预防性补充婴儿双歧杆菌或其代谢物肌苷可减轻心脏缺血/再灌注损伤

Prophylactic supplementation with Bifidobacterium infantis or its metabolite inosine attenuates cardiac ischemia/reperfusion injury.

作者信息Hao Zhang, Jiawan Wang, Jianghua Shen, Siqi Chen, Hailong Yuan, Xuan Zhang, Xu Liu, Ying Yu, Xinran Li, Zeyu Gao, Yaohui Wang, Jun Wang, Moshi Song
PMID39135700
期刊Imeta
发布时间2024-07
DOI10.1002/imt2.220

实验完整度

包含小鼠心肌I/R模型、B. infantis灌胃及肌苷处理、RNA-seq、流式、ELISA、体外OGDR及siRNA敲低等多层级功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠心肌缺血再灌注(I/R)模型 C2C12小鼠成肌细胞氧糖剥夺/再复氧(OGDR)模型

重点核对

B. infantis灌胃剂量:2×10^7 CFU/天,持续7天 肌苷给药方式:腹腔注射,I/R前7天及I/R后7天每天一次 I/R手术:左前降支冠状动脉结扎40分钟 A2AR抑制剂ZM241385的使用 嘌呤补救途径相关基因siRNA敲低(Hprt1、Aprt)

摘要

越来越多的证据表明,肠道微生物群通过产生多种代谢物对心血管疾病产生深远影响。使用心肌缺血再灌注(I/R)损伤的动物模型,我们发现预防性给予一种众所周知的益生菌——婴儿双歧杆菌(B. infantis)——在缺血再灌注后表现出心脏保护作用,包括保持心脏收缩功能和防止不良心脏重塑,且这些心脏保护作用可被其代谢物肌苷重现。转录组分析进一步揭示,肌苷减轻了缺血再灌注诱导的心脏炎症和细胞死亡。机制研究表明,肌苷通过激活腺苷A2A受体(A2AR)抑制促炎细胞因子的产生,并减少树突状细胞和自然杀伤细胞的数量;当该受体被抑制时,肌苷的心脏保护作用消失。此外,使用C2C12成肌细胞的体外研究表明,在模拟心肌缺血再灌注损伤的氧糖剥夺/再复氧条件下,肌苷通过嘌呤补救途径作为三磷酸腺苷(ATP)生成的替代碳源来减轻细胞死亡。同样,肌苷逆转了缺血再灌注引起的小鼠心脏ATP水平下降。综上所述,我们的研究结果表明,婴儿双歧杆菌或其代谢物肌苷通过抑制心脏炎症和减轻心脏细胞死亡对缺血再灌注发挥心脏保护作用,提示了急性缺血性心脏损伤的预防性治疗选择。

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
预防性补充婴儿双歧杆菌或其代谢物肌苷是否能减轻心肌缺血再灌注损伤,其潜在机制是什么?
核心机制
肌苷通过激活腺苷A2A受体抑制炎症(减少促炎细胞因子和免疫细胞),并通过嘌呤补救途径作为替代碳源生成ATP,从而减轻细胞死亡。
主要证据
小鼠I/R模型中B. infantis灌胃和肌苷处理改善心功能、减少纤维化和细胞凋亡;RNA-seq显示肌苷改善能量代谢、抑制炎症和凋亡;C2C12细胞OGDR实验证实肌苷通过嘌呤补救途径提高ATP水平、减少细胞死亡。
研究意义
该研究为急性缺血性心脏损伤提供了预防性治疗选择,并提示B. infantis或其代谢物肌苷在更广泛的心血管疾病中的应用潜力。

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

B. infantis灌胃对心肌I/R损伤的保护作用

验证预防性灌胃B. infantis是否能减轻心肌I/R损伤。

小鼠经抗生素清除肠道菌群后,每日灌胃B. infantis或PBS,持续7天,然后进行心肌I/R手术,评估心功能、纤维化、细胞凋亡及血清cTnT水平。

2

肌苷重现B. infantis的心脏保护作用

验证B. infantis的代谢物肌苷是否能模拟B. infantis的心脏保护效果。

通过腹腔注射肌苷处理I/R小鼠,评估心功能、纤维化、血清cTnT及心脏组织学变化。

3

转录组分析揭示肌苷的机制

通过转录组分析探究肌苷对I/R心脏的基因表达影响及潜在机制。

对I/R后1天的心肌组织进行RNA测序,分析差异表达基因、GO富集和GSEA。

4

验证肌苷的抗炎作用依赖于A2AR

验证肌苷抑制炎症是否通过腺苷A2A受体(A2AR)介导。

给I/R小鼠施用A2AR抑制剂ZM241385,观察肌苷对心功能及炎症因子(IL-1β、IL-6)的影响是否被逆转。

5

体外OGDR模型验证肌苷的抗凋亡机制

在体外模拟I/R的OGDR条件下,验证肌苷是否通过嘌呤补救途径减少细胞死亡。

将C2C12肌母细胞在OGDR条件下培养,给予肌苷处理,检测细胞活力、死亡及ATP水平,并使用siRNA敲低相关酶(Pgm2, Prps1, Hprt1, Aprt)及药理学抑制剂(forodesine)验证机制。

6

体内验证肌苷补充对ATP水平的影响

验证肌苷在体内是否通过提高ATP水平发挥心脏保护作用。

检测I/R后不同时间点及肌苷处理小鼠心脏组织的ATP水平。

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
万古霉素Sigma-Aldrich1404-94-9
新霉素Macklin1405-10-3
甲硝唑Solarbio443-48-1
阿斯巴甜MacklinA801109
双歧杆菌MRS肉汤Hopebio--
DNeasy PowerSoil Pro 试剂盒QIAGEN47016
KAPA SYBR FAST 试剂盒KAPAKK4601
Vevo 3100 成像系统Visual Sonics--
TUNEL凋亡检测试剂盒VazymeA113-03
天狼星红染料Leagene BiotechnologyDC0041
韦格特铁苏木素ZSGB-BIOZLI-9610
中性树胶AladdinN116470
三色染色试剂盒Scy TekTRM-1
抗IL-1β抗体Proteintech16806-1-AP
山羊抗兔二抗BiossSP-0022
DAB显色液Cell Signaling Technology8059
安捷伦1290 Infinity II液相色谱系统Agilent Technologies--
安捷伦6495三重四极杆液质联用仪Agilent Technologies--
ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱Agilent Technologies--
Illumina链特异性mRNA文库制备试剂盒Illumina--
cTnT ELISA试剂盒YutongF7649B
IL-1β ELISA试剂盒AbclonalRK00006
IL-6 ELISA试剂盒AbclonalRK00008
FACS Canto II流式细胞仪BD Biosciences--
抗小鼠CD16/32抗体BioLegend101319
BV421抗小鼠CD45抗体BioLegend103134
BV510抗小鼠CD11b抗体BioLegend101263
APC抗小鼠CD3抗体BioLegend100235
BV605抗小鼠Ly6C抗体BioLegend128036
FITC抗小鼠Ly6G抗体BioLegend127605
PE抗小鼠F4/80抗体BioLegend123109
PE抗小鼠NK1.1抗体BioLegend156503
PE抗小鼠CD11c抗体BioLegend117307
APC抗小鼠I-Ab抗体BioLegend116417
DMEM培养基BI--
Alamar Blue试剂SolarbioA7631
钙黄绿素-AM----
碘化丙啶----
Cytation 5荧光多功能酶标仪Agilent Technologies--
JetPrime转染试剂Polyplus101000046
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596018
RevertAid预混液Thermo Fisher ScientificM1631
TB Green预混液TakaraRR420D
AMP含量检测试剂盒SolarbioBC1024
安捷伦1260高效液相色谱系统Agilent Technologies--
Diamonsil Plus C18色谱柱----
ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
BioTek Cytation 7细胞成像多功能检测仪Agilent Technologies--
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012

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
小鼠品系(C57BL/6J)、性别(雄性)、周龄(8-10周)、I/R手术方法(LAD结扎40分钟)、I/R后检测时间点
阅读提示:Methods: Animals, I/R studies in vivo; Figure 1 legend
B. infantis灌胃
菌株(CICC 6069)、灌胃剂量(2×10^7 CFU/天)、灌胃时长(7天)、抗生素预处理
阅读提示:Methods: Bacterial strains and oral administration; Figure 1B,C
肌苷处理
给药途径(腹腔注射)、给药方案(I/R前7天至I/R后7天每天一次)、剂量
阅读提示:Methods: I/R studies in vivo; Figure 3B
A2AR抑制实验
A2AR抑制剂(ZM241385)给药方式、剂量、时间
阅读提示:Results: Inosine attenuated cardiac inflammation...; Figure 5E-G
体外OGDR实验
C2C12细胞培养条件、OGDR条件(0.1% O2, 5% CO2, 94.9% N2,无血清无糖DMEM 8小时,再复氧2小时)、肌苷浓度、siRNA序列、转染试剂
阅读提示:Methods: OGDR induction, siRNA-mediated gene knockdown; Figure 6C-E