小檗碱通过调节肠道微生物群减轻刀豆蛋白A诱导的小鼠自身免疫性肝炎

Berberine alleviates concanavalin A-induced autoimmune hepatitis in mice by modulating the gut microbiota.

作者信息Hao Yang, Qingqing Liu, Haixia Liu, Xing Kang, Haixia Tian, Yongbo Kang, Lin Li, Xiaodan Yang, Peng Ren, Xiaoyu Kuang, Xiaohui Wang, Linzhi Guo, Mingwei Tong, Jieqiong Ma, Weiping Fan
PMID38466881
发布时间2024-03-11
DOI10.1097/HC9.0000000000000381

实验完整度

包含动物模型、组织病理、免疫荧光、Western blot、流式细胞术、16S rRNA测序及粪便菌群移植等多层级验证,并进行了功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠Con A诱导的AIH模型 粪便菌群移植(FMT)模型小鼠 抗生素清除肠道菌群(ABX)小鼠

重点核对

BBR给药剂量:100 mg/kg/d,口服灌胃,连续7天 Con A诱导剂量:25 mg/kg,尾静脉注射 FMT供体:BBR组小鼠粪便,1 g粪便悬浮于5 mL PBS,每只小鼠200 μL灌胃,每日一次,连续7天 ABX抗生素混合物:氨苄青霉素、新霉素、甲硝唑、万古霉素各1 mg/mL于饮用水中,连续7天 动物分组:NC、AIH、BBR、MP组,每组7只

摘要

背景:自身免疫性肝炎(AIH)是一种病因不明的免疫介导性肝病,伴有肠道菌群失调和肠道屏障受损。小檗碱(BBR)是一种传统的抗菌药物,具有多种药理特性。已有报道BBR可缓解AIH,但相关机制仍有待充分探索。方法:在对小鼠建立刀豆蛋白A诱导的AIH模型前,以100 mg⋅kg−1⋅d−1的剂量口服给予BBR 7天。进行了组织病理学、免疫组织化学、免疫荧光、蛋白质印迹、ELISA、16S rRNA分析、流式细胞术、实时定量PCR和粪便微生物群移植研究,以确定BBR在AIH小鼠中的效果和机制。结果:我们发现,给予BBR后肝脏坏死和凋亡减少;血清转氨酶、血清脂多糖、肝脏促炎因子TNF-α、干扰素-γ、IL-1β和IL-17A的水平以及脾细胞中Th17细胞的比例均降低,而抗炎因子IL-10和调节性T细胞比例增加。此外,BBR治疗增加了肠道中有益菌并减少了有害菌。BBR还通过增加紧密连接蛋白zonula occludens-1和occludin的表达来增强回肠屏障功能,从而阻断脂多糖的转位,防止脂多糖/Toll样受体4(TLR4)/NF-κB通路的激活,并抑制肝脏中炎症因子的产生。从BBR小鼠到模型小鼠的粪便微生物群移植也表明BBR可能通过改变肠道微生物群来缓解AIH。结论:BBR通过调节肠道微生物群和相关的免疫调节减轻了刀豆蛋白A诱导的AIH。这些结果为BBR治疗AIH的潜在策略提供了更多见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
BBR是否通过调节肠道微生物群及相关的免疫调节来减轻Con A诱导的小鼠自身免疫性肝炎?
核心机制
BBR调节肠道微生物群组成,增加有益菌(如Akkermansia muciniphila)和减少有害菌,增强肠道屏障功能(上调紧密连接蛋白ZO-1和occludin,增加杯状细胞数量),抑制LPS向肝脏转位,阻断LPS/TLR4/NF-κB信号通路,减少促炎因子的产生,并调节Treg/Th17平衡,从而减轻肝损伤。
主要证据
BBR降低了血清ALT、AST、TBA水平,减轻了肝脏坏死和凋亡,减少了促炎因子(TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-17A)和增加了抗炎因子IL-10;流式细胞术显示Th17细胞比例降低、Treg细胞比例升高;16S rRNA测序显示肠道菌群结构改变;FMT实验显示移植BBR组粪便可改善肝损伤。
研究意义
BBR可能作为一种针对肠道菌群-免疫系统轴的、更安全、有效且经济的AIH治疗药物,也可能通过肠-肝-免疫轴缓解其他肝病(如病毒性肝炎、肝纤维化)及其他自身免疫性疾病。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立Con A诱导的AIH模型及BBR干预

评估BBR对Con A诱导的自身免疫性肝炎的保护作用。

C57BL/6小鼠随机分为NC、AIH、BBR和MP组,BBR组口服灌胃BBR(100 mg/kg/d)7天,然后尾静脉注射Con A(25 mg/kg)诱导AIH,MP组在Con A注射后0.5小时给予甲基泼尼松龙(3.12 mg/kg)。18小时后处死小鼠取材。

2

评估肝脏损伤和组织病理

验证BBR对Con A诱导的肝脏组织损伤和功能的影响。

检测血清ALT、AST、TBA水平;肝脏肉眼观察、HE染色、免疫荧光检测F4/80、Bax、Caspase-3;免疫组化检测TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-17A、IL-10。

3

流式细胞术检测脾脏Th17和Treg细胞

评估BBR对Con A诱导的免疫失衡的调节作用。

制备脾细胞悬液,调整浓度至1.0×10^7/mL,用离子霉素、PMA和布雷菲德菌素A刺激5小时,然后染色抗CD4、IL-17A和Foxp3抗体,通过流式细胞仪分析Th17和Treg细胞比例。

4

评估肠道屏障功能

验证BBR是否改善Con A诱导的肠道屏障损伤。

HE染色观察回肠形态,计算绒毛高度/隐窝深度比;Alcian blue染色计数杯状细胞;免疫荧光检测回肠ZO-1和occludin定位;RT-qPCR和Western blot检测ZO-1和occludin表达。

5

检测血清LPS及肝脏TLR4/NF-κB通路

验证BBR是否抑制LPS转位和TLR4/NF-κB信号激活。

ELISA检测血清LPS浓度;Western blot检测肝脏TLR4、NF-κB、IκB和p-IκB蛋白表达。

6

16S rRNA测序分析肠道菌群

分析BBR对Con A诱导的AIH小鼠肠道菌群组成的影响。

收集盲肠内容物,提取DNA,进行16S rRNA测序,分析α多样性和β多样性,门和属水平相对丰度,LEfSe分析差异菌群。

7

粪便菌群移植(FMT)验证肠道菌群作用

验证BBR通过调节肠道菌群来减轻AIH,而非AIH缓解的结果。

用抗生素混合物清除小鼠肠道菌群,然后给予来自BBR组小鼠的粪菌悬液(1 g粪便/5 mL PBS,200 μL/天,灌胃7天),随后进行Con A诱导,评估肝损伤和肠道屏障指标。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
刀豆蛋白ASigma-Aldrich--
小檗碱Solarbio--
阿尔辛蓝染色试剂盒Solarbio--
甲基泼尼松龙Solarbio--
新霉素Solarbio--
甲硝唑Solarbio--
万古霉素Solarbio--
抗Caspase-3抗体Cell Signaling Technology--
抗Bax抗体Cell Signaling Technology--
抗F4/80抗体Cell Signaling Technology--
抗TNF-α抗体Bioss--
抗干扰素-γ抗体Bioss--
抗IL-1β抗体Bioss--
抗IL-17A抗体Bioss--
抗IL-10抗体Bioss--
抗ZO-1抗体Abcam--
抗occludin抗体Abcam--
抗TLR4抗体Abcam--
抗NF-κB P65抗体Abcam--
抗IκB抗体Abcam--
抗磷酸化IκB抗体Abcam--
抗β-actin抗体Abcam--
别藻蓝蛋白偶联抗CD4抗体BD--
异硫氰酸荧光素偶联抗IL-17A抗体BD--
藻红蛋白偶联抗Foxp3抗体BD--
LPS ELISA试剂盒Cloud-clone--
Trizol试剂----
SYBR Green PCR预混液----
增强化学发光试剂盒Solarbio--
QIAamp DNA粪便微型试剂盒Qiagen--
全自动生化分析仪BioMajesty--
荧光显微镜Nikon--
正置显微镜Olympus--
BIOER LineGene 9600 Plus荧光定量检测系统BIOERFQD-96A
BD Accuri C6流式细胞仪BD Biosciences--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立与干预
小鼠品系、性别、周龄、体重;分组及每组样本量;BBR剂量、给药途径、给药时间;Con A剂量、给药途径;MP剂量及给药时间;观察终点。
阅读提示:Methods: Experimental animals, BBR interventions
粪便菌群移植(FMT)
供体小鼠数量;粪便采集量;粪菌悬液制备方法;移植剂量、频次及时间;抗生素混合物成分、浓度、给予方式及持续时间;Con A诱导剂量及时间。
阅读提示:Methods: Fecal microbiota transplantation
肠道屏障功能评估
回肠组织固定条件;切片厚度;绒毛高度/隐窝深度比计算方法;杯状细胞计数标准;ZO-1和occludin检测方法及抗体来源;RT-qPCR引物序列及实验条件;Western blot蛋白上样量及内参。
阅读提示:Methods: Histological evaluations, Immunohistochemistry and immunofluorescence staining, RNA extraction and real-time quantitative PCR, Western blotting; Figure 3 legends
免疫细胞分析
脾细胞制备方法;细胞浓度;刺激剂(ionomycin, PMA, Brefeldin A)浓度及持续时间;抗体克隆号及用量;流式细胞仪设置及数据分析软件。
阅读提示:Methods: Flow cytometry; Figure 2 legends
肠道菌群分析
样本采集方法及保存条件;DNA提取试剂盒及操作步骤;16S rRNA测序平台及引物区域;生物信息学分析流程(QIIME)及参数;α多样性和β多样性分析方法。
阅读提示:Methods: Fecal 16S rRNA analysis; Figure 5 legends
LPS检测及信号通路蛋白表达
血清制备方法;ELISA试剂盒货号及操作步骤;肝脏蛋白提取方法;Western blot各蛋白抗体稀释比例、孵育时间及曝光条件。
阅读提示:Methods: Transaminase activity and endotoxin assay, Western blotting; Figure 4 legends