文獻解讀：鼠乳桿菌通過TLR2信號促進巨噬細胞釋放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隊在國際微生物學頂級期刊Microbiome雜志（中科院SCI分區(qū)小類微生物學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)科大學南方醫(yī)院為論文第一署名單位。
 

圖片來源：Microbiome

腸缺血再灌注（Ischemia/reperfusion, I/R）是臨床常見的急危重癥情況，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、內毒素移位，導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局存在明顯的個體差異，部分恢復良好，部分出現(xiàn)并發(fā)癥甚至死亡，具體原因不清楚。為揭示上述問題，劉克玄教授團隊構建了小鼠腸I/R模型，發(fā)現(xiàn)部分小鼠對腸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致腸I/R損傷易感性差異的主要原因，鼠乳桿菌作為導致該易感性差異的菌株之一，可通過TLR2信號促進巨噬細胞釋放IL-10來減輕腸I/R損傷。

研究材料
該研究用到了無菌小鼠（由賽業(yè)生物提供）、IL-10^-/-小鼠、小腸類器官、小鼠原代巨噬細胞等實驗材料。

技術方法
該研究用了16SrRNA基因測序、糞菌移植實驗、細菌定植實驗、小鼠巨噬細胞清除實驗、QPCR、免疫熒光染色、小腸類器官培養(yǎng)和巨噬細胞Transwell共培養(yǎng)體系等實驗方法。

技術路線
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性
02 通過在wt小鼠和無菌小鼠中糞菌移植和補充鼠乳桿菌并I/R造模，驗證鼠乳桿菌可以減輕I/R損傷
03 通過腸類器官與巨噬細胞共培養(yǎng)實驗證明鼠乳桿菌通過TLR2促進巨噬細胞釋放IL-10，以減輕腸I/R損傷

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

該研究發(fā)現(xiàn)部分小鼠對腸I/R損傷非常敏感（Sen），部分則能很好耐受（Res）。對腸I/R敏感型和耐受型小鼠腸組織及腸外器官損傷情況進行檢測，結果顯示腸I/R耐受型小鼠腸、腸外器管損傷輕于敏感型。通過16S測序菌群分析發(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.糞菌移植實驗結果進一步證實了腸道菌群在腸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無菌小鼠腸I/R損傷。這些結果表明，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 糞菌移植實驗結果進一步證實了腸道菌群在腸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誘導的腸損傷
研究人員對無菌小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）進行鼠乳桿菌L.murinus處理，發(fā)現(xiàn)可減輕腸I/R誘導后的小鼠炎癥反應及腸損傷現(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誘導的腸損傷^[1]

 

4.L.murinus與體外循環(huán)患者術后腸道損傷的關系

研究人員在臨床上收集體外循環(huán)患者術前糞便和術前、術后、術后6小時血清標本，通過檢查糞便中鼠乳桿菌含量，發(fā)現(xiàn)不同患者體內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，通過檢測血清中IFABP、瓜氨酸以及術后胃腸損傷評分發(fā)現(xiàn)，體外循環(huán)患者術前糞便中鼠乳桿菌的含量與體外循環(huán)患者術后I-FABP及胃腸功能損傷呈負相關，與術后血清中瓜氨酸的水平呈正相關。將術前患者鼠乳桿菌相對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，糞菌移植進一步證實鼠乳桿菌具有腸I/R保護作用。

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

 

5.鼠乳桿菌依賴巨噬細胞的參與改善腸道I/R損傷

研究結果發(fā)現(xiàn)，腸I/R損傷使得小鼠外周腹腔巨噬細胞數(shù)量增加，而鼠乳桿菌處理之后逆轉了這個現(xiàn)象，為進一步驗證鼠乳桿菌的保護作用是否與巨噬細胞有關，研究人員通過氯磷酸脂質體清除小鼠巨噬細胞實驗，結果發(fā)現(xiàn)，氯磷酸脂質體處理組與鼠乳桿菌和氯磷酸脂質體共處理組對對腸I/R損傷的保護作用兩組之間沒有統(tǒng)計學差異，在體實驗結果說明鼠乳桿菌需要巨噬細胞的參與改善腸道I/R損傷。細胞實驗發(fā)現(xiàn)，鼠乳桿菌上清液的加入并沒有明顯增加單獨培養(yǎng)的小腸類器官活力，提示鼠乳桿菌不能減輕單獨培養(yǎng)的小腸類器官缺氧/復氧（Hypoxia/reoxygenation, H/R）損傷；在小腸類器官與巨噬細胞共培養(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)體系的小腸類器官活力，減少了共培養(yǎng)體系的小腸類器官釋放乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase，LDH），提示鼠乳桿菌減輕小腸類器官H/R損傷的作用需要巨噬細胞的參與。

圖5 鼠乳桿菌依賴巨噬細胞的參與改善腸道I/R損傷^[1]

 

6.離體驗證鼠乳桿菌可通過TLR2減輕類器官H/R損傷

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

圖6 鼠乳桿菌通過TLR2減輕類器官H/R損傷^[1]
 

7.鼠乳桿菌可通過TLR2信號促使巨噬細胞釋放IL-10減輕類器官H/R損傷

研究人員對wT小鼠小腸類器官和巨噬細胞共培養(yǎng)體系進行鼠乳桿菌處理，發(fā)現(xiàn)M2巨噬細胞中的IL-10表達明顯增多，但在TLR2和IL-10基因敲除小鼠中，巨噬細胞中的IL-10表達明顯降低，另外在WT小鼠小腸類器官與IL-10基因敲除小鼠提取的外周巨噬細胞共培養(yǎng)體系中，鼠乳桿菌處理對小腸類器官缺氧/復氧損傷沒有保護作用，結果進一步說明鼠乳桿菌通過TLR2信號促使巨噬細胞釋放IL-10減輕類器官H/R損傷。
 

圖7 鼠乳桿菌通過TLR2信號促使巨噬細胞釋放IL-10減輕類器官H/R損傷^[1]
 

研究結論
該研究首次揭示了腸道菌群是導致腸I/R損傷易感性差異的主要原因，鼠乳桿菌作為導致該易感性差異的菌株之一，可通過TLR2信號促進巨噬細胞釋放IL-10來減輕腸I/R損傷。該研究不僅揭示了腸I/R損傷的新機制，還率先提出靶向干預腸道菌群可能是防治圍術期腸損傷有效手段的理論，也為開發(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。
 

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應用方向：
發(fā)育生物學、免疫系統(tǒng)、皮膚、心血管系統(tǒng)、腫瘤研究、信號轉導

 

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品系編號：
CKOCMP-16153-Il10-B6J-VA

產品編號：
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應用方向：
發(fā)育生物學、免疫系統(tǒng)、皮膚、心血管系統(tǒng)、腫瘤研究、信號轉導

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.