小鼠肠道微生物多样性成功案例–蜂胶能预防结肠炎吗?

膳食中加入富含多酚的蜂胶可以预防结肠炎,那么中国蜂胶(CP)和巴西蜂胶(BP)对肠道的影响效果是否一样呐?肠道菌群多样性给你答案!

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

期刊名称:Molecular nutrition & food research

影响因子:5.15

发表时间:2018.7

合作单位:中国农业科学院

研究背景

炎症性肠病(IBD)主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)两种类型,是一种慢性的胃肠道疾病。尽管IBD的病因还不清楚,然而环境因素和遗传因素都会导致肠上皮屏障的功能障碍,并且与肠道菌群失调和粘膜炎症也有关。肠道微生物与结肠炎的关系非常密切。研究发现,UC患者肠粘膜中的拟杆菌(Bacteroides spp)丰度较高,通过饮食调节提高肠道菌群的多样性和粘膜的免疫系统,已为IBD的预防和治疗带来可能。

多酚是植物的次级代谢产物,具有典型的芳香或酚环结构,能够调节细胞信号转导,具有抗氧化和抗炎作用。研究发现,绿茶、浆果和咖啡等食物中都含有多酚。蜂胶是蜜蜂从多酚植物中采集的树脂物质,含有黄酮和酚酸等300多种多酚化合物,目前已经被传统医药行业广泛应用。巴西和中国是生蜂胶的两大出口国,中国的生蜂胶主要来自杨树(Populus sp),巴西的生蜂胶主要来自酒神菊树(Baccharis dracunculifolia?DC),研究表明,国产蜂胶对右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的大鼠急性结肠炎具有一定的保护作用,巴西蜂胶也能使IBD患者受益。然而,不同地理位置和植物种类的蜂胶多酚组成不同,中国蜂胶和巴西蜂胶的多酚成分可能也具有差异。尽管它们在脂多糖引起的急性肝损伤、炎症因子表达的抑制、肿瘤坏死受体相关因子(TRAF-6)依赖标准NF-κB通路抑制方面具有生物等效性,然而在IBD相关的肠胃生理过程中的生物等效性仍不清楚。

本文旨在研究不同多酚组成的中国蜂胶(CP)和巴西蜂胶(BP)对右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的大鼠结肠炎是否起到保护作用。

材料与方法

1、采用HPLC-DAD/Q-TOF-MS分析蜂胶中27种多酚化合物。

2、大鼠分组(共4组,每组8只):

①正常组(Control):饲喂常规饲料;②对照组(DSS):饲喂常规饲料;③处理组1(CP):饲料中添加中国蜂胶(蜂胶溶解在0.5%黄芪胶);④处理组2(BP):饲料中添加中国蜂胶(蜂胶溶解在0.5%黄芪胶),除了正常组,其余3组的饮用水添加了DDS(3%)。

3、疾病活动指数(DAI)根据体重变化、粪便硬度、直肠出血和整体状况(包括活力、毛皮状况、姿势和行为)进行综合评分。

4、组织病理学分析:选择末端结肠组织,H&E染色,TUNEL法检验细胞凋亡。

5、实时荧光定量PCR(RT-PCR):末端结肠粘膜组织的白细胞介素(IL-1β)、单核细胞趋化蛋白(MCP)、白细胞介素(IL-6)和转化生长因子(TGF-β)基因表达。

6、结肠炎氧化应激:结肠粘膜组织的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、总抗氧化活性(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量检测。

7、微生物多样性高通量测序:盲肠内容物(150 mg/样),16S rDNA V3-V4,Illumina PE250,RDP数据库,生物信息分析:百迈客微生物多样性云平台(BMK Cloud online)。

结果与讨论

1、蜂胶中的多酚特征

从图1a来看,CP比BP的多酚化合物种类更丰度,CP的咖啡酸苯酯(29.48 mg/g)含量较高,BP的阿特匹林C(25.6 mg/g)含量较高。

图1. a:HPLC-DAD/Q-TOF-MS检测27种多酚在CP和BP中的浓度;b:DSS、CP和BP组大鼠的疾病活动指数(ADI);c:对照组、DSS、CP和BP组大鼠的直肠长度。

2、蜂浆缓解了DSS诱导的急性结肠炎

葡聚糖硫酸钠(DSS)导致了大鼠的疾病活动指数(DAI)升高,体重减轻,结肠长度明显变短。与DDS(对照组)相比,CP和BP组均显著提升了大鼠的DAI值(p<0.05,ANOVA)(图1b),减缓了DSS诱导的肠炎症状,缓解了体重减轻,显著抑制了结肠短缩(p<0.05)(图1c)。

3、蜂浆缓解了结肠损伤

DSS组的大鼠末端结肠组织产生了明显的损伤,隐窝产生缺损,白细胞发生渗透;CP和BP组的大鼠结肠组织的坏死和溃疡较少(图2A; 2B)。DSS组的大鼠结肠上皮TUNEL阳性细胞增多,然而DP和BP组中的凋亡细胞数明显较少(图2C; 2D)。

图2. CP和BP对大鼠结肠组织的损伤修复。A:末端结肠HE染色;B:组织病理半定量分值(结肠损伤、白细胞渗透);C:结肠细胞凋亡的组织学切片镜检;D:TUNEL法检验结肠细胞凋亡(个数/面积)。

4、蜂浆影响了结肠炎相关基因的表达

与DSS组相比,CP和BP组的大鼠结肠炎症因子IL-1β、MCP-1和IL-6基因表达显著降低(p<0.05),BP组的TGF-β基因表达显著升高(p<0.05)(图3A-D)。

图3. CP和BP对大鼠结肠炎症相关基因表达的影响。A:白细胞介素(IL-1β);B:单核细胞趋化蛋白(MCP-1);C:白细胞介素(IL-6);D:转化生长因子(TGF-β)。

5、蜂浆对结肠炎氧化应激的影响

与DSS组相比,CP和BP组的大鼠结肠炎症氧化应激指标MDA含量显著降低(p<0.05),CP组的T-AOC含量显著升高(p<0.05)、SOD含量显著降低(p<0.05),BP组的CAT含量显著升高(p<0.05)(图4A-D)。

图4. CP和BP对大鼠结肠炎症氧化应激的影响。A:过氧化氢酶(CAT);B:超氧化物歧化酶(SOD);C:总抗氧化活性(T-AOC);D:丙二醛(MDA)含量。

6、蜂浆对盲肠微生物多样性的影响

CP组的肠道中含有719种独特OTU(图5A),与BP组和DSS组的菌群结构存在明显的差异(图5B)。与其他3组相比,CP组的拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)显著较低,α-变形杆菌(alphaproteobacteria)、酸杆菌(Acidobacteria)、Solibacteres、芽单胞菌(gemmatimonadetes)、酸微菌(Acidimicrobiia)和鞘脂杆菌(Sphingobacteriia)仅存在于CP组中(图5C; 5D)。单胞菌(Gemmatimonadaceae)、Gemmatimonadales、红螺菌(Rhodospirillales)和黄单胞菌(Xanthomonadales)在CP组中显著较高,拟杆菌属(Bacteroides)和Bacteroidaceae在BP组中显著较高(图6A; 6B)。相关性分析表明,Bacteroides(r=0.86,p=0.001)、Ruminiclostridium(r=0.43,p=0.035)和Ruminiclostridium?9(r=0.576,p=0.003)与组织学指数显著正相关(图2B)。CP和BP组的Bacteroides.spp相对丰度显著高于DSS组(p<0.05)。

图5. CP和BP对大鼠结肠炎症肠道微生物的影响。A:韦恩图;B:PCoA分析(基于weighted UniFrac的组间样品差异分析);C:丰度聚类热图;D:丰度柱状图(“门”水平的前15个物种)。
图6. 大鼠肠道微生物的LEfSe分析。A:物种分类进化分支图(LDA>4);B:关键物种的相对丰度热图;C:Bacteroides spp的相对丰度。

结论

尽管中国蜂胶(CP)和巴西蜂胶(BP)的多酚组成不同,产生的生理效应也不同,然而它们均显著降低了拟杆菌(Bacteroides spp)的种群丰度,从而对DSS诱导的结肠炎起到了的相似的保护作用。

参考文献:

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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