脾切除术通过恢复肠道菌群平衡改善肝硬化

Splenectomy ameliorates liver cirrhosis by restoring the gut microbiota balance.

作者信息Ye Jin, Meixin Shi, Jing Feng, Zhengwei Zhang, Bingbing Zhao, Qingyu Li, Ligen Yu, Zhaoyang Lu
PMID38214780
发布时间2024-01-12
DOI10.1007/s00018-023-05055-5

实验完整度

包含体内动物模型(ConA诱导LC小鼠、SP手术、韦荣球菌灌胃、Tlr4条件敲除小鼠)和体外细胞实验(HSC、HC),并进行功能验证和机制验证。

主要模型

ConA诱导的LC小鼠模型 小鼠原代肝星状细胞(HSC) 小鼠原代肝细胞(HC)

重点核对

ConA尾静脉注射剂量为12.5 mg/kg,每周一次,共5次;SP于第5次注射后1天进行 韦荣球菌灌胃剂量为2×10^8 CFU/0.2 mL PBS,每隔一天一次 细胞实验中,韦荣球菌CM处理24小时;Resatorvid(Tlr4抑制剂)浓度为1 nM 使用C57BL/6JGpt小鼠;Tlr4条件敲除小鼠(Tlr4HSCΔ和Tlr4HCΔ)通过Cre-loxP系统生成 统计分析使用GraphPad Prism 8.0.2,采用t检验或ANOVA

摘要

背景:肠道菌群失调在肝硬化(LC)患者中很常见,且据报道脾切除术(SP)可改善LC。在此,我们报告了SP对肠道菌群的影响,尤其是对小韦荣球菌(Veillonella parvula,一种胃肠道革兰氏阴性球菌)的影响,及其在LC小鼠中的潜在机制。方法:通过尾静脉注射刀豆蛋白A(ConA)诱导LC小鼠模型,随后进行SP。进行16s rRNA测序以分析ConA诱导和SP对小鼠肠道菌群及受肠道菌群影响的基因表达的影响。接受SP的LC小鼠被灌胃小韦荣球菌。同样,用韦荣球菌条件培养基(CM)诱导肝星状细胞(HSC)和肝细胞(HC)。结果:SP通过恢复肠道屏障功能和维持肠道菌群平衡减轻了小鼠LC,其中韦荣球菌是关键属。对LC小鼠灌胃小韦荣球菌逆转了SP的改善作用。小韦荣球菌的CM促进了HSC的活化以及IL-6、IL-1β和TNF-α的释放。此外,小韦荣球菌的CM诱导了HC的焦亡以及ALT和AST的释放。小韦荣球菌代表了肠道菌群的不平衡,从而增强了肝脏中肠道来源的内毒素,主要靶点是Tlr4/Nlrp3。抑制Tlr4阻断了小韦荣球菌诱导的HC损伤、HSC活化及后续的LC进展。结论:SP介导的肠道菌群调节通过抑制肝脏中的Tlr4/Nlrp3改善ConA相关的LC进展。

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
脾切除术能否通过调节肠道菌群来改善肝硬化,其具体机制是什么?
核心机制
脾切除术通过恢复肠道菌群平衡,降低韦荣球菌(特别是小韦荣球菌)的丰度,从而抑制肝脏中Tlr4/Nlrp3炎症通路,减少肝细胞焦亡和肝星状细胞活化,最终改善肝硬化。
主要证据
在ConA诱导的LC小鼠模型中,SP降低了血清ALT、AST和炎症因子水平,改善了肝组织病理;16s rRNA测序显示SP减少了韦荣球菌丰度;韦荣球菌灌胃逆转了SP的改善作用;体外实验表明小韦荣球菌CM促进HSC活化和HC焦亡,而Tlr4抑制剂或条件性敲除Tlr4可阻断这些效应。
研究意义
该研究揭示了脾切除术治疗肝硬化的新机制,即通过调节肠道菌群和Tlr4/Nlrp3通路,为肝硬化治疗提供了新的策略。

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

ConA诱导LC小鼠模型及SP干预

建立肝硬化小鼠模型,并观察脾切除术对肝硬化的影响。

通过尾静脉注射ConA(12.5 mg/kg)每周一次,共5周,诱导LC模型;在第5次注射后1天进行脾切除术或假手术。8周后处死小鼠,收集血清、肝脏、结肠和粪便样本。

2

肠道菌群16s rRNA测序分析

比较ConA诱导和SP对肠道菌群组成的影响,并确定关键菌属。

提取粪便样本gDNA,进行16s rRNA全长扩增,使用纳米孔测序仪进行高通量测序,分析属水平和物种水平上韦荣球菌的丰度变化。

3

韦荣球菌灌胃回补实验

验证韦荣球菌(特别是小韦荣球菌)是否是SP改善LC所必需的。

对接受SP的LC小鼠灌胃纯小韦荣球菌(2×10^8 CFU/0.2 mL PBS)或PBS,每隔一天一次,直至处死。检测血清肝损伤指标、炎症因子、肝脏组织学变化。

4

肠道屏障功能检测

评估SP和韦荣球菌灌胃对肠道屏障完整性的影响。

通过ELISA检测结肠组织中LPS水平、血清DAO和D-乳酸水平;通过免疫荧光检测结肠组织中紧密连接蛋白Claudin-1、Jam-a和Occludin的表达。

5

体外细胞实验:韦荣球菌CM对HSC和HC的影响

检测韦荣球菌产生的物质对肝星状细胞活化和肝细胞损伤的直接作用。

用韦荣球菌条件培养基(CM)处理小鼠原代HSC和HC 24小时,检测细胞活力(CCK8)、死亡(Calcein-AM/PI染色)、HSC活化标志物(α-SMA、Collagen I、Ctgf)表达、HC损伤标志物(ALT、AST)释放。

6

机制验证:Tlr4/Nlrp3通路

验证Tlr4/Nlrp3通路是否介导韦荣球菌对HSC和HC的影响。

在体外,用Tlr4抑制剂Resatorvid处理细胞,检测对HSC活化、HC焦亡的影响;在体内,使用HSC特异性Tlr4敲除小鼠(Tlr4HSCΔ)和HC特异性Tlr4敲除小鼠(Tlr4HCΔ),观察对ConA诱导LC和韦荣球菌灌胃的影响。

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AAbmole Bioscience Inc.--
ALT/GPT ELISA试剂盒Cusabio BiotechCSB-E16539m
AST ELISA试剂盒Cusabio BiotechCSB-E12649m
IL-6 ELISA试剂盒Abcamab222503
IFN-γ ELISA试剂盒Abcamab282874
TNF-α ELISA试剂盒Abcamab208348
IL-1β ELISA试剂盒Abcamab197742
LPS ELISA试剂盒BioswampMU30451
DAO ELISA试剂盒Cusabio BiotechCSB-E10090m
D-乳酸检测试剂盒Abcamab83429
改良天狼星红染色试剂盒SolarbioG1472
ZymoBIOMICS DNA微量提取试剂盒Zymo ResearchD4301
PicoGreen荧光染料上海哈灵生物科技有限公司--
NEBNext FFPE修复混合液New England BiolabsM6630
NEBNext Ultra II末端修复/dA加尾模块New England BiolabsE7546
GridION纳米孔测序仪Oxford Nanopore Technologies--
抗α-SMA抗体Abcamab124964
抗Tlr4抗体Novus BiologicalsNBP2-24821
抗Nlrp3抗体Novus BiologicalsMAB7578-SP
抗Ki67抗体Proteintech28074-1-AP
HRP标记的山羊抗兔IgGBeyotimeA0208
抗Claudin 1抗体Proteintech28674-1-AP
抗Jam-a抗体Proteintech16-183-1-AP
抗Occludin抗体Abcamab216327
Alexa Fluor 488偶联二抗BeyotimeA0423
Alexa Fluor 647偶联二抗BeyotimeA0468
Alexa Fluor 555偶联二抗Abcamab150082
小鼠原代肝细胞ProcellCP-M033
小鼠原代肝星状细胞ProcellCP-M041
肝细胞完全培养基ProcellCM-M033
肝星状细胞完全培养基ProcellCM-M041
雷沙托韦MedChemExpressHY-11109
CCK8溶液Glpbio--
活/死细胞双染色试剂盒BiolabHR0444
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒SbjBio--
PVDF膜EMD Millipore--
抗Ctgf抗体Abcamab209780
抗Collagen I抗体Abcamab260043
抗GAPDH抗体BeyotimeAF1186
ECL Western blot底物试剂盒Abcamab65623

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
ConA剂量、注射途径、注射次数、SP手术时间、小鼠品系和周龄
阅读提示:Materials and methods: Experimental protocol
肠道菌群测序
样本数量、DNA提取方法、16s rRNA扩增区域、测序平台
阅读提示:Materials and methods: 16s rRNA sequencing analysis
韦荣球菌灌胃
菌株来源、灌胃剂量、灌胃频率、灌胃时间
阅读提示:Materials and methods: Experimental protocol
细胞实验
细胞类型、培养条件、CM制备方法、处理浓度和时间、Resatorvid浓度
阅读提示:Materials and methods: Mouse primary cell culture and treatment
生化检测
ELISA试剂盒型号、检测指标、样本类型
阅读提示:Materials and methods: Biochemical testing
组织学分析
切片厚度、染色方法、抗体浓度
阅读提示:Materials and methods: Liver histology, Immunohistochemistry and immunofluorescence