过敏中发挥作用且存在性别差异尚未被探讨。因此,本研究欲探究肠道菌群在慢性应激诱发痛觉过敏中的作用及其与性别二态性的关系。方法:本研究采用连续14天的CRS模型,通过测量雌、雄小鼠的机械刺激缩爪反应阈值和甩尾反应潜伏期来评估疼痛阈值的改变。利用16S核糖体RNA(16S ribosomal RNA,16S r RNA)基因测序检测CRS后雌、雄小鼠粪便菌群的组成变化。为了进一步研究肠道菌群对痛觉过敏的影响,本研究通过连续14天给予雌、雄小鼠广谱抗生素,构建伪无菌小鼠模型,随后将雌、雄小鼠CRS组或对照组的粪便菌群移殖到相应性别的伪无菌小鼠体内。同样,通过测量雌、雄小鼠的机械刺激缩爪反应阈值和甩尾反应潜伏期来评估粪便菌群移殖(fecal microbiota transplantation,FMT)后小鼠的疼痛阈值的改变。随后,分别采用16S r RNA基因测序和非靶向代谢组学液相色谱-质谱法(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)检测接受粪便菌群移殖后的雌、雄小鼠的粪便菌群组成和血清代谢物的改变。结果:疼痛行为学实验发现,与对照组相比,雌、雄小鼠在经历CRS后均会出现疼痛阈值降低,疼痛阈值差异具有统计学意义(P<0.05)。16S r RNA基因测序结果显示,CRS诱导痛觉过敏的同时,粪便菌群组成发生了改变且存在性别二态性。与相应性别的对照组小鼠相比,雄性小鼠CRS组的粪便菌群组成的变化主要是Lactobacillales(目)、Lactobacillaceae(科)、Lactobacillus(属)和Lactobacillus(种)的相对丰度显著降低,而在雌性小鼠CRS组中,主要是Bifidobacteriales(目)、Bifidobacteriaceae(科)、Bifidobacterium(属)和Bifidobacterium(种)的相对丰度显著降低,菌群丰度差异具有统计学意义(P<0.05)。随后,与未接受菌群移殖的伪无菌小鼠相比,将雌、雄小鼠CRS组的粪便菌群移殖到相应性别的伪无菌小鼠体内后,疼痛行为学显示小鼠疼痛阈值进一步显著降低,而将雌、雄小鼠对照组的粪便菌群移殖到伪无菌小鼠体内后,痛觉过敏症状有所缓解,疼痛阈值的差异具有统计学意义(P<0.05)。此外,FMT诱导宿主粪便菌群组成发生改变的同时,宿主血清代谢物的变化也存在性别二态性。与接受对照组菌群移殖的伪无菌小鼠相比,在雄性小鼠中,接受CRS组FMT的伪无菌小鼠的差异血清代谢物主要涉及胆汁分泌和类固醇激素的生物合成;而在雌性小鼠中,接受CRS组FMT的伪无菌小鼠的差异血清代谢产物主要参与牛磺酸和次牛磺酸代谢、色氨酸代谢。结论:慢性束缚应激诱发雌、雄小鼠出现痛觉过敏的同时伴随着粪便菌群组成的改变,且存在性别二态性。而粪便菌群的移殖也可以影响雌、雄伪无菌小鼠的疼痛阈值,同时导致宿主肠道菌群的组成和血清代谢物的改变存在性别二态性。
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