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科研动态

Frontiers in Microbiology :饮食中的血红素可引起肠道失调,恶化小鼠结肠炎并增强腺瘤发育
发布时间:2018-03-16 10:47   点击率:
导读
喂食的血红素可作为生长因子,被具有“血红素吸收系统”的结肠细菌所利用,进而改变菌群结构。血红素对肠道菌群产生的这种影响,尤其与慢性炎症相关。例如,血红素可引起炎症性肠病(IBD)患者严重的肠道微生态失调。
 

文献ID
题目:Dietary heme induces gut dysbiosis, worsens colitis and potentiates the development of adenomas in mice
译名:饮食中的血红素可引起肠道失调,恶化小鼠结肠炎并增强腺瘤发育
期刊:Frontiers in Microbiology        IF=4.076
发表时间:2017-09-21
通讯作者:Manuela M. Santos  
通讯单位:蒙特利尔大学医学中心


材料与方法
实验设计
研究群体:C57BL/6雌性小鼠。
饮食方式:
正常喂食(CD)--50 ppm 铁元素(硫酸亚铁形式补给);
血红素喂食(Heme)--50 ppm铁元素(血红素形式补给)。
实验处理:
喂食或腹腔注射血红素,并用DSS诱导
小鼠采用2种喂食方式一周后,开始接受DSS(dextran sodium sulfate,右旋糖酐硫酸酯钠,可引发严重的结肠炎)处理;腹腔注射血红素则是在小鼠接受DSS前2天进行的。
AOM/DSS 诱导
小鼠使用2种喂食方式两周后,开始注射AOM(azoxymethane,氧化偶氮甲烷,致肠癌剂)。注射AOM三天后,接受3轮为期5天的DSS喂食,每轮结束后14天恢复期。
 
测序区域及平台
16S rDNA V3-V4区,Illumina MiSeq,PE250
 
 
研究成果
1、血红素喂食引起和DSS诱导的结肠炎小鼠一样的肠道菌群失调
由图1发现:
① Heme小鼠和DSS诱导的结肠炎小鼠一样,粪便中血红素水平显著增高(图 1A);
② CD小鼠和Heme小鼠肠道菌群组成明显不同(图1B);
③ DSS诱导结肠炎小鼠的肠道微生物多样性显著性降低(图1C);
④ 虽弱于DSS诱导结肠炎小鼠(图1C),Heme小鼠肠道菌群α-多样性也明显降低;
⑤ DSS诱导的结肠炎小鼠和Heme小鼠肠道中的变形菌门都增加,厚壁菌门和拟杆菌门则降低(图 1D)。
 
图1. 血红素喂食引起和DSS处理小鼠一样的肠道生态失调
CD:正常喂食小鼠;Heme:血红素喂食小鼠;CD DSS:正常喂食同时喂食DSS小鼠。
a. 粪便血红素水平;b. PCoA;c. Shannon and Chao1指数;d. 差异微生物丰度分析。
 
2、血红素喂食加重DSS诱导的结肠炎并促进腺瘤形成
血红素喂食小鼠接受DSS处理后,体重较正常喂食小鼠明显降低(图 2A),肠道中炎症反应增强(图2B)、组织损伤加重(图2C),炎症标志物lipocalin 2(Lcn2)水平上升(图2D),interleukin-6(Il-6)上升(图2E)。与这些变化相伴而生的是肠杆菌科物种丰度显著升高(图2F)。
 
腹腔注射血红素小鼠结肠炎症较弱,主要表现在体重较高(图 2A)、Lcn2水平较低(图2D)、肠杆菌科丰度降低(图2F),且炎症反应(图2B)和组织损伤(图2C)没有变化。通过宏观观察(图2H)和组织分析(图2I),可以看出血红素喂食小鼠结肠大肿瘤数量显著升高(图2G)。
 
图2. 血红素喂食对DSS诱导的结肠炎产生不利影响,促进腺瘤形成
A-F. 严重结肠炎:所有小鼠均喂食DSS,小鼠CD喂食和Heme喂食,CD喂食小鼠腹腔注射Heme或PBS。
A. 体重变化;B. 炎症等级;C. 组织损伤等级;D. Lcn2 mRNA水平;E. Il-6 mRNA水平;F. 肠杆菌科相对丰度;G–I. 肿瘤形成;G. 每只老鼠小肿瘤和大肿瘤数量;H. 结肠宏观观察;I. 结肠组织学观察
 
 
研究结论
1、喂食血红素的小鼠肠道菌群显著改变,α多样性降低,厚壁菌门减少而变形菌门(特别是肠杆菌科)增加;
2、血红素喂食小鼠的菌群变化与DSS诱导的小鼠结肠炎中发生的改变类似;
3、喂食而非腹腔内注射的血红素可恶化DSS诱导的结肠炎,并促进结直肠癌小鼠模型中的腺瘤形成;
 
 
亮点
本研究揭示了喂食血红素对肠道菌群及炎症的负面影响,也间接提示了红肉摄入的潜在风险。
 
 
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