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關(guān)鍵詞:AKK菌
近年來,AKK菌被科學家劃分進“新一代益生菌”的行列中。AKK菌是腸道里的明星菌, 它對糖尿病、酒精性肝病、肥胖癥和胃腸道疾病等人類代謝紊亂具有良好的改善效果。
研究表明益生菌對腸道疾病的影響具有菌株特異性,不同的AKK菌菌株同樣具有菌株特異性的生理功能。菌株的來源、遺傳背景和生理特征等因素都可能會影響益生菌的功能特異性。不同的物種能通過基因組特化來適應特定環(huán)境,從而驅(qū)動生態(tài)位特定的適應。腸道細菌中的特定基因決定了它們在腸道中的有益功能。
研究對從不同來源分離出來的100株L. rhamnosus菌株進行系統(tǒng)發(fā)育基因組分析,發(fā)現(xiàn)菌株之間的差異部分與其占據(jù)的生態(tài)位不同,導致菌株在不同環(huán)境中具有不同的競爭優(yōu)勢,從而發(fā)揮不同的益生菌作用。
該研究選擇A. muciniphila ATCC BAA-835和其他三種從糞便中分離的A. muciniphila菌株 FSDLZ36M5、FSDLZ39M14 和 FSDLZ20M4,結(jié)果表明AKK菌在右聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的潰瘍性結(jié)腸炎(UC)中的有益作用是有菌株特異性的。在四種AKK菌菌株中,只有A. muciniphila FSDLZ36M5對UC癥狀顯示出積極影響。同時,該研究結(jié)果驗證了AKK菌在改善UC方面的功效,為高效快速篩選具有UC緩解作用的AKK菌菌株提供了基因靶標。
研究內(nèi)容
將60只成年雄性無特定病原體的C57BL/6小鼠隨機分為六組。對照組:無菌PBS+蒸餾水;DSS組:DSS+無菌PBS;ATCC BAA-835組:DSS+A. muciniphila ATCC BAA-835細菌懸浮液;FSDLZ20M4組:DSS+A. muciniphila FSDLZ20M4細菌懸浮液;FSDLZ36M5組:DSS+A. muciniphila FSDLZ36M5細菌懸浮液;FSDLZ39M14組:DSS+A. muciniphila FSDLZ39M14細菌懸浮液。每組10只,其中五組給予DSS誘導UC(UC組):四個UC組補充一種A. muciniphila菌株(治療組),剩一組不接受補充菌株(DSS組)。所有小鼠都喂食標準的商業(yè)小鼠食物,并在受控濕度(40-70%)下保持在22-24°C的12小時光/暗循環(huán)環(huán)境中。
在為期7天的實驗期間,對照組中的每只小鼠每天給藥0.2 ml無菌PBS和蒸餾水。其他5組在飲用水中給予3% (w/v) DSS誘導UC,治療組給予含A . muciniphila的無菌PBS懸浮液(每只小鼠每天1 × 109 CFU/0.2 ml)。實驗過程中,每天測量每只小鼠的體重。治療7天后,將小鼠麻醉并處死。在處死小鼠時測量結(jié)腸長度以確定誘導UC的嚴重程度,收集血液測定腸道通透性。然后收集小鼠的糞便進行DNA提取、測序和分析。收集結(jié)腸組織進行生化分析。對A. muciniphila分離株進行比較基因組分析。
研究結(jié)果
A. muciniphila菌株的系統(tǒng)發(fā)育樹
該研究選擇37個報道的A. muciniphila株(包括模式菌株ATCC BAA-835)和3個從該實驗室分析進化史后篩選的A. muciniphila,所有這些菌株都從中國人的糞便樣本中分離。40個菌株共有598個同源基因,并發(fā)現(xiàn) FSDLZ36M5、FSDLZ20M4和FSDLZ39M14 出現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)育樹的不同分支上,因此選擇這三個具有相對較遠親緣關(guān)系的菌株和模式菌株來評估它們減輕UC的能力。
圖 基于40個A. muciniphila分離株核心基因組的最大似然系統(tǒng)發(fā)育樹
圖 A. muciniphila菌株對DSS誘導的潰瘍性結(jié)腸炎小鼠模型的影響
A. muciniphila對體重和結(jié)腸長度的影響
UC組小鼠飲水中添加DSS導致體重顯著下降,結(jié)腸相對于對照組迅速縮短。補充A. muciniphila FSDLZ36M5后,與未處理的DSS組相比,所有指標均顯示出顯著改善。然而,其他菌株沒有表現(xiàn)出任何明顯的緩解作用,并且A. muciniphila FSDLZ20M4有加劇小鼠腸道生理損傷的趨勢。
A. muciniphila對腸道通透性的影響
與對照組相比,DSS導致UC組小鼠血清中異硫氰酸熒光素偶聯(lián)葡聚糖(FITC-葡聚糖)濃度顯著升高。用不同的A. muciniphila處理對DSS引起的腸道通透性增加有不同的影響。相對于未處理的DSS組,用A. muciniphila ATCC BAA-835、FSDLZ36M5和FSDLZ39M14處理的小鼠腸道通透性降低,尤其是A. muciniphila FSDLZ36M5有助于顯著降低FITC-葡聚糖水平,表明腸道屏障功能增強。然而,A. muciniphila FSDLZ20M4的口服給藥往往會加劇對小鼠腸道屏障的損害。
圖 通過測量血漿FITC-葡聚糖的濃度確定腸道通透性
圖 A. muciniphila對結(jié)腸組織炎性細胞因子和MUC2表達的影響
A. muciniphila對結(jié)腸組織中炎癥細胞因子表達的影響
DSS導致結(jié)腸組織中炎性細胞因子的大量表達。與對照組相比,在所有接受DSS的小鼠中觀察到促炎細胞因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)增加和抗炎細胞因子(IL-10)減少。用A. muciniphila FSDLZ36M5治療后,所有細胞因子指標均顯著改善。其他三個A. muciniphila菌株也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。此外,與對照組相比,DSS組的MUC2含量顯著降低,而菌株處理組的含量有所恢復,與上述一致。
A. muciniphila對腸道菌群的組成的影響
PCA結(jié)果顯示,UC組的腸道菌群組成與對照組有顯著差異。相對于未處理的DSS組的腸道微生物群,補充A. muciniphila菌株導致所有處理組的腸道微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。值得注意的是,添加A. muciniphila FSDLZ36M5菌株的組的腸道菌群與對照組相似,但其他三個菌株沒有顯著的恢復效果。在門水平上,與對照組相比,DSS組中厚壁菌門和變形菌門的豐度顯著增加,而疣微菌門和放線菌門的豐度均不同程度地下降。在屬水平上, Bifidobacterium和Lactobacillus的豐度在A. muciniphila FSDLZ36M5 組中恢復的水平高于DSS組中的水平,同時,觀察到擬桿菌和腸桿菌科的豐度顯著下降。LEfSe分析也顯示類似的結(jié)果。
圖 潰瘍性結(jié)腸炎誘導小鼠微生物組組成的相對豐度分析
圖 潰瘍性結(jié)腸炎誘導小鼠腸道微生物組組成的LEfSe分析
所選A. muciniphila菌株的比較基因組分析
盡管A. muciniphila FSDLZ36M5和A. muciniphila FSDLZ20M4菌株之間的直系同源群(COG)和碳水化合物活性酶(CAZy)水平?jīng)]有顯著差異,但在A. muciniphila FSDLZ36M5菌株中有一些特定的基因。
圖 A. muciniphila FSDLZ36M5和A. muciniphila FSDLZ20M4的直系同源群(COG)庫(A)和碳水化合物活性酶(CAZy)家族的簇(B)
圖 與A. muciniphila FSDLZ20M4相比,Akkermansia muciniphila FSDLZ36M5的菌株特異性直系同源群(COG)類別
研究結(jié)論
該研究證實A. muciniphila在DSS誘導的UC中的有益作用是菌株特異性的。在動物實驗使用的四種A. muciniphila菌株中,只有A. muciniphila FSDLZ36M5顯示出對UC癥狀的積極影響,但其他測試菌株未能顯示出這種影響。首先,在結(jié)腸長度和體重等生理指標上,A. muciniphila FSDLZ36M5與未處理的DSS組相比顯示出顯著改善。其次,補充A. muciniphila FSDLZ36M5后,觀察到小鼠血液中FITC-葡聚糖濃度降低,結(jié)腸組織中MUC2含量增加,表明滲透性降低并恢復腸道屏障功能。此外,用A. muciniphila FSDLZ36M5治療后,所有細胞因子指標(TNF-α、IL-1β和IL-6)均顯著改善。腸道微生物群測序顯示,添加A. muciniphila FSDLZ36M5 使小鼠的腸道微生物群恢復到與對照組相似的狀態(tài)。比較基因組分析表明,與 A. muciniphila FSDLZ20M4菌株相比,A. muciniphila FSDLZ36M5的積極作用可能與參與免疫防御機制和蛋白質(zhì)合成的特定功能基因有關(guān)。總之,該研究結(jié)果驗證了A. muciniphila在改善UC方面的功效,并為高效快速篩選具有UC緩解作用的A. muciniphila菌株提供了基因靶標。
研究報告原文詳見:
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