阿克曼氏菌改变肠道菌群和免疫系统以改善小鼠模型中的心血管疾病

Akkermansia muciniphila Alters Gut Microbiota and Immune System to Improve Cardiovascular Diseases in Murine Model.

作者信息Xin He, Yang Bai, Haiyang Zhou, Kemin Wu
PMID35774450
发布时间2022-06-14
DOI10.3389/fmicb.2022.906920

实验完整度

包含小鼠疾病模型、16S rRNA测序、ELISA、IHC、qRT-PCR、Western blot等多层级实验,并进行了功能预测和相关性分析,验证了A. muciniphila对AAA的抑制作用。

主要模型

C57BL/6J小鼠腹主动脉瘤模型 肠道菌群样本

重点核对

C57BL/6J小鼠,5-6月龄,雄性,每组10只,随机分为5组 AAA模型构建:0.5 mol/L CaCl2处理腹主动脉15分钟 A. muciniphila处理:2×10^8 CFU/180 μl口服灌胃,共28天 检测指标:腹主动脉直径、组织病理、免疫因子、肠道菌群16S rRNA测序 统计分析:双因素方差分析,n=10/组

摘要

肠道菌群在多种心血管疾病中发挥重要作用。基于菌群筛选的益生菌能有效改善机体代谢和免疫功能,在心血管疾病治疗领域具有重要价值。腹主动脉瘤(AAA)是指腹主动脉壁病变或损伤导致局部膨出,是一种以搏动性肿块为主要临床症状的心血管疾病。既往研究证实,AAA患者或小鼠肠道中阿克曼氏菌(A. muciniphila)减少。A. muciniphila是一种治疗肠道微生物组相关疾病的潜在益生菌。因此,本研究旨在探讨A. muciniphila对AAA小鼠肠道菌群和疾病相关生物标志物的影响。采用C57BL/6J小鼠构建AAA模型,并用A. muciniphila处理。AAA组主动脉瘤形成与腹主动脉直径增加和炎症浸润相关。A. muciniphila抑制AAA形成并修复组织损伤。模型组肠道菌群数量和α多样性指数降低。A. muciniphila增加了AAA小鼠肠道菌群数量和α多样性。AAA组中未培养细菌和乳杆菌属的丰度增加,而毛螺菌科NK4A136群的丰度降低。与对照组相比,AAA组组织中MMP-1、MMP-9、IL-33、CTSB和CTSL水平以及血液中IL-6、IFN-γ和CRP水平显著升高,血液中IL-4、IL-10和IL-17A水平显著降低。A. muciniphila干预逆转了这些变化。肠道菌群功能预测显示大肠杆菌、梭菌属和乳杆菌属代谢相关功能通路发生变化。属水平上,阿克曼氏菌与螺杆菌属和乳杆菌属呈负相关,与狭义梭菌属1和埃希氏菌志贺氏菌呈正相关。总之,A. muciniphila通过恢复肠道菌群多样性、改变外周免疫因子表达以及大肠杆菌、梭菌属和乳杆菌属的功能来抑制AAA形成,这可能为益生菌在心血管疾病中的应用提供新的理论基础。

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
探究Akkermansia muciniphila对腹主动脉瘤小鼠肠道菌群和疾病相关生物标志物的影响及其潜在机制。
核心机制
A. muciniphila通过恢复肠道菌群多样性、调节外周免疫因子表达(如降低IL-33、IL-6、IFN-γ、CRP,升高IL-4、IL-10、IL-17A)以及调控大肠杆菌、梭菌属和乳杆菌属相关代谢通路来抑制AAA形成。
主要证据
在C57BL/6J小鼠AAA模型中,A. muciniphila干预显著降低腹主动脉直径,改善组织病理(HE、天狼星红、Van Gieson染色),降低MMP-1、MMP-9、CTSB、CTSL和IL-33水平,恢复肠道菌群α多样性,并改变特定菌群丰度。
研究意义
为益生菌在心血管疾病(尤其是AAA)治疗中的应用提供新的理论依据。

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

构建AAA小鼠模型及分组

建立腹主动脉瘤小鼠模型,并设置不同处理组以评估A. muciniphila的效果。

使用C57BL/6J小鼠,通过腹腔注射戊巴比妥麻醉,分离腹主动脉,用含0.5 mol/L CaCl2的棉纱布敷于主动脉外表面15分钟以诱导AAA。小鼠分为对照组、假手术组、AAA组、AAA+Am组、AAA+灭活Am组,每组10只。

2

评估主动脉形态和组织病理

检测A. muciniphila对AAA形成和血管壁结构的影响。

处死小鼠后取主动脉,测量腹主动脉直径,并进行HE染色、天狼星红染色和Van Gieson染色观察组织病理变化。

3

分析肠道菌群多样性和组成

探究A. muciniphila对AAA小鼠肠道菌群多样性和组成的影响。

收集粪便样本,提取DNA,对16S rRNA V3-V4区域进行PCR扩增,Illumina NovaSeq6000测序,使用QIIME2和R软件进行α多样性、β多样性、物种组成和功能预测分析。

4

检测免疫因子表达

检测AAA小鼠组织和血液中免疫因子水平,评估A. muciniphila的免疫调节作用。

使用ELISA检测腹主动脉组织和外周血中MMP-1、MMP-9、CTSB、CTSL、IL-4、IL-6、IL-10、IL-17A、IFN-γ、CRP水平;使用IHC、qRT-PCR和Western blot检测IL-33表达;Western blot检测PCNA、OPN、α-SMA表达。

5

肠道菌群功能预测和相关性分析

探索A. muciniphila对肠道菌群功能通路的影响以及与关键菌属的相关性。

使用PICRUSt2和MetaCyc数据库预测菌群功能,通过LefSe分析差异通路;使用Spearman相关分析Akkermansia与其他菌属的相关性。

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
阿克曼氏菌 (ATCC-BAA-865, DSM 22959)BioVector NTCC Inc.DSM
脑心浸液培养基----
L-半胱氨酸----
脑心浸液琼脂Land Bridge Technology Corporation--
氯化钙----
粪便基因组DNA提取试剂盒Tiangendp328-02
Qubit dsDNA HS检测试剂盒Shanghai Yishen Biotechnology Co., Ltd.12640ES76
Phusion酶ApexBioK1031
BMSX-200试剂盒Wuxi Baimag Biotechnology Co., Ltd.--
琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒Tiangendp209-03
MMP-1 ELISA试剂盒Shanghai Meilianml037721
MMP-9 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E08007m
CTSB ELISA试剂盒CUSABIOCSB-EL006185MO
CTSL ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0251c
IL-4 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04634m
IL-6 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04639m
IL-10 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04594m
IL-17A ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04608m
IFN-γ ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04578m
CRP ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E07922r
伊红Wellbio--
天狼星红染色液Wellbio--
Van Gieson染色液Wellbio--
抗IL-33一抗Proteintech12372-1-AP
DAB底物ZSGB-Bio--
Trizol试剂Thermo Fisher Scientific--
Hifiscript cDNA合成试剂盒Covin Biosciences--
UltraSYBR混合物Covin Biosciences--
抗IL-33抗体Abcamab187060
抗PCNA抗体Proteintech10205-2-AP
抗OPN抗体Proteintech22952-1-AP
抗α-SMA抗体Proteintech14395-1-AP
抗β-actin抗体Proteintech60008-1-Ig
抗IgG二抗ProteintechSA00001-1;
增强化学发光检测试剂Thermofisher--
显微镜 (BA210T, Motic)MoticBA210T

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
动物模型构建
小鼠品系、性别、年龄、体重、麻醉剂量、CaCl2浓度和处理时间
阅读提示:Materials and Methods: Animal Experiments and Grouping, Abdominal Aortic Aneurysms Model Construction
A. muciniphila处理
菌株来源、培养条件、浓度、给药剂量、给药方式、给药时间
阅读提示:Materials and Methods: Culture and Preparation of A. muciniphila, Animal Experiments and Grouping
肠道菌群测序
粪便样本量、DNA提取试剂盒、PCR引物、测序平台、质量控制方法、分析软件版本
阅读提示:Materials and Methods: 16S rRNA Gene Sequencing and Analysis
免疫因子检测
组织样本处理、ELISA试剂盒品牌和货号、抗体稀释比例、内参基因
阅读提示:Materials and Methods: ELISA Assay, Immunohistochemistry, Real-Time Reverse Transcription-PCR Assay, Western Blot
统计分析
每组样本量(n=5? 10?),统计方法(ANOVA、t检验),P值阈值
阅读提示:Materials and Methods: Analysis and Statistics; Figure legends