代謝組學(xué)+16s研究Tempol對(duì)PCOS的潛在治療效果

作者使用3周大的雌性青春期前斯普拉格氏大鼠每天皮下注射60mg/kgDHEA來(lái)誘導(dǎo)PCOS。

如圖1所示，分別構(gòu)建三組模型小鼠，分別為Oil + PBS（對(duì)照組）, DHEA + PBS（PCOS大鼠）, DHEA + Tempol（Tempol干預(yù)治療組）。通過(guò)對(duì)小鼠發(fā)情周期、卵巢組織病理切片、黃體和囊性卵巢數(shù)量、五種血清中性激素含量、血清膽汁酸、裂解半胱甘蛋白酶-3含量及大鼠細(xì)胞凋亡比例等指標(biāo)的測(cè)定表明Tempo改善了PCOS大鼠卵巢功能障礙和卵巢組織的病理?yè)p傷。

2. Tempol能適度改善DHEA誘導(dǎo)的PCOS大鼠的葡萄糖耐量

圖2 Tempol對(duì)PCOS大鼠葡萄糖耐量和胰島素敏感性的影響
 

由于PCOS與代謝紊亂密切相關(guān)，作者評(píng)估了不同組的胰島素敏感性和葡萄糖穩(wěn)態(tài)。雖然空腹血糖水平無(wú)顯著差異，但DHEA+PBS組的大鼠比Oil + PBS組顯示出更高的空腹血清胰島素水平和HOMA-IR值。Tempol顯著降低了空腹胰島素水平，而研究發(fā)現(xiàn)它對(duì)PCOS大鼠的空腹血糖水平和HOMA-IR值無(wú)顯著影響(圖2A-C)。OGTTs顯示，PCOS大鼠的葡萄糖清除率延遲和曲線下的面積增加，這表明DHEA誘導(dǎo)會(huì)降低葡萄糖的排泄能力。Tempol用藥對(duì)葡萄糖耐量的損害有所改善(圖2D)。ITTs表明，這三組的大鼠對(duì)胰島素的反應(yīng)都是一樣的(圖2E)。

3. Tempol可改善PCOS大鼠系統(tǒng)和腸道的氧化應(yīng)激反應(yīng)

圖3 Tempol對(duì)PCOS大鼠全身、卵巢和腸道氧化應(yīng)激的影響
 

如圖3所示，通過(guò)對(duì)大鼠全身、卵巢和腸道氧化應(yīng)激指標(biāo)的測(cè)定表明Tempol可以顯著降低PCOS大鼠的腸道氧化應(yīng)激反應(yīng)。

4. Tempol對(duì)腸道微生物群多樣性的影響

圖4. Tempol對(duì)腸道微生物群多樣性的影響
 

前期實(shí)驗(yàn)表明Tempol對(duì)腸道氧化應(yīng)激有深遠(yuǎn)的影響，因此作者利用糞便樣本進(jìn)行了16SRDNA測(cè)序，以測(cè)定Tempol對(duì)PCOS大鼠腸道微生物群組成和水平的影響。有趣的是，稀薄曲線和香農(nóng)曲線以及四個(gè)α多樣性指數(shù)的結(jié)果在不同的組中沒(méi)有顯示出差異(圖4A-F)。這表明DHEA處理或Tempol干預(yù)對(duì)腸道微生物群的α多樣性沒(méi)有明顯的影響。接下來(lái)通過(guò)聚類分析、PCoA和NMDS等分析進(jìn)一步顯示，三個(gè)大鼠組的整體腸道微生物組成不同(圖4G-J)。這些結(jié)果共同表明，腸道微生物群的β多樣性受到DHEA和Tempol治療的影響。

5. 腸道微生物群落在門和屬級(jí)微生物群落組成的變化

圖5 腸道微生物群落在門和屬級(jí)微生物群落組成的變化
 

為了篩選出經(jīng)過(guò)DHEA和Tempol處理發(fā)生顯著變化的腸道菌群，作者通過(guò)LDA和LEfSe方法對(duì)所有菌群進(jìn)行分析，結(jié)果表明Desulfovibrionaceae在Oil + PBS豐富，而Muribaculaceae and Alloprevotella在DHEA + PBS和DHEA + Tempol豐富，這表明Tempol可以重塑大鼠腸道微生物組成。DHEA治療增加了放線菌、細(xì)菌、錐菌、錐桿菌和疣菌的豐度，減少了表皮桿菌和變形桿菌的數(shù)量（圖5D）。在屬水平上，Lachnospiraceae_NK4A136_group和Mutibaculaceae是優(yōu)勢(shì)屬。具體來(lái)說(shuō)，DHEA處理顯著增加了Thauera、Staphylococcus、Ideonella、Corynebacterium andRuminococcus_2的豐度，降低了Ruminococcus_1的豐度。這些變化會(huì)被Tempol治療所抵消。

6. Tempol治療對(duì)血清代謝組的影響

圖6 Tempol治療對(duì)血清代謝的影響
 

隨后，作者通過(guò)對(duì)三組大鼠血清代謝進(jìn)行非靶檢測(cè)，并研究腸道微生物組與宿主中循環(huán)代謝物之間的關(guān)系。PCA和OPLS-DA分析顯示三組大鼠出現(xiàn)明顯的分離，表明三組大鼠血清代謝狀態(tài)有顯著差異(圖6A-B)。三組樣本中52種血清代謝物呈現(xiàn)顯著差異，其中28種由DHEA處理導(dǎo)致的差異代謝物在Tempol治療后變化減弱(圖6C)。

7. 腸道微生物與代謝物之間的關(guān)系