肥胖相关微生物组通过招募独特的中性粒细胞引发内脏脂肪组织炎症

Obesity-associated microbiomes instigate visceral adipose tissue inflammation by recruitment of distinct neutrophils.

作者信息Dharti Shantaram, Rebecca Hoyd, Alecia M Blaszczak, Linda Antwi, Anahita Jalilvand, Valerie P Wright, Joey Liu, Alan J Smith, David Bradley, William Lafuse, YunZhou Liu, Nyelia F Williams, Owen Snyder, Caroline Wheeler, Bradley Needleman, Stacy Brethauer, Sabrena Noria, David Renton, Kyle A Perry, Prabha Nagareddy, Daniel Wozniak, Sahil Mahajan, Pranav S J B Rana, Maciej Pietrzak, Larry S Schlesinger, Daniel J Spakowicz, Willa A Hsueh
PMID38937454
发布时间2024-06-27
DOI10.1038/s41467-024-48935-5

实验完整度

包含人体样本(VAT、血液)、小鼠模型(微生物组耗竭+粪便灌胃)、转录组分析、中性粒细胞耗竭功能验证及多组学数据,具有多层次证据。

主要模型

人内脏脂肪组织(VAT) 人外周血中性粒细胞 小鼠微生物组耗竭+人粪便灌胃模型

重点核对

VAT中性粒细胞百分比(CD45+细胞中) HFD或正常饮食的5天处理时间 粪便供体肥胖状态(BMI) αLy6G抗体中性粒细胞耗竭(1 g/kg,3次注射) 小鼠品系:C57BL/6(8周龄,雄性)

摘要

中性粒细胞在慢性炎症和代谢紊乱中的作用日益受到重视。在这里,我们展示了肥胖个体的内脏脂肪组织(VAT)比非肥胖个体含有更多的中性粒细胞,并且与独特的细菌群落相关。在探索机制时,我们给微生物组耗竭的小鼠灌胃肥胖和非肥胖患者的粪便,同时给予高脂饮食或正常饮食。只有接受高脂饮食和肥胖受试者粪便的小鼠表现出VAT中性粒细胞的富集,表明供体微生物组和受体饮食决定了VAT中性粒细胞增多。促炎性CD4+ Th1细胞的增加和免疫调节性T细胞的减少仅在出现短暂的中性粒细胞峰值后发生。人类VAT中性粒细胞表现出独特的基因表达模式,这种模式在不同的人类组织(包括肿瘤)中均可发现。VAT中性粒细胞和细菌可能是治疗肥胖炎症驱动并发症(包括胰岛素抵抗和结肠癌)的新治疗靶点。

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
肥胖相关的肠道微生物组是否通过招募中性粒细胞引发内脏脂肪组织炎症?
核心机制
高脂饮食增加肠道通透性,使肠道细菌(如Pseudomonas)易位至VAT,招募中性粒细胞,继而驱动促炎性Th1细胞增加和Treg减少,引发VAT炎症。
主要证据
人体VAT中性粒细胞增多且与胰岛素抵抗相关;小鼠灌胃肥胖粪便+HFD后VAT中性粒细胞富集,且αLy6G抗体耗竭中性粒细胞可防止后续T细胞变化和胰岛素抵抗。
研究意义
VAT中性粒细胞和细菌可能成为治疗肥胖相关炎症并发症(如胰岛素抵抗和结肠癌)的新靶点。

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

人体VAT中性粒细胞丰度检测

确定肥胖个体VAT中中性粒细胞是否增多及其与代谢指标的相关性。

纳入96名受试者(肥胖82名,瘦14名),通过流式细胞术检测SVF中CD45+细胞中中性粒细胞比例,并分析其与HOMA-IR及脂肪细胞炎症因子表达的相关性。

2

VAT细菌检测与来源分析

验证VAT中是否存在细菌及其与肥胖的关联,并推测细菌来源。

在无菌条件下收集手术VAT样本(肥胖10例,瘦7例),扩增16S rRNA基因进行测序,并通过SourceTracker分析细菌来源。

3

小鼠模型验证细菌移位和中性粒细胞招募

在体内验证肥胖供体微生物组和高脂饮食是否决定VAT中性粒细胞增多。

用广谱抗生素和抗真菌药耗竭小鼠固有菌群,然后灌胃肥胖供体(n=4)或瘦供体(n=3)粪便或生理盐水,给予HFD或正常饮食5天,检测VAT中性粒细胞和细菌载荷。

4

中性粒细胞耗竭实验

确定中性粒细胞在VAT炎症进展中的因果作用。

在灌胃和HFD开始前后给予小鼠αLy6G抗体(1g/kg)3次,检测中性粒细胞、T细胞变化及胰岛素敏感性。

5

转录组比较和VIN特征建立

揭示VAT中性粒细胞的特异性表达谱,并建立可应用于bulk数据的特征工具。

从同一受试者分离PB和VAT中性粒细胞进行转录组测序,与公开数据集比较,利用CIBERSORT建立VIN特征,并应用于GTEx和TCGA数据。

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
胶原酶缓冲液----
DMEM培养基----
Ficoll分离液----
葡聚糖----
Quick-RNA提取试剂盒Zymo Research--
可固定活力染料eFluor 506eBioscience65-0866-14
胰岛素ELISA试剂盒EMD MilliporeEZHI-14K
脂联素ELISA试剂盒EMD MilliporeEZHADP-61K
瘦素ELISA试剂盒EMD MilliporeEZHL-80SK
LPS ELISA试剂盒CusabioCSB-E09945h
连蛋白ELISA试剂盒CusabioCSB-EQ027649HU
LBP ELISA试剂盒R&D SystemsDY870-05
葡萄糖测定试剂盒Stanbio LaboratoryREF#1070-125
AllPrep DNA提取试剂盒QIAGEN--
QIAseq文库制备试剂盒QIAGEN--
MiSeq v3试剂盒Illumina--
PowerLyzer 24组织破碎仪----
KAPA HiFi聚合酶----
AC600 PCR操作柜AirClean Systems--
人连蛋白ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H5560
抗生素混合物MilliporeSigma--
抗真菌药MilliporeSigmaA2942
高脂饮食(D12492)Research DietsD12492
体内抗小鼠Ly6G抗体Bio X cellBE0075-1
ACK裂解缓冲液Biolegend420302
转录因子染色缓冲液套装eBioscience00-5523-00
可固定活力染料Zombie yellowBiolegend423104
IV型胶原酶ThermoFisher17104019
脱氧核糖核酸酶IMilliporeSigma10104159001
抗CD16/32抗体BD553141
Cytofix固定缓冲液BD554655
Zymo Research RNA提取试剂盒Zymo ResearchR2052
BIOLINE cDNA合成试剂盒BIOLINEBIO65053
BIOLINE SensiFAST SYBR预混液BIOLINEBIO-98020
BD FACSAria III细胞分选仪BD--
BD LSRII流式细胞仪BD--
Cytek Aurora流式细胞仪Cytek--
BD LSR Fortessa流式细胞仪BD--
蔡司Axio Observer正置显微镜Zeiss--

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
人体VAT中性粒细胞检测
VAT样本收集在手术时、肠道操作前;流式细胞术分析SVF中CD45+细胞的中性粒细胞比例。
阅读提示:Methods: 'Human subjects study design', 'Adipose tissue processing', 'Human blood and VAT flow cytometry and sorting'
VAT细菌16S测序
样本无菌收集,立即冻存;DNA提取使用AllPrep试剂盒,V3-V4引物扩增,MiSeq测序。
阅读提示:Methods: 'Bacterial Amplicon (16S) sequencing and analysis'
小鼠模型
C57BL/6雄性8周龄,广谱抗生素+抗真菌处理4天,灌胃200μl粪便悬浮液,HFD或正常饮食5天。
阅读提示:Methods: 'Mouse experiments'
中性粒细胞耗竭实验
αLy6G抗体(1g/kg)腹腔注射,于-1、1、2天给药;检测血糖和ITT。
阅读提示:Methods: 'Mouse experiments', 'Mouse insulin tolerance test (ITT)'
转录组分析
PB和VAT中性粒细胞分离方法(Ficoll/流式分选),RNA提取和测序流程。
阅读提示:Methods: 'Neutrophil isolation', 'Expression analysis and comparison to other neutrophil activation types'