湿热环境诱导肠道菌群失调和细菌移位,导致炎症状态并促进某些细菌的增殖和生物膜形成,可能引起粘性粪便

Warm and humid environment induces gut microbiota dysbiosis and bacterial translocation leading to inflammatory state and promotes proliferation and biofilm formation of certain bacteria, potentially causing sticky stool.

作者信息Yinrui Guo, Jianlang He, Shaojie Li, Shiqi Zou, Haiting Zhang, Xin Yang, Jian Wang
PMID39819481
发布时间2025-01-16
DOI10.1186/s12866-024-03730-6

实验完整度

包含小鼠体内湿热模型、临床样本分析、细胞共培养体外实验、细菌/真菌移位模拟、转录组测序及多种表型验证,具备多层级实验证据。

主要模型

C57BL/6小鼠湿热模型 RAW264.7巨噬细胞与白色念珠菌共培养 湿证人群舌苔及唾液样本 细菌移位腹腔注射/灌胃小鼠模型

重点核对

湿热环境条件:温度25±3°C,湿度90±5%,每日8:00-18:00,持续16天 藿香正气水剂量:0.25 mL/只/天,连续4天 腹腔注射细菌剂量:约8×10^5 CFU/g TNF-α浓度:300 pg/mL用于转录组实验 样本量:小鼠每组n=10(细菌移位实验),ELISA n=6,Western blot n=3

摘要

研究背景与目的:环境温度和湿度的波动显著影响人体生理和疾病表现。在中国岭南地区,夏季高温高湿常导致食欲减退、舌苔粘腻、大便粘滞、排便不畅、倦怠、肢体沉重等症状。这些在中医中被称为“湿证”。厚腻舌苔和粘性粪便是“湿证”的特征性症状,也是中医评估健康状况的关键诊断指标。然而,导致这些症状(如粘性粪便和厚腻舌苔)的具体机制尚未完全阐明。了解这些外部症状至关重要,因为它们反映内部健康状况。温暖潮湿的环境有利于微生物生长,可能扰乱肠道菌群和细菌移位,从而诱发免疫炎症反应。本研究的主要目的是探讨免疫反应产物在影响肠道菌群增殖和生物膜形成中的潜在重要作用,进而可能导致粪便特征改变。方法:本研究将小鼠暴露于受控的湿热环境(25±3°C,湿度95%)16天,以模拟“湿证”相关条件。此后,给予传统药物藿香正气水治疗4天。一方面,采集“湿证”患者的唾液和舌苔样本进行微生物培养和生物膜形成评估;另一方面,评估巨噬细胞系RAW264.7与白色念珠菌共培养产物及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)对不同细菌菌株增殖和生物膜形成能力的影响。结果:与对照组相比,处理组肠道菌群发生显著变化,包括生物膜形成增加,而藿香正气水可减轻这些变化。模型组观察到真菌移位,可能触发炎症反应。向小鼠腹腔注射各种细菌菌株可重现粘性粪便特征。小鼠和“湿证”患者均表现出血清炎症细胞因子TNF-α和白细胞介素-17A(IL-17A)水平升高。有趣的是,“湿证”个体的唾液样本显示TNF-α水平升高,并伴有厚腻舌苔。培养“湿证”组个体舌苔样本显示生物膜形成能力增强。白色念珠菌与RAW264.7细胞共培养增加了TNF-α分泌,上清液促进了病原菌增殖和生物膜形成。TNF-α特异性增强白色念珠菌和金黄色葡萄球菌等微生物的生物膜形成,而对副干酪乳杆菌和植物乳杆菌等有益菌的影响在测试条件下很小。结论:这些发现为“湿证”的生物学机制提供了新见解,并支持藿香正气水在治疗与微生物失调和炎症相关症状中的治疗作用。此外,它们表明TNF-α似乎在促进不同微生物物种的增殖和生物膜形成方面具有选择性作用。

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
湿热环境是否通过诱导肠道菌群失调和细菌移位触发炎症,进而影响菌群增殖和生物膜形成,导致粘性粪便。
核心机制
湿热环境导致肠道菌群失调和真菌移位,激活免疫炎症反应,产生TNF-α等炎症因子,TNF-α选择性促进病原菌增殖和生物膜形成,改变粪便特性。
主要证据
湿热模型小鼠肠道菌群失调、真菌移位、血清TNF-α和IL-17A升高;细菌移位模拟实验重现粘性粪便;共培养上清及TNF-α促进病原菌增殖和生物膜形成;湿证患者血清和唾液TNF-α升高。
研究意义
为“湿证”的生物学机制提供了新见解,支持藿香正气水在治疗微生物失调和炎症相关症状中的治疗作用。

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

湿热环境小鼠模型建立与治疗干预

模拟“湿证”环境条件,观察肠道菌群和粪便特征变化,并评估藿香正气水的治疗效果

C57BL/6小鼠暴露于湿热环境(25±3°C,90±5%湿度)16天,随后给予藿香正气水4天,观察粪便形态,第21天采样。

2

肠道菌群组成分析

评估湿热环境对肠道细菌和真菌群落结构的影响

提取粪便DNA,扩增16S rRNA和ITS基因,进行高通量测序,分析α多样性、PCA/PCoA、UPGMA聚类和物种丰度变化。

3

微生物移位与炎症指标检测

检测湿热环境是否导致真菌移位和全身性炎症反应

通过FISH/IF共染色观察结肠组织真菌移位;ELISA检测小鼠和人的血清TNF-α、IL-17A;Western blot检测结肠IL-23和IL-17A蛋白表达。

4

细菌移位模拟实验

验证细菌移位是否能引起粘性粪便

对C57BL/6小鼠腹腔注射不同细菌菌株(白色念珠菌、大肠杆菌、K. pintolopesii等)或灌胃,观察粪便特征变化。

5

共培养上清对菌群增殖和生物膜的影响

探究免疫反应产物对不同细菌菌株增殖和生物膜形成的作用

收集RAW264.7与白色念珠菌共培养上清,处理不同细菌,检测增殖(OD600)和生物膜形成(结晶紫染色),并用SYTO 9/PI染色观察。

6

TNF-α对菌株增殖和生物膜形成的影响

明确TNF-α是否选择性地促进不同菌株的增殖和生物膜形成

使用不同浓度TNF-α处理多种细菌和真菌,检测增殖和生物膜形成能力,并对肺炎克雷伯菌进行转录组测序分析。

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
RAW264.7Pricella--
白色念珠菌Guangdong Microbial Culture Collection CenterCMCC98001
Kazachstania pintolopesii--Bio-109890
Solicoccozyma aeriaATCCATCC10665
LIVE/DEAD® BacLight™ 细菌活力试剂盒Thermo Fisher Scientific--
粪便DNA提取试剂盒Qiagen--
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
HiSeq 2500测序仪Illumina--
胰蛋白胨大豆肉汤HuanKai MicrobialCode024048P1
无灰中速滤纸Solarbio--
SPSS统计软件25SPSS--
Prism 8GraphPad--
脂多糖----
高效液相色谱----

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
温度25±3°C,湿度90±5%,每日8:00-18:00,持续16天;小鼠周龄、性别、品系
阅读提示:Methods: Animals and treatments
药物干预
藿香正气水剂量0.25 mL/只/天,给药方式口服,连续4天
阅读提示:Methods: Animals and treatments
微生物检测
16S rRNA和ITS引物序列、测序平台、DNA提取方法
阅读提示:Methods: Microbiome analysis
细菌移位模拟
腹腔注射剂量约8×10^5 CFU/g,灌胃剂量约8×10^6 CFU/g,小鼠周龄、每组数量
阅读提示:Methods: Simulation experiment of bacterial translocation
体外共培养实验
RAW264.7细胞密度、白色念珠菌浓度、共培养时间6小时、上清过滤孔径
阅读提示:Methods: Detection of proliferation and biofilm formation...
TNF-α处理
TNF-α浓度范围(0-1000 pg/mL),对各菌株的处理时间和条件
阅读提示:Methods: 未单独列出,见Results部分及图6
统计分析
统计方法:单因素方差分析(LSD)或双尾t检验,异方差时使用Welch校正
阅读提示:Methods: Statistical analysis