黄蜀葵花总黄酮依赖FXR调节“胆汁酸-肠道菌群”稳态改善DSS诱导小鼠结肠炎

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背景溃疡性结肠炎(UC)属于炎症性肠病(IBD)范畴,患者多以腹泻、腹痛、脓血便为主要表现。肠道内微环境稳态的破坏可能是UC发生发展的始动因素,饮食对于肠道菌群分布及其代谢物影响显著。饮食方式西化可能是促进发展中国家UC发病率上升的原因之一。黄蜀葵花是锦葵科植物黄蜀葵的干燥花冠,《本经》将黄蜀葵花称为“疮家要药”。陈玉根教授根据UC的临床表现,认为UC属于“肠内疡”范畴,提出“内疡与外疡同理,内疡与外疡同治”的观点,将黄蜀葵花用于治疗“内科疮疡”UC,取得了良好效果。黄蜀葵花总黄酮(TFA)是黄蜀葵花的主要活性成分。本论文以课题组前期的研究结果为基础,联合靶向胆汁酸代谢与菌群进行多组学分析,运用基因敲除鼠探讨黄蜀葵花总黄酮调控“菌群-代谢”稳态的可能机制。实验一目的在前期研究中,TFA对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导结肠炎小鼠表现出明显的改善作用,但其对肠道菌群、胆汁酸代谢的影响及潜在可能靶点尚不清楚,仍需进一步深入研究。通过动物实验、粪菌检测及靶向胆汁酸代谢等方法探究TFA对DSS诱导结肠炎小鼠的肠道菌群及胆汁酸的调控作用,并进一步探求其可能作用靶点,为中医药治疗UC提供精准靶标。方法50只C57BL/6J雄性小鼠随机分为5组,正常组、DSS组、TFA高剂量(TFA-H)+DSS组、TFA低剂量(TFA-L)+DSS组、醋酸泼尼松(PAT)+DSS组。应用2.5%DSS自由饮水7天进行结肠炎造模。给药组从造模开始连续给药10天。实验结束后,通过对小鼠体重、疾病活动指数(DAI)、结肠长度、结肠组织病理等多方面评估小鼠结肠炎症状,应用qPCR及ELISA等方法检测小鼠结肠组织及血清中IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎因子的表达,应用免疫组化及PAS-AB染色等方法评估小鼠肠屏障功能。应用16S rRNA方法检测小鼠肠道菌群分布,应用LC-MS检测小鼠粪便内胆汁酸的改变情况。使用qPCR、Western Blot及免疫组化等方法检测小鼠法尼醇X受体(FXR)/小异二聚体伴侣(SHP)信号通路的变化。结果DSS组小鼠表现出明显的体重下降及结肠受损的情况。TFA-H组显著改善了结肠炎小鼠的结肠缩短和组织学损伤,抑制了促炎因子(TNF-α mRNA、IL-1 β mRNA、IL-18 mRNA)的表达,缓解了肠道粘膜屏障损伤并增加结肠组织中MUC2、KLF4和ZO-1 mRNA的表达量。TFA-H组显著改善了结肠炎小鼠的肠道菌群失调情况,在门、科、属水平均显著富集了有益菌艾克曼菌属(Akkermansia)。KEGG通路分析显示差异菌与次级胆汁酸代谢密切相关,靶向胆汁酸代谢结果显示TFA-H的治疗改善了肠道胆汁酸代谢紊乱的情况,逆转了在DSS小鼠中异常降低的鹅去氧胆酸(CDCA)、熊去氧胆酸(UDCA)、脱氧胆酸(DCA)及牛磺胆酸(TCA)的水平。相关性分析显示,TFA-H干预后引起变化的肠道菌群与主要胆汁酸之间具有显著相关性。通过qPCR、Western blot及免疫组化的方法对胆汁酸核受体及其下游靶基因进行了检测,结果显示TFA-H能够调控肠道FXR促进其下游靶基因SHP的表达。进一步的细胞实验显示,TFA在体外能够直接调控FXR表达,增加其下游靶基因SHP的表达,这使我们进一步聚焦于FXR这一可能潜在靶点。实验二目的为了进一步验证TFA调控“胆汁酸-菌群”稳态的作用靶点,我们应用FXR基因敲除鼠(FXR-/-),并在FXR基因敲除鼠的基础上进行DSS诱导结肠炎造模,研究TFA对DSS诱导肠炎小鼠的治疗、对肠道菌群紊乱的调控及对胆汁酸稳态的改善是否通过FXR介导。方法应用FXR基因敲除鼠进行DSS诱导造模,40只FXR-/-小鼠随机分为4组,正常组、DSS 组、TFA 高剂量(TFA-H)+DSS 组、TFA 低剂量(TFA-L)+DSS 组。应用 2.5%DSS自由饮水7天进行结肠炎造模。给药组从造模开始连续给药10天。实验结束后,通过对小鼠体重、DAI、结肠长度、结肠组织病理等多方面评估小鼠结肠炎症状,应用qPCR及ELISA等方法检测小鼠结肠组织及血清中IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎因子的表达,应用免疫组化及PAS-AB染色等方法评估小鼠肠屏障功能。应用16S rRNA方法检测小鼠肠道菌群分布,应用LC-MS检测小鼠粪便内胆汁酸的改变情况。结果FXR的缺失极大降低了 TFA对于结肠炎小鼠的治疗作用,TFA的给药无法改善小鼠体重下降、便血及腹泻等症状,无法抑制促炎因子的表达。在FXR缺失小鼠中,TFA对于肠屏障的保护作用明显减弱。TFA干预前后肠道菌群结构及多样性无明显变化。FXR缺失小鼠中Akkermansia菌丰度较低,TFA干预后无法促进有益菌Akkermansia菌的产生,对于肠道菌群分布的调节及益生菌的富集作用极其有限。靶向胆汁酸代谢结果显示,TFA的干预无法逆转DSS引起的胆汁酸异常,同时韦恩图显示TFA干预前后无差异代谢物。结论黄葵总黄酮可能通过调控FXR促进其下游靶基因SHP的表达调控“胆汁酸-肠道菌群”稳态,改善小鼠结肠炎症状。
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