文献精选丨肠道微生物组衍生代谢物调节肠道

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来源:GutmicrobiomederivedmetabolitesmodulateintestinalepithelialcelldamageandmitigateGraft-versus-HostDisease.

有研究表明微生物代谢物会影响疾病的严重程度,对于患有血恶性血液病的患者,异体骨髓移植是一种重要的介入治疗。虽然这种治疗方法被广泛使用,但约40-50%的患者出现移植物排斥GVHD的严重胃肠道损伤,导致移植后高死亡率。

研究发现,GVHD患者的肠道微生物群发生明显改变,其改变与GVHD的严重程度和发病机制相关。微生物群的变化是否会导致微生物代谢产物和对异体骨髓移植有生物学影响的副产物水平的改变仍然是未知的。

微生物代谢产物如短链脂肪酸(SCFA)是唯一的来源于胃肠道微生物群,并非由宿主生成。组蛋白脱乙酰酶抑制(HDACi)丁酸盐是肠上皮细胞(IECs)的最佳能量来源,外源性HDACi的施用调节GVHD14-16。

在本篇文章中,作者构建小鼠骨髓移植动物模型:同种移植syngeneic(BALB/c→BALB/c)和异种移植Allogeneic(C57BL/6J→BALB/c),运用气相色谱检测比较接受不同类型骨髓移植后7天的BALB/c和正常BALB/c体内组织(血液,脾脏,肝脏,肠道以及肠道内容物)菌群代谢产物。结果表明,在这3组之间,肠道内容物、血液、脾脏、肝脏的脂肪酸浓度没有统计学差异(Fig.1a);然而,肠道组织中的丁酸脂(butyrate)在3组之间表现出差异(Fig.1b),同样的结果在移植21天也观察到。结果表明,丁酸脂水平在异种移植Allogeneic鼠的肠道组织中最低。

Fig.2Allo-BMTreducesamountsofintracellularbutyrateinIECs.(a,b)Abundanceoffattyacids(shortandlongchain)onday+7intheintestinalluminalcontents(stool)(a)andintestinaltissue(b)ofrecipientsofsyngeneicBMT(BALB/c→BALB/c),allo-BMT(C57BL/6J→BALB/c)ornoBMT(naive(N)).

丁酸脂是一种组蛋白脱乙酰酶抑制(HDACi),作者接下来检测了移植后鼠的组蛋白乙酰化程度,结果表明,在异体移植的鼠中,组蛋白H4的乙酰化程度在移植第7天和21天低于其他两组(Fig.2),说明丁酸脂的降低导致组蛋白乙酰化的抑制。

Fig.2ExpressionofacetylatedhistoneH4(topblot)anddensitometricanalysisnormalizedtothepresenceofα-tubulin(bottom)21daftersyngeneic(BALB/c→BALB/c)orallogeneic(C57BL/6J→BALB/c)BMT.

接下来,作者检测了丁酸脂转运蛋白SLC5A8和丁酸脂受体GPR43在移植后鼠肠道组织中的表达。在移植的第7和21天,与同种移植组相比,异种移植组鼠肠道上皮组织中SLC5A8和GPR43的表达减低(Fig.3),表明肠道上皮细胞摄取的丁酸脂减少,而这种丁酸脂是来源于胃肠道微生物群。异体移植后减少了丁酸盐转运蛋白SLC5A8,导致其在肠道组织中的减少,并且在反馈机制中进一步减少转运蛋白表达和丁酸盐摄入。

Fig.3Geneexpression(f)andproteindensity(g)ofSLC5A8(monocarboxylatetransporterofbutyrate)inIECsofsyngeneicandallogeneictransplantrecipients21dafterBMT.

异体移植组每日灌胃丁酸盐,与未处理的异体移植组相比,每日丁酸盐给药21天可显着恢复组蛋白H4的乙酰化,丁酸盐每日灌胃灌胃导致丁酸盐转运蛋白SLC5A8的增加使得小鼠重量减轻和存活增加。

在异体骨髓移植之前14天和移植后21天持续每隔一天通过灌胃将菌株施用给小鼠(挑选的17种梭菌株混合物,包含人类肠球菌,能提高丁酸盐的含量。)并在移植后第一天对肠道微生物进行检测。发现梭菌的含量增加,小鼠的存活率显著提高。

不同的肠道菌群能让异体骨髓移植的效果不同,肠道梭菌的含量增加可提高肠道内丁酸盐的含量利用率,减轻移植物与宿主的对抗。可见对于疾病治疗而言,肠道微生物的研究是非常具有价值的。

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