促进肠道抗菌防御和微生物组共生有助于IL-22介导的小鼠酒精性肝炎保护

Promoting intestinal antimicrobial defense and microbiome symbiosis contributes to IL-22-mediated protection against alcoholic hepatitis in mice.

作者信息Ruichao Yue, Xiaoyuan Wei, Liuyi Hao, Haibo Dong, Wei Guo, Xinguo Sun, Jiangchao Zhao, Zhanxiang Zhou, Wei Zhong
PMID37908362
发布时间2023-10-16
DOI10.3389/fimmu.2023.1289356

实验完整度

包含慢性酒精喂养模型、IL-22治疗、急性IL-22处理、STAT3条件敲除小鼠、肠道类器官、16S rRNA测序及功能验证等多个证据层级。

主要模型

C57BL/6J小鼠慢性酒精喂养模型 肠上皮细胞STAT3条件敲除小鼠 小肠类器官

重点核对

IL-22剂量:1 mg/kg,隔天腹腔注射,持续最后2周 酒精饲料浓度:4.00%、4.14%、4.28%、4.42%(每两周递增) 类器官IL-22处理浓度和时间:100 ng/ml,10小时 急性IL-22处理时间点:1、3、8小时 样本量:每组6只小鼠

摘要

背景 白介素22(IL-22)的肝脏保护作用已在多种肝损伤模型中被报道,包括酒精相关性肝病(ALD)。然而,IL-22在酒精性肝炎中的肠道作用仍待阐明。 方法 在喂食酒精8周的小鼠中测量肠道IL-22水平。随后给予酒精喂养小鼠IL-22以测试其对减轻酒精性肝炎的保护作用,重点关注肠道保护。对小鼠进行急性IL-22处理,进一步探讨IL-22与抗菌肽(AMP)诱导之间的联系。生成肠上皮细胞特异性信号转导和转录激活因子3(STAT3)敲除小鼠,并用于类器官研究,以探讨其在IL-22介导的AMP表达和肠道屏障完整性中的作用。 结果 酒精喂养8周后,小鼠肠道IL-22水平显著降低。对酒精喂养小鼠给予IL-22治疗可减轻肝损伤,表现为血清转氨酶水平恢复正常、肝脏组织学改善、脂质积累减少和炎症减轻。在肠道中,酒精减少的Reg3γ和α-防御素水平被IL-22治疗逆转。IL-22还改善了酒精喂养小鼠的肠道屏障完整性并减少了内毒素血症。虽然酒精喂养显著减少了阿克曼菌,但IL-22给药在 mice 中显著扩增了这种共生菌。无论是否存在酒精,急性IL-22处理均可快速且强烈地诱导肠道AMP和STAT3激活。通过使用从WT小鼠和肠上皮STAT3缺陷小鼠分离的体外培养肠道类器官,我们进一步证明STAT3是IL-22介导的AMP表达所必需的。此外,IL-22还调节肠上皮分化,如通过STAT3直接调节钠氢交换体3所示。 结论 我们的研究表明,IL-22不仅靶向肝脏,而且在许多方面有益于肠道。IL-22的肠道效应包括调节AMP表达、微生物群和肠道屏障功能,这对于改善酒精诱导的肠道源性细菌病原体易位和肝脏炎症至关重要。

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
IL-22是否通过调节肠道抗菌肽、微生物群和屏障功能来减轻酒精性肝炎?
核心机制
IL-22通过激活肠上皮STAT3信号,诱导抗菌肽(包括Reg3家族和α-防御素)表达,促进Akkermansia等共生菌富集,并增强肠道屏障功能,从而减少内毒素易位和肝脏炎症。
主要证据
慢性酒精喂养小鼠中,IL-22治疗恢复了酒精抑制的Reg3γ、α-防御素和ZO-1表达,增加了Akkermansia丰度,并降低了血清和肝脏LPS水平;类器官实验证实STAT3对于IL-22诱导的AMP表达是必需的。
研究意义
该研究为IL-22在酒精性肝炎治疗中的潜在临床应用提供了理论基础,表明IL-22可能同时靶向肠道和肝脏。

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

慢性酒精喂养模型建立与IL-22治疗

建立酒精性肝炎小鼠模型,并评估IL-22治疗对肝脏和肠道损伤的影响。

12周龄雄性C57BL/6J小鼠给予Lieber-DeCarli液体饲料(含酒精或不含酒精)8周,酒精浓度每两周递增(4.00%、4.14%、4.28%、4.42%)。IL-22组在最后2周隔天腹腔注射重组小鼠IL-22(1 mg/kg)。

2

肝脏损伤和脂质积累评估

评估酒精诱导的肝损伤和脂质积累,以及IL-22的改善作用。

检测血清ALT和AST水平;肝脏H&E染色观察组织学变化;BODIPY染色检测中性脂滴;测定肝脏TG和FFA含量;qPCR检测脂质代谢相关基因表达。

3

肝脏炎症和LPS易位评估

评估酒精诱导的肝脏炎症和细菌产物易位,以及IL-22的抑制作用。

免疫荧光染色检测F4/80+巨噬细胞和MPO+中性粒细胞;qPCR检测炎症因子(Tnfα、Ccl2、Sele)和LPS信号分子(Lbp、Cd14);ELISA和LAL法检测血清和肝脏LPS水平。

4

肠道微生物组分析

分析酒精和IL-22对肠道菌群组成和功能的影响。

提取盲肠内容物DNA,扩增16S rRNA V4区,在Illumina MiSeq平台测序;使用Mothur软件分析,计算α多样性和β多样性;LEfSe分析差异菌群;PICRUSt预测功能基因;构建共现网络。

5

肠道抗菌肽和屏障功能检测

评估IL-22对酒精抑制的肠道抗菌肽和屏障功能的恢复作用。

通过qPCR检测回肠AMP基因(Reg3β、Reg3γ、Defa4、Defa5、Defa24、Mmp7)和Il22ra1表达;免疫荧光染色检测DEFA5和ZO-1分布。

6

急性IL-22处理的时间效应

探究IL-22快速诱导肠道AMP表达和STAT3激活的时程。

WT小鼠单次腹腔注射重组IL-22(1 mg/kg)或生理盐水,分别于1、3、8小时后取材,检测回肠AMP基因表达和STAT3磷酸化。

7

类器官实验验证STAT3依赖性

在体外类器官模型中验证STAT3在IL-22诱导AMP表达和肠上皮分化中的作用。

从Stat3fl/fl和Stat3IEC-/-小鼠分离小肠隐窝,培养于Matrigel中;形成类器官后用100 ng/ml IL-22处理10小时,检测AMP基因(Reg3g、Defa24、Mmp7)和Nhe3表达,并进行免疫荧光染色。

8

肠上皮分化评估

评估IL-22对肠上皮细胞分化的影响。

通过免疫荧光检测回肠Ki67和NHE3表达;类器官中检测Nhe3基因表达和NHE3蛋白分布。

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
Lieber-DeCarli液体饲料----
重组小鼠IL-22BiolegendCat. #576208
基质胶Corning--
Infinity试剂Thermo Fisher Scientific--
甘油三酯定量试剂盒Abcamab65336
游离脂肪酸定量试剂盒Abcamab65341
BODIPY 493/503Thermo Fisher Scientific--
鲎阿米巴样细胞裂解物检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
EndoLISA内毒素检测试剂盒BioVendor609033
DNeasy PowerLyzer PowerSoil试剂盒Qiagen12855
Illumina MiSeq平台Illumina Inc.--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
TaqMan逆转录试剂Thermo Fisher ScientificN8080234
SYBR green PCR预混液Qiagen330523
T-PER蛋白提取试剂Fisher Scientific--
蛋白酶抑制剂Sigma-Aldrich--
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139
抗磷酸化STAT3抗体Cell Signaling Technology9145
抗β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA5316
IL-22 ELISA试剂盒R&D SystemsM2200
抗IL-22抗体GenetexGTX18498
抗F4/80抗体BD Biosciences565409
抗MPO抗体Lifespan BiosciencesLS-B6699
抗DEFA5抗体ElabscienceESAP13305
抗ZO-1抗体MilliporeMABT11
抗Ki67抗体MilliporeAB9260
抗NHE3抗体Novus BiologicalsNBP1-82574
Alexa Fluor 594标记IgG抗体Jackson ImmunoResearch Laboratories--

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
慢性酒精喂养模型
小鼠品系、性别、年龄、酒精浓度及递增方式、喂养时长、配对喂养对照
阅读提示:Materials and methods: Chronic alcohol feeding and IL-22 treatments
IL-22干预
IL-22剂量、给药途径、频率、时间窗口
阅读提示:Materials and methods: Chronic alcohol feeding and IL-22 treatments
急性IL-22处理
IL-22剂量、时间点(1、3、8小时)、对照组
阅读提示:Materials and methods: Chronic alcohol feeding and IL-22 treatments; Results: IL-22 directly regulates intestinal AMP production through STAT3 signaling
类器官培养和IL-22处理
类器官来源小鼠基因型、Matrigel培养条件、IL-22浓度和处理时间
阅读提示:Materials and methods: Organoid culture and treatments; Results: IL-22 directly regulates intestinal AMP production through STAT3 signaling
16S rRNA测序
样本来源(盲肠内容物)、DNA提取试剂盒、测序区域(V4)、平台、生物信息学软件版本及数据库
阅读提示:Materials and methods: Sequencing and analysis of the bacterial 16S amplicons