基于肠道菌群探讨丹黄五物汤对糖尿病肾病模型大鼠的干预作用研究

来源 :长春中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:h565739
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目的:本研究以链脲佐菌素(streptozocin,STZ)损伤的糖尿病肾病(diabetic kidney disease,DKD或diabetic nephropathy,DN)大鼠为动物模型,予丹黄五物汤进行干预,观察丹黄五物汤对DN的干预作用。通过16S r DNA基因测序、靶向代谢组学测定及粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)技术,旨在深入探讨丹黄五物汤对DN模型大鼠肠道菌群及其代谢产物短链脂肪酸水平的调节作用,为中医药通过调节肠道菌群治疗DN提供参考。方法:1.健康雄性Wistar大鼠21只,适应性喂养后分为正常组和模型组。模型组采用STZ 60 mg/kg腹腔注射方法构建DN模型。注射STZ 72h后,尾静脉采血测定空腹血糖>15 mmol/L(280 mg/dl),即糖尿病模型判定成功。连续观察14周。每周称量体重,计饮水量、摄食量。每2周测24h尿蛋白定量(24-hour urinary protein,24h-UP)、糖代谢、脂代谢、肾功及血白蛋白水平。实验结束后取眼球、肾脏、胰腺进行病理染色,对病理损伤进行综合评判,为下一步药效学实验提供基础;2.Wistar大鼠100只适应性喂养后,随机选取10只作为正常对照组,其余大鼠按同样方法复制DN模型,每2周动态监测各组大鼠24h-UP水平,待模型鼠24h-UP显著高于正常对照组,将其纳入本实验,并且根据随机原则分为6组,即为模型组、丹黄五物汤低、中、高剂量组、氯沙坦组、黄葵胶囊组,灌胃干预6周。干预期间每周称量体重,计饮水量、摄食量、尿量。每2周测24h-UP水平。干预结束后,同一时间点收集各组大鼠粪便3份,分别行微生物16S r DNA基因测序、短链脂肪酸测定及制备粪菌液,终点实验麻醉杀检,留取血清分别测糖代谢、脂代谢、肾功等生化指标及取肾脏组织进行病理染色及透射电镜观察;3.Wistar大鼠60只单笼单只适应性喂养后,同样方法复制糖尿病模型,随机选取48只,分为4组,即粪菌移植对照组(DM+PBS)、粪菌移植模型组(DM+FMT DN)、粪菌移植丹黄五物汤组(DM+FMT DHWWT)、粪菌移植黄葵胶囊组(DM+FMT HKC),采用混合抗生素法进行肠道菌群清除,除对照组移植等量PBS溶液外,其余各组移植相应实验组大鼠粪菌液,粪菌移植结束后,共观察4周。每周称量体重,计饮水量、摄食量、尿量。第4周末,收集各组大鼠粪便及24h尿量,进行短链脂肪酸和24h-UP测定,终点实验麻醉杀检,留取血清测糖代谢、脂代谢、肾功等生化指标及取肾脏组织进行病理染色;4.运用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对丹黄五物汤化学成分进行定性定量分析。采用水提法制备丹黄五物汤待测样品溶液,并加入内标(普萘洛尔,甲苯磺丁脲),在同一条件下注入LC-MS上机检测,优化色谱和质谱条件如下:色谱柱:Thermo Hypersil Gold C18 3μm,2.1×100 mm;流动相:A:水(2.5 m M甲酸铵),B:乙腈;梯度洗脱:0-1.5 min,30-60%B,1.5-4 min,60-95%B,4-5.5 min,95%B,5.5-6 min,95-30%B,6-8 min,30%B;进样量5μL,流速0.3 m L/min。质谱参数:ESI(+):喷雾电压,3500 V;ESI(–):喷雾电压,3200 V;蒸发温度:350oC;鞘气:40Arb;辅助气:10Arb;毛细管温度:320oC;S-lens RF:50;NCE:30。通过与标准品比对,鉴定丹黄五物汤中各化合物,并对各化合物进行定量分析。结果:1.与正常组相比,模型组大鼠出现高血糖、多饮、多食、多尿及体重下降。6周开始即出现24h-UP持续升高,血清检测提示Scr、BUN、TC、TG、LDL-C、HDL-C升高,血ALB下降。病理染色提示DN组大鼠从第8周开始肾小球体积增大,肾小球内毛细血管扩张,实验至第10周,出现弥漫性肾小球硬化等DN典型的病理表现并伴有胰腺萎缩及视网膜病变;2.丹黄五物汤干预后,肾脏病理损害减轻,24h-UP、Scr、BUN、FBG、GSP、TC、TG、LDL-C下降,血ALB、HDL-C和胰腺指数上升,其中以丹黄五物汤高剂量组效果最为明显,且有一定的剂量依赖效应,优于黄葵胶囊和氯沙坦组;在收集到的56例粪便样本进行测序分析显示,DN大鼠肠道微生物ACE、Shannon指数明显下降,Simpson指数上升,经过各给药组的干预后,治疗组大鼠肠道菌群物种丰度及多样性都有不同程度的恢复。物种组成门水平分析显示,DN模型组大鼠显著富集了放线菌门(Actinobacteriota),关联分析表明与24h-UP、FBG、TG等多种代谢指标呈正相关。属水平上,DN模型组大鼠显著富集了双歧杆菌属(Bifidobacterium)、韦荣球菌属(Turicibacter)、考拉杆菌属(Phascolarctobacterium),关联分析表明与24-UP、FBG、GSP、TG、TC、BUN指标呈显著正相关,并显著抑制了乳杆菌属(Lactobacillus),Lactobacillus与24-UP、TG呈负相关,与HDL-C呈正相关。经丹黄五物汤干预后,Actinobacteriota、Bifidobacterium、Turicibacter、Phascolarctobacterium丰度显著降低,Lactobacillus丰度显著升高,其中以丹黄五物汤高剂量效果最好,且有剂量依赖效应。采用Lefse多级物种差异判别分析(LDA)表明,Actinobacteriota及Bifidobacterium、Turicibacter、Phascolarctobacterium为DN模型大鼠特有核心菌群;短链脂肪酸定量检测结果显示,与正常组相比,DN模型组大鼠粪便总短链脂肪酸含量降低,丹黄五物汤组大鼠粪便中总短链脂肪酸的含量升高,尤其以乙酸、丙酸、丁酸升高为主,其中以丹黄五物汤高剂量效果最好,且有剂量依赖效应,优于黄葵胶囊及氯沙坦组;3.经粪菌移植实验证实,与DM+PBS组相比,DM+FMT DN组大鼠24h-UP、Scr、BUN、肾脏指数、系膜增生指数、肾脏纤维化指数升高及肾脏病理损伤严重,DM+FMT DHWWT组大鼠上述指标下降,肾脏病理损伤减轻,效果优于DM+FMT HKC组;粪便短链脂肪酸定量结果显示,DM+FMT DHWWT组大鼠粪便短链脂肪酸的含量升高,优于DM+FMT HKC组;4.通过LC-MS定性分析结果显示丹黄五物汤中含根皮苷、丹酚酸B、金丝桃苷、异槲皮苷、杨梅素、小檗碱、槲皮素、芦丁、黄芪甲苷、丹参酮IIA等化学成分,定量分析结果显示,丹黄五物汤所含化学成分中以根皮苷、丹酚酸B、金丝桃苷、异槲皮苷含量最高。结论:1.STZ损伤的DN大鼠模型稳定性好,重复性高,可以为DN药理研究提供动物模型;2.丹黄五物汤可以降低DN模型大鼠的尿蛋白,并降低糖、脂代谢指标,改善肾功能及病理损伤,并能够促进胰腺增重,对肾脏和胰腺具有保护作用;3.DN大鼠出现肠道菌群紊乱,其中Actinobacteriota及Bifidobacterium、Turicibacter、Phascolarctobacterium可以作为DN的潜在核心标志菌。丹黄五物汤可以改善DN大鼠肠道菌群失调,降低核心菌群丰度,并能显著富集益生菌Lactobacillus丰度。丹黄五物汤能提高粪便中总短链脂肪酸含量,其中以乙酸、丙酸、丁酸为主;运用粪菌移植技术进一步验证了丹黄五物汤富集的细菌类群可以产生大量的短链脂肪酸,起到抗DN的作用;4.丹黄五物汤中根皮苷、丹酚酸B、金丝桃苷、异槲皮苷等化学成分含量较高,这些化学成分可能是丹黄五物汤发挥药效及响应肠道菌群的关键成分。
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