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科研动态

PFT:暴露于高浓度PM2.5环境,会改变小鼠的肠道菌群结构吗?
发布时间:2018-06-08 17:16   点击率:
导读
长期暴露于高浓度细颗粒物(PM2.5)的环境中,会引起体内葡萄糖代谢异常,但是其潜在的生物学机制还没有被完全研究。肠道微生物群是近年来的热门研究对象,它们在葡萄糖代谢的过程中发挥着重要作用。然而,很少有人研究长期处于PM2.5的环境中肠道菌群的变化。
 
本研究旨在调查长期暴露于PM2.5的环境中是否能引起肠道菌群结构的改变,并揭示肠道菌群与葡萄糖代谢之间的关系。
 
 
文献ID
题目:Exposure to concentrated ambient PM2.5 alters the composition of gut microbiota   in a murine model
译名:暴露于高浓度PM2.5环境改变实验鼠的肠道菌群结构
期刊:Particle and Fibre Toxicology
时间:2018        IF=8.577
通讯作者:徐燕意、应哲康
通讯单位:复旦大学公共卫生学院环境卫生系
 
 
材料与方法
研究对象
C57Bl/6J雄性小鼠。本研究包括PM2.5处理组(CAP,n=10)和滤过空气处理组(FA,n=10)。分别分析两组对象在经过12个月处理后的粪便菌群。
 

样本类型
小鼠粪便样本
 
测序区域及平台
16S V4区,真菌ITS1区,Illumina MiSeq system
 
 
研究成果
1. 长期暴露于PM2.5环境中会使葡萄糖和胰岛素耐受能力降低
 图1a表示的是实验进程。当暴露在PM2.5环境中12个月以后,小鼠的葡萄糖和胰岛素耐受能力均显著降低(图b和c)。
 
图1. 长期暴露于PM2.5环境中会使葡萄糖和胰岛素耐受能力降低。(a) 实验进程,(b) 葡萄糖耐受性曲线,(c) 胰岛素耐受性曲线。
 
2. 长期暴露于PM2.5环境中改变了肠道菌群的多样性指数
图2a和2b显示长期暴露于PM2.5环境中会使粪便细菌的多样性指数ACE指数和Chao-1指数下降,然而多样性指数Shannon和Simpson指数没有受到影响(图2c和d)。相对于FA组,暴露于PM2.5环境中对真菌的的多样性指数没有显著影响(图2e-h)。
 
图2. 长期暴露于PM2.5环境中改变了肠道菌群的丰富度,但对肠道菌群的多样性没有影响。(a-d) 粪便细菌的α多样性,(e-h) 粪便真菌的α多样性,n=9或10每组。
 
3. 长期暴露于PM2.5环境中对肠道菌群的结构的影响
图3a显示FA组与CAP组中微生物的组成相似,主要的组成细菌为拟杆菌门(60.4 ± 12.9%)、厚壁菌门(36.0 ± 12.7%)、脱铁杆菌门(1.5 ± 1.7%)、软壁菌门(0.9 ± 1.3%)、变形菌门(0.7 ± 0.3%)和蓝藻菌门(0.3 ± 0.3%)。主要的组成真菌为子囊菌门(87.9 ± 8.9%)担子菌门(9.2 ± 9.0%)未归类(2.7 ± 2.6%)和接合菌门(0.2 ± 0.3%)(图3b)。
 
通过未加权UniFrac的 PCoA分析,发现细菌被分为三类(图3a和c),而在真菌中没有明显的聚集(图3b和d)。
 
图3. 长期暴露于PM2.5环境中对肠道菌群的结构的影响。a和b表示在门水平上小鼠粪便细菌经过12个月处理后的层次聚类分析,c和d是未加权UniFrac的 PCoA图。
 
4. FACAP两种处理后显著差异物种分析
LEfSe分析结果显示,在细菌和真菌中分别有24和21个差异物种。其中,CAP处理后,9种细菌和17种真菌的丰度显著上升,15种细菌和4种真菌的丰度显著下降。
 
图4. LEfSe分析。(a) 细菌群落的进化分枝图,(b) 真菌群落的进化分枝图。
 
5. 肠道微生物结构的改变和葡萄糖代谢异常之间的关系
图5a 结果显示细菌的α多样性指数和空腹血糖没有显著联系。ACE 和 Chao-1指数和胰岛素敏感性相关(图5b),4种α多样性指数都和葡萄糖耐受性有关(图5c),然而,真菌的丰富度和多样性都和葡萄糖稳态没有明显的联系。
 
图5. 粪便微生物群的丰富性和多样性与葡萄糖稳态的指标之间的相关性分析。空腹血糖(a和d)、胰岛素敏感性(b和e)、葡萄糖耐受性(c和f)和细菌(a-c)以及真菌α多样性(d-f)指数之间的关系。
 
 
研究结论
葡萄糖耐量试验和胰岛素耐量试验表明,长期暴露于PM2.5环境中葡萄糖和胰岛素耐受能力均显著受损。
 
粪便微生物群分析表明葡萄糖稳态表明细菌丰富度指数ACE 和Chao-1指数和葡萄糖稳态相关,而真菌的α多样性指数和葡萄糖稳态没有显著联系。
 
LEfSe分析表明分别有24种细菌和21种真菌在两种处理中存在显著差异。
 
 
亮点
研究结果揭示了一种新的长期暴露于PM2.5的环境中导致健康状况变差的的机制。并且研究结果为有效治疗或者预防PM2.5引起的健康问题提供了新的靶点。
 
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