基于肠道微生态及脑肠互动探讨外感湿热对机体食欲及消化功能的影响机制

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目的:基于肠道微生态与脑肠互动,探讨湿热环境对小鼠下丘脑食欲调节中枢、神经内分泌以及胃肠消化功能的影响,以期明确外感湿热导致的纳呆不饥、消化不良、便出不爽等症状与肠道微生态及脑肠互动的关系及其机理。方法:设置正常和高温高湿两种不同环境进行造模,采用三仁汤以方测证检验外感湿热模型,环境加生物致病因子模型进一步完善外感病因造模,采用菌群移植方法探究脑肠互动关系及机制。记录各组小鼠生存质量及一般情况,检测胃排空率、小肠推进率和胃泌素(Gastrin)的表达用以观察胃肠运动消化功能改变,小肠组织HE染色及电镜切片观察小肠局部病理改变。下丘脑病理HE染色观察局部病理改变,PCR检测下丘脑弓状核中食欲相关神经元人Agouti相关蛋白(Ag RP)、神经肽Y(NPY)、人阿黑皮素原(POMC),可卡因和安非他明(CART)神经元的m RNA的表达,Bio-Plex液相芯片检测血清中生长素释放肽(Ghrelin)、瘦素(Leptin)、胰岛素(Insulin)等神经递质、激素的表达情况。16S r RNA测序技术检测小鼠肠道菌群改变,气相色谱法检测粪便中短链脂肪酸含量,并用PCR检测短链脂肪酸受体FFAR2/FFAR3表达情况。结果:1.成功建立外感湿热的消化功能减退动物模型:经28日的湿热环境处理后,小鼠被毛散乱无光泽,精神萎靡倦怠,喜扎堆蜷卧,反应迟钝,摄食量减少,大便臭秽软烂,体重增长缓慢。湿热组小鼠小肠绒毛较少,绒毛表面出现缺损,粘膜上皮细胞变形、脱落。电镜下观察到粘膜上皮柱状细胞排列不整齐,可见变形或破碎的细胞核,微绒毛局部稀疏、倒伏、缺失。小鼠的胃排空率、小肠推动率、胃泌素等胃肠运动消化功能都出现了显著降低(P<0.05),三仁汤能够显著改善小鼠状态和胃肠运动消化功能(P<0.05)。2.外感湿热对于小鼠肠道微生态的影响:肠道菌群16S r RNA测序的结果显示,湿热环境的小鼠菌群与正常环境的小鼠菌群OUT数量差异较大,OUT组成显著改变。肠道菌群alpha多样性包括observed species指数、chao指数、ace指数,shannon指数显著升高(P<0.05)。与正常对照组(NC)丰度差异较为明显的菌群是螺杆菌科Helicobacteraceae,苏黎世杆菌科Turicibacteraceae,Odoribacteraceae以及双歧杆菌科Bifidobacteriaceae。此外,湿热环境下,短链脂肪酸水平升高,短链脂肪酸受体FFAR3、FFAR2的表达显著增加(P<0.05)。3.外感湿热对于小鼠食欲相关神经元及脑肠肽的影响:湿热环境下,小鼠的下丘脑组织未见明显病理改变,但下丘脑中促食欲神经元NPY/Ag RP的m RNA表达降低(P<0.05),抑制食欲神经元POMC/CART的m RNA表达显著升高(P<0.05)。食欲相关的脑肠肽中,血清生长素释放肽Ghrelin的表达出现显著的降低(P<0.05),瘦素Leptin、胰岛素Insulin的表达升高(P<0.05)。4.外感湿热对流感小鼠的影响:当湿热环境合并流感病毒感染时,小鼠肺部病毒扩增增强,肠道微生态平衡被破坏,导致葡萄球菌科Staphylococcaceae和棒杆菌科Corynebacteriaceae等致病菌增加。湿热环境合并生物致病因子能够进一步加重小鼠的胃肠道功能紊乱,但其影响与正常环境下的流感模型相比未见到显著性差异。5.湿热菌群移植对正常小鼠的影响:湿热模型小鼠的粪便移植给正常小鼠后,正常环境小鼠的菌群结构呈现与湿热环境小鼠出现高度的相似性改变,alpha多样性包括observed species指数、chao指数、ace指数,shannon指数显著升高(P<0.05)。拟杆菌目Bacteroidales,低嗜盐细菌科Dehalobacteriaceae,瘤胃球菌属Ruminococcus,紫单胞菌科Porphyromonadaceae增加,而乳杆菌属Lactobacillus,双歧杆菌科Bifidobacteriaceae,疣微菌科Verrucomicrobiaceae等细菌的丰度则出现明显的减少,短链脂肪酸及其受体的表达有所升高(P<0.05)。相对于正常对照组,下丘脑食欲调节神经元的表达也发生改变,促进食欲神经元NPY/Ag RP的m RNA表达均比正常对照组(NC)降低(P<0.05),而抑制食欲神经元POMC/CART的m RNA表达则显著升高(P<0.05)。脑肠肽、激素等的改变与湿热模型趋势一致,血清Ghrelin的表达降低(P<0.05),Leptin和Insulin表达显著升高(P<0.05)。移植后小鼠小肠推进率和胃排空率的显著降低(P<0.05)。结论:1.外感湿热能够影响机体的肠道微环境,破坏肠道微生态平衡,导致肠道菌群的丰度和结构发生改变,对菌群代谢产物短链脂肪酸及其受体的表达也有显著的影响,这可能是湿热导致大便不爽、黏腻臭秽等粪便性状改变的原因。2.外感湿热能够影响机体的食欲及胃肠消化功能,导致下丘脑食欲调节神经元表达改变,并食欲相关神经递质的表达异常,还会导致小肠绒毛形态发生病理改变,胃肠运动消化能力下降,这可能是湿热引起纳呆不饥、消化不良的原因。3.外感湿热导致的食欲不振、消化不良、便出不爽,可能是通过破坏肠道微生态平衡,影响脑肠互动,进而影响下丘脑食欲调节神经元的表达及脑肠肽的分泌,最终导致食欲的下降和胃肠消化功能的紊乱。
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