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目的:通过建立Wistar大鼠急性心肌梗死模型,观察血府逐瘀胶囊对心肌梗死预后作用的影响,同时研究血府逐瘀胶囊对心肌梗死后大鼠肠道黏膜的改变及肠道菌群的影响作用,采用生物信息学的分析方法评估肠道微生物群变化与急性心肌梗死之间的相关性,研究血府逐瘀胶囊干预急性心肌梗死后的菌群分布特征及其随时间的变化,探讨中药对于肠道微生物群的影响及其通过影响肠黏膜屏障功能进而干预急性心肌梗死发展的可能性。
方法:采用结扎Wistar大鼠冠状动脉左前降支的方法制备心肌梗死大鼠模型,通过随机数字表的方法将24只清洁级雄性Wistar大鼠进行1周适应性喂养后随机分为以下三组:正常组(等量无菌蒸馏水灌胃)、模型组(等量无菌蒸馏水灌胃并进行心肌梗死造模)、中药组[血府逐瘀胶囊0.432g/(kg · d )灌胃并进行心肌梗死造模],每组8只,在实验过程的第1,第7,第28天分别于早晨同一时间收集三组大鼠粪便一颗放入无菌冻存管中保存,并迅速放入液氮后转入-80℃冰箱,然后进行三组粪便DNA提取及浓度测定,随后进行肠道菌群的高通量测序实验。连续给药28天后对大鼠进行心脏超声检测以及动物组织成像,并进行回肠及心脏组织取材。实验过程最终需要进行以下指标检测:(1)小动物超声心动图:包括测量大鼠左室前后壁的收缩与舒张末厚度以及左室舒张末期和收缩末期的内径长度,比较射血分数(EF)及左室短轴率的改变(FS)(2)动物心脏活体成像检测:通过检测大鼠心脏组织5个横截面的面积中心肌梗死缺血所占的面积,对比其缺血情况的改变。(3)苏木精-伊红染色(HE)病理实验观察:分别测量三组大鼠回肠的黏膜高度,了解其组织病理学改变。(4)16S高通量测序检测:通过提取大鼠粪便中的总DNA,分析肠道微生物的丰度及多样性,比较产生的菌群变化差异。
结果:
1.小动物心脏超声结果显示:与正常组比较,模型组EF明显变差(P<0.01),与模型组比较,中药组EF增加明显(P<0.05)。与正常组比,模型组FS值显著降低(P<0.01),与模型组相比较,中药血府逐瘀胶囊组FS明显升高(P<0.01)。
2.动物心脏活体成像结果可以看出:与正常组比较,模型组缺血面积增大显著(P<0.01),与中药组比较,模型组缺血明显(P<0.01)。
3.通过HE染色病理观察以及回肠粘膜的高度测量,使用graphpadPrism6进行分析,可以发现,回肠粘膜的完整性正常组最高,其次是中药组,最后是模型组。与正常组相比,模型组回肠黏膜高度明显降低(P<0.01),与模型组相比较,血府逐瘀胶囊组的回肠黏膜高度显著升高(P<0.01)。
4.基于高通量测序结果分析:
(1)OTU聚类及物种注释结果:与正常组OTU比较,心梗模型组在第7天OTU增多明显(P<0.05),第28天减少明显(P<0.05),与正常组比较,中药组的7天OTU减少的数目较为显著(P<0.05)。组间进行比较可以发现,与正常组比较,中药血府逐瘀胶囊组第1天菌群组成中拟杆菌在门、纲、科的种类上占主要优势,其具有显著差异性。另外脱铁杆菌门、疣微菌门以及柔壁菌门的种类优势相对于正常组较为明显。与正常组比较,模型组在第1天主要占优势的菌群为厚壁菌门。其次占比例较多的为红螺菌类、链球菌类的门、目、属的菌群。第7天与正常组比较,中药组在统计中具有较为显著的物种组成是萨特氏菌、疣微菌门以及黏蛋白粘杆菌。与正常组比较,模型组中的梭菌门、属、脱氟菌科、属,幽门螺杆菌、弯曲杆菌以及ε蛋白杆菌具有显著比例。与正常组比较,第28天中药血府逐瘀胶囊丹毒杆菌属、乳杆菌属占主要的物种丰度。模型组普雷沃菌属占比明显。
(2)Alpha多样性分析结果:
稀疏曲线可以看出,在第1天,中药组与正常组的chao1多样性几乎一致,模型组chao1略微下降,提示其多样性有所下降。第7天时,模型组相对于中药组chao1指数升高明显,提示其在测序过程中的丰富度改变,表明在相同环境下的多样性还会有所增加。第28天时,正常组与模型组以及中药组虽然组间chao1指数差异不明显,但是正常组的多样性相对于中药组和模型组会更好一些。
由箱线图可以看出,同一时间段,进行组间的比较可以看出,模型组第1天的shannon指数比中药组和正常组低,但是并不显著。不同时间段,组内比较,中药组和正常组改变并不明显,但是模型组的shannon指数较为明显,差异较为显著。
在箱线图中,中药组、模型组和正常组在第1、第7天的Simpson指数组间差异取中位数可以看出,差距并不显著。第28天,中药组与模型组差异较明显,显示Simpson指数较模型组下降,但是中药组组内差异并不明显,Simpson指数变化不大,可以看出群落的异质性变化不明显。
(3)PCA(主成分)分析结果:
正常组的第1,7,28天的样本之间的差异较不明显,样本间距离较近,表明其丰度和构成的变化不大;模型组的PCAplot可以看出第1天的模型组样本与其他两组的距离较远,关系不太密切,但是第7天和第28天之间的相似性依然比较明显。中药血府逐瘀胶囊组第1天与第7天,第28天的差异性都很大,但是中药组第7天和第28天的差异相比较来说距离较近,群落构成差异较小。
结论:
1.血府逐瘀胶囊对于急性心肌梗死后大鼠的心脏功能具有改善作用,同时也会影响大鼠的肠道黏膜组织学形态的改变,使肠道黏膜完整性得到恢复。
2.基于高流量测序平台,初步探索并证明了急性心肌梗死大鼠心肌梗死预后功能与肠道菌群改变的相关性,中药干预效果随着时间变化与肠道菌群的丰度及多样性变化有明显相关作用。
3.从菌群变化的角度以及肠道黏膜的变化结果来看,为活血化瘀类中药通过有益菌定植从而干预心肌梗死功能的机制提供了新思路,其具体的影响路径及分子机制有待进一步的研究。
方法:采用结扎Wistar大鼠冠状动脉左前降支的方法制备心肌梗死大鼠模型,通过随机数字表的方法将24只清洁级雄性Wistar大鼠进行1周适应性喂养后随机分为以下三组:正常组(等量无菌蒸馏水灌胃)、模型组(等量无菌蒸馏水灌胃并进行心肌梗死造模)、中药组[血府逐瘀胶囊0.432g/(kg · d )灌胃并进行心肌梗死造模],每组8只,在实验过程的第1,第7,第28天分别于早晨同一时间收集三组大鼠粪便一颗放入无菌冻存管中保存,并迅速放入液氮后转入-80℃冰箱,然后进行三组粪便DNA提取及浓度测定,随后进行肠道菌群的高通量测序实验。连续给药28天后对大鼠进行心脏超声检测以及动物组织成像,并进行回肠及心脏组织取材。实验过程最终需要进行以下指标检测:(1)小动物超声心动图:包括测量大鼠左室前后壁的收缩与舒张末厚度以及左室舒张末期和收缩末期的内径长度,比较射血分数(EF)及左室短轴率的改变(FS)(2)动物心脏活体成像检测:通过检测大鼠心脏组织5个横截面的面积中心肌梗死缺血所占的面积,对比其缺血情况的改变。(3)苏木精-伊红染色(HE)病理实验观察:分别测量三组大鼠回肠的黏膜高度,了解其组织病理学改变。(4)16S高通量测序检测:通过提取大鼠粪便中的总DNA,分析肠道微生物的丰度及多样性,比较产生的菌群变化差异。
结果:
1.小动物心脏超声结果显示:与正常组比较,模型组EF明显变差(P<0.01),与模型组比较,中药组EF增加明显(P<0.05)。与正常组比,模型组FS值显著降低(P<0.01),与模型组相比较,中药血府逐瘀胶囊组FS明显升高(P<0.01)。
2.动物心脏活体成像结果可以看出:与正常组比较,模型组缺血面积增大显著(P<0.01),与中药组比较,模型组缺血明显(P<0.01)。
3.通过HE染色病理观察以及回肠粘膜的高度测量,使用graphpadPrism6进行分析,可以发现,回肠粘膜的完整性正常组最高,其次是中药组,最后是模型组。与正常组相比,模型组回肠黏膜高度明显降低(P<0.01),与模型组相比较,血府逐瘀胶囊组的回肠黏膜高度显著升高(P<0.01)。
4.基于高通量测序结果分析:
(1)OTU聚类及物种注释结果:与正常组OTU比较,心梗模型组在第7天OTU增多明显(P<0.05),第28天减少明显(P<0.05),与正常组比较,中药组的7天OTU减少的数目较为显著(P<0.05)。组间进行比较可以发现,与正常组比较,中药血府逐瘀胶囊组第1天菌群组成中拟杆菌在门、纲、科的种类上占主要优势,其具有显著差异性。另外脱铁杆菌门、疣微菌门以及柔壁菌门的种类优势相对于正常组较为明显。与正常组比较,模型组在第1天主要占优势的菌群为厚壁菌门。其次占比例较多的为红螺菌类、链球菌类的门、目、属的菌群。第7天与正常组比较,中药组在统计中具有较为显著的物种组成是萨特氏菌、疣微菌门以及黏蛋白粘杆菌。与正常组比较,模型组中的梭菌门、属、脱氟菌科、属,幽门螺杆菌、弯曲杆菌以及ε蛋白杆菌具有显著比例。与正常组比较,第28天中药血府逐瘀胶囊丹毒杆菌属、乳杆菌属占主要的物种丰度。模型组普雷沃菌属占比明显。
(2)Alpha多样性分析结果:
稀疏曲线可以看出,在第1天,中药组与正常组的chao1多样性几乎一致,模型组chao1略微下降,提示其多样性有所下降。第7天时,模型组相对于中药组chao1指数升高明显,提示其在测序过程中的丰富度改变,表明在相同环境下的多样性还会有所增加。第28天时,正常组与模型组以及中药组虽然组间chao1指数差异不明显,但是正常组的多样性相对于中药组和模型组会更好一些。
由箱线图可以看出,同一时间段,进行组间的比较可以看出,模型组第1天的shannon指数比中药组和正常组低,但是并不显著。不同时间段,组内比较,中药组和正常组改变并不明显,但是模型组的shannon指数较为明显,差异较为显著。
在箱线图中,中药组、模型组和正常组在第1、第7天的Simpson指数组间差异取中位数可以看出,差距并不显著。第28天,中药组与模型组差异较明显,显示Simpson指数较模型组下降,但是中药组组内差异并不明显,Simpson指数变化不大,可以看出群落的异质性变化不明显。
(3)PCA(主成分)分析结果:
正常组的第1,7,28天的样本之间的差异较不明显,样本间距离较近,表明其丰度和构成的变化不大;模型组的PCAplot可以看出第1天的模型组样本与其他两组的距离较远,关系不太密切,但是第7天和第28天之间的相似性依然比较明显。中药血府逐瘀胶囊组第1天与第7天,第28天的差异性都很大,但是中药组第7天和第28天的差异相比较来说距离较近,群落构成差异较小。
结论:
1.血府逐瘀胶囊对于急性心肌梗死后大鼠的心脏功能具有改善作用,同时也会影响大鼠的肠道黏膜组织学形态的改变,使肠道黏膜完整性得到恢复。
2.基于高流量测序平台,初步探索并证明了急性心肌梗死大鼠心肌梗死预后功能与肠道菌群改变的相关性,中药干预效果随着时间变化与肠道菌群的丰度及多样性变化有明显相关作用。
3.从菌群变化的角度以及肠道黏膜的变化结果来看,为活血化瘀类中药通过有益菌定植从而干预心肌梗死功能的机制提供了新思路,其具体的影响路径及分子机制有待进一步的研究。