【原】科研 | Microbiome：赭曲霉毒素A可影響腸道菌群從而誘發(fā)肝臟炎癥(國人作品)

微生態(tài) 2021-04-13

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編譯：LKXY,，編輯：小菌菌、江舜堯,。

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導(dǎo)讀

赭曲霉毒素A（OTA）是一類常見的天然食品污染物,，作為一種真菌毒素,，赭曲霉毒素A具有致癌,、肝毒性,、腎毒性等多種毒性作用,。已有研究報道OTA能夠破壞腸道屏障,，OTA能夠?qū)е赂闻K炎癥損傷,。但是OTA,、腸道菌群,、肝臟炎癥三者之間的關(guān)系仍未得到證實,。

在本研究中,，研究者利用16SRNA測序,、抗生素抑菌動物模型,、糞菌移植等常見腸道菌群研究手段，證實了赭曲霉毒素A（OTA）能夠改變盲腸菌群的組成,，誘導(dǎo)擬桿菌增多,，導(dǎo)致內(nèi)毒素LPS產(chǎn)生增多，通過TLR4通路,，促進(jìn)肝臟炎癥細(xì)胞增多,，炎性細(xì)胞因子釋放增多，最終導(dǎo)致肝臟炎癥損傷的產(chǎn)生,。

本文為OTA誘導(dǎo)型肝炎的機制提供了新的見解,，為其治療提供了新的思路。

論文ID

原名：Ochratoxin A induces liver inflammation: involvement of intestinal microbiota

譯名：赭曲霉毒素A可誘發(fā)肝臟炎癥:涉及腸道微生物群

期刊：Microbiome

IF：9.86

發(fā)表時間：2019.11

通訊作者：任文凱&楊琳

作者單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院

實驗設(shè)計

結(jié)果

1 OTA灌胃處理改變了鴨子盲腸菌群的組成,，促進(jìn)盲腸部位LPS合成

為了探討OTA對腸道菌群的影響,，通過進(jìn)行16sRNA和宏基因組測序，PCA分析顯示對照組鴨子盲腸菌群與OTA組鴨子盲腸菌群明顯區(qū)別(圖1a),，說明OTA能夠明顯改變盲腸菌群構(gòu)成,。宏基因組學(xué)分析結(jié)果顯示，OTA增加了LPS生物合成相關(guān)基因和基因家族的豐度(P < 0.01,，圖1b),。通過宏基因組測序分析不同菌株對LPS生物合成的貢獻(xiàn)能力，發(fā)現(xiàn)擬桿菌對LPS生物合成的貢獻(xiàn)最大(圖1c),。值得注意的是,，OTA組的普通擬桿菌相對豐度高于CON組(圖1d)。我們測定了盲腸部LPS水平,，與未經(jīng)過OTA處理的鴨子相比,，經(jīng)OTA處理的鴨子的盲腸LPS水平要高出1.5倍(圖1e)。這些結(jié)果說明OTA能夠誘導(dǎo)腸道菌群的失調(diào),，特別是導(dǎo)致產(chǎn)生脂多糖的擬桿菌增加,。

圖1 OTA灌胃后，鴨子盲腸菌群及宏基因組功能分析,。

2 OTA改變了鴨子肝臟中的微生物群

以往的研究中提示OTA可增強盲腸通透性,，基于這些結(jié)果，我們假設(shè)產(chǎn)生脂多糖的擬桿菌在OTA處理后可能通過滲漏的腸道進(jìn)入肝臟,。為了探索這種可能性,，我們分析了肝臟中的微生物群。PCA分析顯示CON組和OTA組肝臟微生物群存在差異(圖2a),。OTA在門水平,、屬水平、種水平都顯著增加了擬桿菌的相對豐度 (圖2 b)。有趣的是,，我們還發(fā)現(xiàn)OTA處理后顯著提高了鴨子肝臟的LPS水平(圖2c),。總的來說,，OTA增加了肝臟中產(chǎn)生LPS的擬桿菌的相對豐度和鴨子肝臟中LPS的水平。

圖2 OTA處理后,，鴨子肝臟菌群的構(gòu)成,。

3 口服 OTA促進(jìn)肝臟炎癥進(jìn)展

我們分別分析了對照組和OTA處理組肝臟的炎癥反應(yīng)變化。OTA處理后,，TLR4 信號通路中的TLR4, Myd88等mRNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)增高,，蛋白豐度增加(圖3 a、b),。OTA還促進(jìn)了炎性細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)和分泌,包括IL-1β和Il - 6(圖3 a,、c)。值得注意的是, OTA處理后,，抗炎細(xì)胞因子IL - 10的水平降低 (圖3 c),。組織學(xué)分析還表明,OTA誘導(dǎo)肝臟炎癥的發(fā)生基于大量的炎性細(xì)胞浸潤 (圖3 d, e)。OTA處理組血清AST,、ALT和血清LPS水平的增加都表明肝臟炎癥的進(jìn)展,。總的來說,OTA促進(jìn)了鴨子體內(nèi)肝炎的進(jìn)展。

圖3 OTA促進(jìn)肝臟炎癥,。

4 OTA對抗生素治療后的鴨子盲腸菌群的影響有限

我們發(fā)現(xiàn)OTA可誘導(dǎo)鴨腸道菌群失調(diào)和肝臟炎癥;因此,，我們推測OTA通過腸道菌群促進(jìn)肝臟炎癥,。我們用鏈霉素,、氨芐西林,、新霉素等抗生素混合治療清除腸道菌群。PCA分析顯示，兩組鴨子盲腸菌群相似(圖4a)， OTA對盲腸細(xì)菌在門,、屬、種水平上的組成影響不大(圖4b,，4c)。同樣,，OTA對盲腸LPS水平影響不大(圖4d)。結(jié)果表明,，OTA對抗生素處理組的鴨子盲腸菌群影響不大,。

圖4 抗生素治療后，OTA對盲腸菌群及LPS的作用有限。

5 對于接受抗生素治療的鴨子，OTA不能有效促進(jìn)肝臟炎癥發(fā)生

經(jīng)抗生素處理的鴨子口服OTA后，肝臟的LPS水平和肝臟炎癥反應(yīng)指標(biāo)(包括TLR4和Myd88的mRNA表達(dá)、炎癥細(xì)胞因子的分泌和炎癥細(xì)胞的浸潤)變化甚微(圖5a-e),。OTA對抗生素治療組的血清谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)和谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)的活性,、血清脂多糖(LPS)和炎性細(xì)胞因子(圖 5f-h)的影響也較小,。總之,，OTA不能促進(jìn)經(jīng)抗生素治療的鴨子的肝臟炎癥發(fā)生,。

圖5 抗生素治療后,，OTA不再促進(jìn)鴨子肝臟炎癥發(fā)生

6 OTA誘導(dǎo)的腸菌變化促進(jìn)了肝臟炎癥

為了進(jìn)一步探討腸道菌群在OTA促進(jìn)肝炎發(fā)生中的作用,，我們將鴨子隨機分為對照組,，OTA處理組，糞菌移植對照組（FMT），糞菌移植聯(lián)合OTA處理組（FMT+OTA）,。FMT組接受了來源于OTA處理后的鴨子的糞菌，糞菌移植后其肝臟LPS水平，肝臟炎性指標(biāo)（包括TLR4,，TNF-α的mRNA表達(dá)，TLR4,，Myd88,， p-p65的蛋白豐度，p-IKBα/ IKBα比值,，IL-1β和Il - 6的分泌和炎性細(xì)胞浸潤）都顯著增高,。來源于OTA處理組的糞菌還增強了鴨子血清中LPS和TNF-α的水平。這些結(jié)果說明了OTA誘導(dǎo)的變化的腸菌促進(jìn)了肝臟炎癥,。

圖6 糞菌移植后鴨子的腸道菌群構(gòu)成和LPS水平,。

圖7 OTA誘導(dǎo)的腸菌變化促進(jìn)了肝臟炎癥。

討論

OTA是一種主要的食物污染真菌毒素,，表現(xiàn)出腎毒性,、肝毒性、致畸性,、免疫毒性和致癌性,。腸道菌群是環(huán)境物質(zhì)與宿主健康之間的重要橋梁。事實上,，腸道菌群除了維持胃腸道穩(wěn)態(tài)的重要作用外,，還影響其他內(nèi)臟器官(如腦,、肝,、肺)的眾多生理功能，并參與介導(dǎo)這些器官不同疾病的發(fā)病機制,。盡管先前的調(diào)查表明,OTA降低了相對豐富的有益微生物(如乳酸菌和雙歧桿菌),腸道菌群構(gòu)成的多樣性,并增加了大鼠糞便中兼性厭氧菌的總量,，然而OTA是否通過腸道菌群導(dǎo)致腸外器官損傷(如肝臟和腎臟)還有待揭示。

我們發(fā)現(xiàn)OTA改變了鴨子的腸道菌群組成,，包括豐度和多樣性的減少,，厚壁菌門、擬桿菌門的相對豐度的增加,。擬桿菌屬的相對豐度在正常鴨體內(nèi)占32.69%,，OTA處理后達(dá)到52.99%。有研究表明,，擬桿菌屬作為革蘭陰性菌,，其部分菌株如Bacteroides fragilis, Bacteroides vulgatus, and Bacteroides dorei，常常與腹部感染,、代謝性疾病和炎癥相關(guān),。LPS是革蘭氏陰性菌的主要致病成分。LPS或異位菌群,，會通過激活病原相關(guān)模式識別受體導(dǎo)致炎癥,，包括TLR4,，NF-κB等。腸道屏障的滲透導(dǎo)致腸道菌群及腸道菌群來源產(chǎn)物（LPS等）透過粘膜,，轉(zhuǎn)移到肝臟,，引起炎癥和肝損傷。在這項研究中,，我們發(fā)現(xiàn)OTA會引起腸道屏障功能障礙,，隨后增加體循環(huán)LPS水平和鴨子肝臟中的炎癥反應(yīng)。同時研究顯示,，革蘭陰性菌更容易穿透腸道屏障,。在腸道菌群中占據(jù)主要地位的擬桿菌屬，在OTA組的肝臟菌群中同樣占主導(dǎo)地位,，這提示肝臟菌群可能來自于腸道滲漏,。本研究發(fā)現(xiàn)，OTA增加了LPS合成相關(guān)的基因和基因家族的相對豐度,。且LPS合成與擬桿菌呈正相關(guān),。

有趣的是，在本研究中,，我們還發(fā)現(xiàn)OTA處理會增加鴨子的肝臟重量,。可能的解釋包括:

(1)OTA作為主要靶器官,，導(dǎo)致肝細(xì)胞過度增殖,、腫脹和充血。

(2) OTA誘導(dǎo)肝臟結(jié)締組織代償性增加,。

(3) OTA在炎癥過程中誘導(dǎo)免疫細(xì)胞浸潤,。

值得注意的是，OTA對經(jīng)抗生素處理的鴨子的盲腸,、血清和肝臟中LPS的積累,、TLR4信號通路的激活以及肝臟炎癥反應(yīng)幾乎沒有影響。此外,，為了探究炎癥所起的作用,，我們進(jìn)行了糞便微生物移植(FMT)實驗，在相似的遺傳背景下,，糞菌移植為闡明腸道菌群在宿主防御機制中的作用提供了一個很好的途徑,。先前的研究也表明，FMT在改變代謝表型,、治療疾病和影響宿主免疫狀態(tài)方面有很高的成功率,。本研究中接受OTA處理組鴨子的糞便菌群移植的鴨子與OTA處理過的鴨子表現(xiàn)出相似的表型(盲腸菌群組成、盲腸脂多糖,、腸道通透性和肝臟炎癥),?；谶@些結(jié)果，我們得出結(jié)論,，腸道微生物群,，特別是產(chǎn)生脂多糖的擬桿菌群，是導(dǎo)致肝臟炎癥的原因之一,。此外,OTA誘發(fā)的其他器官疾病(如腦,、腎損傷)的發(fā)病機制是否依賴于腸道菌群，或OTA是否直接或間接通過腸道菌群影響肝臟生物合成(如總蛋白和凝血酶原)和代謝(如脂質(zhì)代謝)能力等問題同樣值得我們進(jìn)一步去探討,。

結(jié)論

總的來說,，本文發(fā)現(xiàn)了一種新的機制，將腸道菌群與赭曲霉毒素A誘導(dǎo)的肝臟炎癥聯(lián)系起來,。OTA改變了盲腸菌群的多樣性和組成,，導(dǎo)致革蘭氏陰性菌源性LPS增加，并通過有缺陷的腸道屏障進(jìn)入血液和肝臟,，最終促進(jìn)鴨子肝臟炎癥的發(fā)生,。

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