新生儿母婴分离诱导的早期生活应激导致肠道5-HT积累并引起肠道功能障碍

Early-Life Stress Induced by Neonatal Maternal Separation Leads to Intestinal 5-HT Accumulation and Causes Intestinal Dysfunction.

作者信息Ding Yang, Rulan Bai, Chengzhong Li, Yan Sun, Hongyu Jing, Zixu Wang, Yaoxing Chen, Yulan Dong
PMID39588137
发布时间2024-11-19
DOI10.2147/JIR.S488290

实验完整度

包含体内NMS小鼠模型、PCPA干预、肠道屏障与功能检测,以及体外N2a细胞系验证5-HT4受体和Wnt通路,具备多层级功能与机制验证。

主要模型

NMS小鼠模型(C57BL/6J) N2a小鼠神经母细胞瘤细胞系

重点核对

NMS模型建立:出生后第3至14天,每天与母鼠分离3小时(9:00-12:00) PCPA处理:腹腔注射300 mg/kg(溶于0.5% CMC-Na/生理盐水),从出生后第3至14天每天8:00给药 主要检测时间点:8周龄(成年)处死小鼠进行表型分析 体外处理:N2a细胞用10 μM全反式维甲酸分化3天,随后用1 μM 5-HT、10 nM GR113808或20 μM IWP-2处理2天 肠道功能检测:FITC-葡聚糖通透性、粪便含水量、全胃肠转运时间、结肠排出时间、腹壁撤退反射

摘要

背景:儿童早期是发育的关键阶段,在此期间经历压力可能会增加患胃肠道疾病(包括肠易激综合征(IBS))的风险。在啮齿动物模型中,新生儿母婴分离(NMS)已被证明可导致类似于IBS的肠道功能障碍,而5-HT被认为是调节肠道功能的关键调节因子,但确切的内在机制仍不清楚。结果:我们建立了母婴分离应激小鼠模型来模拟早期生活应激,探讨慢性应激下5-HT的表达模式及其影响肠道功能的机制。我们观察到NMS导致5-HT表达显著增加,导致肠道结构和功能破坏。然而,抑制5-HT可逆转这些效应,表明其作为治疗靶点的潜力。此外,我们的研究表明,早期生活应激小鼠体内过量的5-HT增加了肠道神经网络密度,并促进了兴奋性运动神经元的表达。机制上,5-HT通过5-HT4受体激活Wnt信号通路,促进肠道神经系统内的神经发生。结论:这些发现揭示了早期生活应激引起的肠道复杂变化,证实了5-HT在肠神经系统中的调节作用,并为开发胃肠道疾病的新疗法提供了潜在的见解。

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
早期生活应激如何通过5-HT影响肠道功能及其潜在机制。
核心机制
5-HT通过激活5-HT4受体,触发Wnt信号通路,促进肠神经系统神经发生,增加兴奋性神经元,从而调节肠道运动。
主要证据
NMS小鼠模型显示肠道5-HT水平升高,伴随肠道屏障损伤和运动功能改变;PCPA抑制5-HT后逆转这些效应;N2a细胞中5-HT通过5-HT4受体激活Wnt通路并促进神经发生标志物表达。
研究意义
研究揭示了早期生活应激通过5-HT/5-HT4受体-Wnt通路重塑肠神经系统,为理解IBS的发病机制和开发靶向5-HT信号的胃肠道疾病新疗法提供了见解。

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NMS小鼠模型并检测5-HT表达

验证早期生活应激是否导致肠道5-HT水平升高。

将新生小鼠从出生后第3至14天每天与母鼠分离3小时,在14天和8周龄时检测结肠和血清5-HT水平,并通过免疫荧光检测结肠5-HT阳性细胞、EC数量及SERT和TPH表达。

2

PCPA抑制5-HT并评估肠道屏障和功能

验证5-HT在NMS诱导的肠道屏障和功能改变中的作用。

对NMS小鼠腹腔注射PCPA抑制5-HT合成,检测肠道通透性、粪便含水量、肠道运动、内脏敏感性,以及紧密连接蛋白和炎症标志物表达。

3

检测肠道微生物组成

探讨5-HT是否影响肠道微生物组成。

收集粪便样本,通过16S rRNA基因测序分析微生物组成,比较各组OTU、α多样性及特定菌属丰度。

4

分析肠神经系统神经发生和神经元类型

验证5-HT是否促进肠神经发生并改变神经元类型。

通过免疫荧光检测肠肌间神经丛中HUC/D、Tuj1、S100β、Chat和nNOS的表达,并使用NADPH-d染色检测氮能神经元。

5

体外N2a细胞验证5-HT4受体和Wnt通路机制

验证5-HT通过5-HT4受体激活Wnt通路促进神经发生的分子机制。

N2a细胞用5-HT处理,并加入5-HT4受体拮抗剂GR113808或Wnt抑制剂IWP-2,检测Wnt通路蛋白和神经发生标志物的表达。

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
异氟烷Sigma-Aldrich792632
PCPASigma-AldrichC6506
胭脂红Sigma-AldrichC6152
FITC标记的葡聚糖Sigma-Aldrich--
5-HT ELISA试剂盒Laibotairui Tech Co., Ltd.E-EL-0033c
TRIzol试剂CoWin Biotech Co., Inc.CW0580
HiScript II Select qRT SuperMixVazymeR312-02
SYBR Green预混液VazymeQ141-02
RIPA裂解液Solarbio Life SciencesR0010
全反式维甲酸Sigma-AldrichR2625
5-羟色胺Sigma-AldrichH9523
GR113808MCEHY-103152
IWP-2MCEHY-13912
Claudin-1抗体Abcamab15098
生物素化山羊抗兔IgGBeyotimeA0277
HRP-链霉亲和素BeyotimeA0303
DAB显色试剂盒Zhongshan Jinqiao Biotech Co., Inc.ZLI-9017
5-HT抗体Biossbs-1126R
CgA抗体Santa CruzSC-13090
Tuj1抗体Abcamab18207
山羊抗兔Alexa Fluor 594Abcamab150080
山羊抗小鼠Alexa Fluor 488Abcamab150113
HuC/D抗体InvitrogenA21271
S100B抗体Abcamab115803
Chat抗体BosterA01192-4
nNOS抗体Abcamab76067
硝基蓝四氮唑Sigma-AldrichN6876
β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸Sigma-AldrichN7505
组织研磨仪JingxinJX-24
酶标仪BioTek--
显微镜OlympusBX51
显微镜NikonTE
OneStep Plus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
DMEM培养基Vivacell--

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
小鼠品系(C57BL/6J)、分离时间(出生后第3-14天,每日3小时)、分离时段(9:00-12:00)、对照组处理、性别(仅雄性)
阅读提示:Materials and Methods - Animals and Treatments; Figure 1A
PCPA干预
PCPA剂量(300 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(出生后第3-14天,每日8:00)、溶剂(0.5% CMC-Na/生理盐水)
阅读提示:Materials and Methods - Animals and Treatments; Figure 2A
肠道屏障功能检测
FITC-葡聚糖分子量(3000-5000 Da)、给药剂量(60 mg/100 g体重)、给药方式(口服灌胃)、采血时间(给药后5小时)、激发/发射波长(492/525 nm)
阅读提示:Materials and Methods - Assessment of Intestinal Permeability
肠道运动功能检测
全胃肠转运时间(6% carmine red 200 μL口服)、结肠排出试验(3 mm玻璃珠插入距肛门2 cm)、内脏敏感性(AWR测试,球囊压力50 mmHg,重复4次,间隔5分钟)
阅读提示:Materials and Methods - In vivo Measurements
体外细胞实验
N2a细胞分化(10 μM ATRA, 3天)、5-HT处理浓度(1 μM)、5-HT4拮抗剂(GR113808 10 nM)、Wnt抑制剂(IWP-2 20 μM)、处理时间(2天)、血清饥饿
阅读提示:Materials and Methods - Cell Culture; Figure 7