小鼠腸道微生物多樣性成功案例–蜂膠能預防結腸炎嗎?

膳食中加入富含多酚的蜂膠可以預防結腸炎,那么中國蜂膠(CP)和巴西蜂膠(BP)對腸道的影響效果是否一樣吶?腸道菌群多樣性給你答案!

英文題目:Propolis from different geographic origins suppress intestinal inflammation in a model of DSS-induced colitis is associated with decreased?Bacteroides spp. in the gut

期刊名稱:Molecular nutrition & food research

影響因子:5.15

發表時間:2018.7

合作單位:中國農業科學院

研究背景

炎癥性腸病(IBD)主要包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)兩種類型,是一種慢性的胃腸道疾病。盡管IBD的病因還不清楚,然而環境因素和遺傳因素都會導致腸上皮屏障的功能障礙,并且與腸道菌群失調和粘膜炎癥也有關。腸道微生物與結腸炎的關系非常密切。研究發現,UC患者腸粘膜中的擬桿菌(Bacteroides spp)豐度較高,通過飲食調節提高腸道菌群的多樣性和粘膜的免疫系統,已為IBD的預防和治療帶來可能。

多酚是植物的次級代謝產物,具有典型的芳香或酚環結構,能夠調節細胞信號轉導,具有抗氧化和抗炎作用。研究發現,綠茶、漿果和咖啡等食物中都含有多酚。蜂膠是蜜蜂從多酚植物中采集的樹脂物質,含有黃酮和酚酸等300多種多酚化合物,目前已經被傳統醫藥行業廣泛應用。巴西和中國是生蜂膠的兩大出口國,中國的生蜂膠主要來自楊樹(Populus sp),巴西的生蜂膠主要來自酒神菊樹(Baccharis dracunculifolia?DC),研究表明,國產蜂膠對右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導的大鼠急性結腸炎具有一定的保護作用,巴西蜂膠也能使IBD患者受益。然而,不同地理位置和植物種類的蜂膠多酚組成不同,中國蜂膠和巴西蜂膠的多酚成分可能也具有差異。盡管它們在脂多糖引起的急性肝損傷、炎癥因子表達的抑制、腫瘤壞死受體相關因子(TRAF-6)依賴標準NF-κB通路抑制方面具有生物等效性,然而在IBD相關的腸胃生理過程中的生物等效性仍不清楚。

本文旨在研究不同多酚組成的中國蜂膠(CP)和巴西蜂膠(BP)對右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導的大鼠結腸炎是否起到保護作用。

材料與方法

1、采用HPLC-DAD/Q-TOF-MS分析蜂膠中27種多酚化合物。

2、大鼠分組(共4組,每組8只):

①正常組(Control):飼喂常規飼料;②對照組(DSS):飼喂常規飼料;③處理組1(CP):飼料中添加中國蜂膠(蜂膠溶解在0.5%黃芪膠);④處理組2(BP):飼料中添加中國蜂膠(蜂膠溶解在0.5%黃芪膠),除了正常組,其余3組的飲用水添加了DDS(3%)。

3、疾病活動指數(DAI)根據體重變化、糞便硬度、直腸出血和整體狀況(包括活力、毛皮狀況、姿勢和行為)進行綜合評分。

4、組織病理學分析:選擇末端結腸組織,H&E染色,TUNEL法檢驗細胞凋亡。

5、實時熒光定量PCR(RT-PCR):末端結腸粘膜組織的白細胞介素(IL-1β)、單核細胞趨化蛋白(MCP)、白細胞介素(IL-6)和轉化生長因子(TGF-β)基因表達。

6、結腸炎氧化應激:結腸粘膜組織的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、總抗氧化活性(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量檢測。

7、微生物多樣性高通量測序:盲腸內容物(150 mg/樣),16S rDNA V3-V4,Illumina PE250,RDP數據庫,生物信息分析:百邁客微生物多樣性云平臺(BMK Cloud online)。

結果與討論

1、蜂膠中的多酚特征

從圖1a來看,CP比BP的多酚化合物種類更豐度,CP的咖啡酸苯酯(29.48 mg/g)含量較高,BP的阿特匹林C(25.6 mg/g)含量較高。

圖1. a:HPLC-DAD/Q-TOF-MS檢測27種多酚在CP和BP中的濃度;b:DSS、CP和BP組大鼠的疾病活動指數(ADI);c:對照組、DSS、CP和BP組大鼠的直腸長度。

2、蜂漿緩解了DSS誘導的急性結腸炎

葡聚糖硫酸鈉(DSS)導致了大鼠的疾病活動指數(DAI)升高,體重減輕,結腸長度明顯變短。與DDS(對照組)相比,CP和BP組均顯著提升了大鼠的DAI值(p<0.05,ANOVA)(圖1b),減緩了DSS誘導的腸炎癥狀,緩解了體重減輕,顯著抑制了結腸短縮(p<0.05)(圖1c)。

3、蜂漿緩解了結腸損傷

DSS組的大鼠末端結腸組織產生了明顯的損傷,隱窩產生缺損,白細胞發生滲透;CP和BP組的大鼠結腸組織的壞死和潰瘍較少(圖2A; 2B)。DSS組的大鼠結腸上皮TUNEL陽性細胞增多,然而DP和BP組中的凋亡細胞數明顯較少(圖2C; 2D)。

圖2. CP和BP對大鼠結腸組織的損傷修復。A:末端結腸HE染色;B:組織病理半定量分值(結腸損傷、白細胞滲透);C:結腸細胞凋亡的組織學切片鏡檢;D:TUNEL法檢驗結腸細胞凋亡(個數/面積)。

4、蜂漿影響了結腸炎相關基因的表達

與DSS組相比,CP和BP組的大鼠結腸炎癥因子IL-1β、MCP-1和IL-6基因表達顯著降低(p<0.05),BP組的TGF-β基因表達顯著升高(p<0.05)(圖3A-D)。

圖3. CP和BP對大鼠結腸炎癥相關基因表達的影響。A:白細胞介素(IL-1β);B:單核細胞趨化蛋白(MCP-1);C:白細胞介素(IL-6);D:轉化生長因子(TGF-β)。

5、蜂漿對結腸炎氧化應激的影響

與DSS組相比,CP和BP組的大鼠結腸炎癥氧化應激指標MDA含量顯著降低(p<0.05),CP組的T-AOC含量顯著升高(p<0.05)、SOD含量顯著降低(p<0.05),BP組的CAT含量顯著升高(p<0.05)(圖4A-D)。

圖4. CP和BP對大鼠結腸炎癥氧化應激的影響。A:過氧化氫酶(CAT);B:超氧化物歧化酶(SOD);C:總抗氧化活性(T-AOC);D:丙二醛(MDA)含量。

6、蜂漿對盲腸微生物多樣性的影響

CP組的腸道中含有719種獨特OTU(圖5A),與BP組和DSS組的菌群結構存在明顯的差異(圖5B)。與其他3組相比,CP組的擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)顯著較低,α-變形桿菌(alphaproteobacteria)、酸桿菌(Acidobacteria)、Solibacteres、芽單胞菌(gemmatimonadetes)、酸微菌(Acidimicrobiia)和鞘脂桿菌(Sphingobacteriia)僅存在于CP組中(圖5C; 5D)。單胞菌(Gemmatimonadaceae)、Gemmatimonadales、紅螺菌(Rhodospirillales)和黃單胞菌(Xanthomonadales)在CP組中顯著較高,擬桿菌屬(Bacteroides)和Bacteroidaceae在BP組中顯著較高(圖6A; 6B)。相關性分析表明,Bacteroides(r=0.86,p=0.001)、Ruminiclostridium(r=0.43,p=0.035)和Ruminiclostridium?9(r=0.576,p=0.003)與組織學指數顯著正相關(圖2B)。CP和BP組的Bacteroides.spp相對豐度顯著高于DSS組(p<0.05)。

圖5. CP和BP對大鼠結腸炎癥腸道微生物的影響。A:韋恩圖;B:PCoA分析(基于weighted UniFrac的組間樣品差異分析);C:豐度聚類熱圖;D:豐度柱狀圖(“門”水平的前15個物種)。
圖6. 大鼠腸道微生物的LEfSe分析。A:物種分類進化分支圖(LDA>4);B:關鍵物種的相對豐度熱圖;C:Bacteroides spp的相對豐度。

結論

盡管中國蜂膠(CP)和巴西蜂膠(BP)的多酚組成不同,產生的生理效應也不同,然而它們均顯著降低了擬桿菌(Bacteroides spp)的種群豐度,從而對DSS誘導的結腸炎起到了的相似的保護作用。

參考文獻:

Wang K, Jin X, Li Q, et al. Propolis from Different Geographic Origins Suppress Intestinal Inflammation in a Model of DSS-Induced Colitis is Associated with Decreased Bacteroides spp. in the Gut.[J]. Molecular Nutrition & Food Research, 2018, 62(17):1800080-.

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