文獻(xiàn)解讀：鼠乳桿菌通過(guò)TLR2信號(hào)促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放IL-10減輕腸I/R損傷

近日，南方醫(yī)院麻醉科劉克玄教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際微生物學(xué)頂級(jí)期刊Microbiome雜志（中科院SCI分區(qū)小類(lèi)微生物學(xué)1區(qū)，IF：16.837）上在線發(fā)表了題為“Lactobacillus murinus alleviate intestinal ischemia/reperfusion injury through promoting the release of interleukin-10 from M2 macrophages via Toll-like receptor 2 signaling”的研究論文。胡敬娟博士和鄧凡博士為論文共同第一作者，劉克玄教授和李偲教授為論文共同通訊作者，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院為論文第一署名單位。
 

圖片來(lái)源：Microbiome

腸缺血再灌注（Ischemia/reperfusion, I/R）是臨床常見(jiàn)的急危重癥情況，常發(fā)生在創(chuàng)傷、感染、休克及腸梗阻、體外循環(huán)手術(shù)等臨床現(xiàn)象中，不僅引起腸損傷，還因腸屏障破壞后引起菌群失調(diào)、內(nèi)毒素移位，導(dǎo)致膿毒癥及腸外多器官功能不全甚至衰竭，死亡率極高。臨床上發(fā)現(xiàn)上述患者治療后的結(jié)局存在明顯的個(gè)體差異，部分恢復(fù)良好，部分出現(xiàn)并發(fā)癥甚至死亡，具體原因不清楚。為揭示上述問(wèn)題，劉克玄教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小鼠腸I/R模型，發(fā)現(xiàn)部分小鼠對(duì)腸I/R損傷非常敏感（Sen），部分則能很好耐受（Res）。該研究首次揭示了腸道菌群是導(dǎo)致腸I/R損傷易感性差異的主要原因，鼠乳桿菌作為導(dǎo)致該易感性差異的菌株之一，可通過(guò)TLR2信號(hào)促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放IL-10來(lái)減輕腸I/R損傷。

研究材料
該研究用到了無(wú)菌小鼠（由賽業(yè)生物提供）、IL-10^-/-小鼠、小腸類(lèi)器官、小鼠原代巨噬細(xì)胞等實(shí)驗(yàn)材料。

技術(shù)方法
該研究用了16SrRNA基因測(cè)序、糞菌移植實(shí)驗(yàn)、細(xì)菌定植實(shí)驗(yàn)、小鼠巨噬細(xì)胞清除實(shí)驗(yàn)、QPCR、免疫熒光染色、小腸類(lèi)器官培養(yǎng)和巨噬細(xì)胞Transwell共培養(yǎng)體系等實(shí)驗(yàn)方法。

技術(shù)路線
01 缺血再灌注模型中發(fā)現(xiàn)敏感/耐受型小鼠與鼠乳桿菌豐度和炎癥因子的相關(guān)性
02 通過(guò)在wt小鼠和無(wú)菌小鼠中糞菌移植和補(bǔ)充鼠乳桿菌并I/R造模，驗(yàn)證鼠乳桿菌可以減輕I/R損傷
03 通過(guò)腸類(lèi)器官與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明鼠乳桿菌通過(guò)TLR2促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放IL-10，以減輕腸I/R損傷

研究結(jié)果
1.腸I/R敏感型和耐受型的小鼠其自身體內(nèi)的腸道菌群豐度和組分存在差異

該研究發(fā)現(xiàn)部分小鼠對(duì)腸I/R損傷非常敏感（Sen），部分則能很好耐受（Res）。對(duì)腸I/R敏感型和耐受型小鼠腸組織及腸外器官損傷情況進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示腸I/R耐受型小鼠腸、腸外器管損傷輕于敏感型。通過(guò)16S測(cè)序菌群分析發(fā)現(xiàn)腸I/R敏感型和耐受型的小鼠其自身體內(nèi)的腸道菌群豐度和組分存在差異。特別是鼠乳桿菌。
 

圖1 腸I/R敏感型和耐受型小鼠的腸、腸外器管損傷情況及腸道菌群特征^[1]

 
2.糞菌移植實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群在腸I/R損傷中具有重要作用
將腸I/R耐受型小鼠糞菌移植給無(wú)菌小鼠可明顯減輕腸I/R模型小鼠中腸及腸外器管的損傷，相反敏感性小鼠糞菌移植后可加重?zé)o菌小鼠腸I/R損傷。這些結(jié)果表明，腸I/R耐受型小鼠的腸道菌群在抵抗腸I/R損傷的重要作用。
 

圖2 糞菌移植實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群在腸I/R損傷中具有重要作用^[1]

3.L.murinus單菌株可減輕腸道I/R誘導(dǎo)的腸損傷
研究人員對(duì)無(wú)菌小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）進(jìn)行鼠乳桿菌L.murinus處理，發(fā)現(xiàn)可減輕腸I/R誘導(dǎo)后的小鼠炎癥反應(yīng)及腸損傷現(xiàn)象，并提高小鼠的生存率。

圖3 L.murinus單菌株可減輕腸道I/R誘導(dǎo)的腸損傷^[1]

 

4.L.murinus與體外循環(huán)患者術(shù)后腸道損傷的關(guān)系

研究人員在臨床上收集體外循環(huán)患者術(shù)前糞便和術(shù)前、術(shù)后、術(shù)后6小時(shí)血清標(biāo)本，通過(guò)檢查糞便中鼠乳桿菌含量，發(fā)現(xiàn)不同患者體內(nèi)具有不同的鼠乳桿菌含量，于是將患者分別分為低菌含量組和高菌含量組，通過(guò)檢測(cè)血清中IFABP、瓜氨酸以及術(shù)后胃腸損傷評(píng)分發(fā)現(xiàn)，體外循環(huán)患者術(shù)前糞便中鼠乳桿菌的含量與體外循環(huán)患者術(shù)后I-FABP及胃腸功能損傷呈負(fù)相關(guān)，與術(shù)后血清中瓜氨酸的水平呈正相關(guān)。將術(shù)前患者鼠乳桿菌相對(duì)含量低及高的患者糞便分別移植給偽小鼠一周后，建立腸I/R模型，糞菌移植進(jìn)一步證實(shí)鼠乳桿菌具有腸I/R保護(hù)作用。

圖4 L.murinus與體外循環(huán)患者術(shù)后腸道損傷的關(guān)系^[1]

 

5.鼠乳桿菌依賴(lài)巨噬細(xì)胞的參與改善腸道I/R損傷

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腸I/R損傷使得小鼠外周腹腔巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，而鼠乳桿菌處理之后逆轉(zhuǎn)了這個(gè)現(xiàn)象，為進(jìn)一步驗(yàn)證鼠乳桿菌的保護(hù)作用是否與巨噬細(xì)胞有關(guān)，研究人員通過(guò)氯磷酸脂質(zhì)體清除小鼠巨噬細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氯磷酸脂質(zhì)體處理組與鼠乳桿菌和氯磷酸脂質(zhì)體共處理組對(duì)對(duì)腸I/R損傷的保護(hù)作用兩組之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，在體實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明鼠乳桿菌需要巨噬細(xì)胞的參與改善腸道I/R損傷。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鼠乳桿菌上清液的加入并沒(méi)有明顯增加單獨(dú)培養(yǎng)的小腸類(lèi)器官活力，提示鼠乳桿菌不能減輕單獨(dú)培養(yǎng)的小腸類(lèi)器官缺氧/復(fù)氧（Hypoxia/reoxygenation, H/R）損傷；在小腸類(lèi)器官與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系H/R模型中，發(fā)現(xiàn)鼠乳桿菌上清液的加入明顯增加了共培養(yǎng)體系的小腸類(lèi)器官活力，減少了共培養(yǎng)體系的小腸類(lèi)器官釋放乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase，LDH），提示鼠乳桿菌減輕小腸類(lèi)器官H/R損傷的作用需要巨噬細(xì)胞的參與。

圖5 鼠乳桿菌依賴(lài)巨噬細(xì)胞的參與改善腸道I/R損傷^[1]

 

6.離體驗(yàn)證鼠乳桿菌可通過(guò)TLR2減輕類(lèi)器官H/R損傷

研究人員分別建立WT小鼠小腸類(lèi)器官和從TLR2基因敲除小鼠、IL-10基因敲除小鼠、WT小鼠提取的外周巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系，首先發(fā)現(xiàn)，在WT小鼠小腸類(lèi)器官和巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系中，鼠乳桿菌處理使得M2型巨噬細(xì)胞的比例以及巨噬細(xì)胞表面的TLR2表達(dá)明顯增多，并且減輕了小腸類(lèi)器官H/R損傷，但在WT小鼠小腸類(lèi)器官與TLR2基因敲除小鼠提取的外周巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系中沒(méi)有保護(hù)作用，提示鼠乳桿菌通過(guò)TLR2 減輕類(lèi)器官H/R損傷。

圖6 鼠乳桿菌通過(guò)TLR2減輕類(lèi)器官H/R損傷^[1]
 

7.鼠乳桿菌可通過(guò)TLR2信號(hào)促使巨噬細(xì)胞釋放IL-10減輕類(lèi)器官H/R損傷

研究人員對(duì)wT小鼠小腸類(lèi)器官和巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系進(jìn)行鼠乳桿菌處理，發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞中的IL-10表達(dá)明顯增多，但在TLR2和IL-10基因敲除小鼠中，巨噬細(xì)胞中的IL-10表達(dá)明顯降低，另外在WT小鼠小腸類(lèi)器官與IL-10基因敲除小鼠提取的外周巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系中，鼠乳桿菌處理對(duì)小腸類(lèi)器官缺氧/復(fù)氧損傷沒(méi)有保護(hù)作用，結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明鼠乳桿菌通過(guò)TLR2信號(hào)促使巨噬細(xì)胞釋放IL-10減輕類(lèi)器官H/R損傷。
 

圖7 鼠乳桿菌通過(guò)TLR2信號(hào)促使巨噬細(xì)胞釋放IL-10減輕類(lèi)器官H/R損傷^[1]
 

研究結(jié)論
該研究首次揭示了腸道菌群是導(dǎo)致腸I/R損傷易感性差異的主要原因，鼠乳桿菌作為導(dǎo)致該易感性差異的菌株之一，可通過(guò)TLR2信號(hào)促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放IL-10來(lái)減輕腸I/R損傷。該研究不僅揭示了腸I/R損傷的新機(jī)制，還率先提出靶向干預(yù)腸道菌群可能是防治圍術(shù)期腸損傷有效手段的理論，也為開(kāi)發(fā)鼠乳桿菌成為臨床上防治腸I/R損傷的藥物提供了基礎(chǔ)。
 

一站式無(wú)菌鼠服務(wù)平臺(tái)

優(yōu)質(zhì)無(wú)菌鼠質(zhì)控體系——5年保持零污染擁有C57BL/6、BALB/c、重度免疫缺陷鼠C-NKG等品系

專(zhuān)業(yè)無(wú)菌鼠技術(shù)服務(wù)體系——服務(wù)知名CRO和科研院所菌群移植、疾病模型構(gòu)建、基因與菌群互作機(jī)制研究、基因編輯小鼠無(wú)菌定制服務(wù)等

一體化無(wú)菌鼠飼養(yǎng)解決方案——獨(dú)家代理CBC無(wú)菌鼠飼養(yǎng)設(shè)備全系列無(wú)菌動(dòng)物飼養(yǎng)繁育設(shè)備及安裝操作培訓(xùn)

絕對(duì)的無(wú)菌環(huán)境——無(wú)菌鼠無(wú)菌飼養(yǎng)配套試劑耗材無(wú)菌鼠專(zhuān)用飼料、墊料、消毒液、籠盒、滅菌驗(yàn)證指示卡等

賽業(yè)小鼠模型構(gòu)建

賽業(yè)生物構(gòu)建了IL-10基因敲除小鼠與條件性基因敲除小鼠，更有活體小鼠已加入『紅鼠資源庫(kù)』，快至2周交付！確保您在短時(shí)間內(nèi)獲得更具性?xún)r(jià)比的實(shí)驗(yàn)用鼠，為您的研究加點(diǎn)速~

 

IL-10基因敲除小鼠

品系名稱(chēng)：
C57BL/6N-Il10^em1Cya

品系編號(hào)：
KOCMP-16153-Il10-B6N-VA

產(chǎn)品編號(hào)：
S-KO-02612

應(yīng)用方向：
發(fā)育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)、皮膚、心血管系統(tǒng)、腫瘤研究、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

 

IL-10條件性基因敲除小鼠

品系名稱(chēng)：
C57BL/6J-Il10^em1(flox)Cya

品系編號(hào)：
CKOCMP-16153-Il10-B6J-VA

產(chǎn)品編號(hào)：
S-CKO-03074

應(yīng)用方向：
發(fā)育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)、皮膚、心血管系統(tǒng)、腫瘤研究、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

原文檢索：
Hu J, Deng F, Zhao B, Lin Z, Sun Q, Yang X, Wu M, Qiu S, Chen Y, Yan Z, Luo S, Zhao J, Liu W, Li C, Liu KX. Lactobacillus murinus alleviate intestinal ischemia/reperfusion injury through promoting the release of interleukin-10 from M2 macrophages via Toll-like receptor 2 signaling. Microbiome. 2022;10(1): 38.