文獻(xiàn)解讀：腸I/R損傷及腸源性膿毒癥防治策略研究

近日，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院麻醉科劉克玄教授團(tuán)隊(duì)在Cell子刊Cell Reports Medicine（中科院SCI分區(qū)小類1區(qū), IF：16.988）發(fā)表了題為“Gut microbe-derived milnacipran enhances tolerance to gut ischemia/reperfusion injury”的研究論著。南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院麻醉科鄧凡博士后和胡敬娟博士為論文共同第一作者，劉克玄教授為論文通訊作者，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院為論文第一署名單位。

腸缺血/再灌注損傷（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，其不僅引起腸損傷，還因腸屏障破壞后菌群失調(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。腸源性膿毒癥是一種特殊類型的膿毒癥，是由腸道損傷或隱匿性腸道感染引起的一種全身性反應(yīng)，其中腸I/R是研究腸源性膿毒癥發(fā)生機(jī)制和防治策略的有效模型。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)可能會(huì)增加宿主對(duì)疾病的易感性，然而，腸道菌群及代謝產(chǎn)物在腸I/R誘導(dǎo)的腸源性膿毒癥易感性中的作用尚不明確。

該團(tuán)隊(duì)采用小鼠腸I/R誘導(dǎo)的腸源性膿毒癥的模型，通過(guò)16S rRNA基因測(cè)序和代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，腸源性膿毒癥易感性差異的小鼠，其體內(nèi)的腸道菌群及代謝產(chǎn)物豐度存在顯著差異，其中腸道菌群代謝物米那普侖在腸源性膿毒癥耐受型小鼠中的含量明顯升高；糞菌移植實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)腸道菌群可影響腸源性膿毒癥的敏感性。該研究揭示了腸道菌群代謝物米那普侖通過(guò)調(diào)節(jié)AHR/ILC3/IL-22信號(hào)從而增強(qiáng)腸I/R損傷的耐受性，為腸I/R損傷及腸源性膿毒癥提供了新的治療策略。
 

圖片來(lái)源：《Cell Reports Medicine》

研究材料
該研究用到了無(wú)菌小鼠、腸上皮芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AHR）基因條件性敲除小鼠、Il-22基因敲除小鼠（由賽業(yè)生物提供）、小腸類器官等實(shí)驗(yàn)材料。

技術(shù)方法
該研究用了16SrRNA基因測(cè)序、非靶向代謝組學(xué)技術(shù)、糞菌移植實(shí)驗(yàn)、流式細(xì)胞術(shù)實(shí)驗(yàn)、QPCR實(shí)驗(yàn)、免疫熒光染色、免疫組化染色、小腸類器官培養(yǎng)和3型固有淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)體系等實(shí)驗(yàn)方法。

技術(shù)路線
01 腸缺血再灌注誘導(dǎo)的腸源性膿毒癥模型中發(fā)現(xiàn)小鼠存在易感性差異
02 代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)米那普侖的含量和色氨酸代謝水平在易感性差異小鼠中存在明顯變化/患者術(shù)前糞便的米那普侖含量與術(shù)后的腸損傷易感性相關(guān)
03 糞菌移植實(shí)驗(yàn)證實(shí)腸道菌群可影響腸源性膿毒癥的敏感性
04 通過(guò)Ahr基因條件性敲除小鼠、Il-22基因敲除小鼠在體模型和小腸類器官離體模型發(fā)現(xiàn)，米那普侖可通過(guò)活化AHR促進(jìn)ILC3釋放IL-22減輕腸I/R損傷

研究結(jié)果
1.腸道I/R誘導(dǎo)的腸源性膿毒癥小鼠在易感性上存在顯著差異
該研究通過(guò)建立腸I/R誘導(dǎo)的腸源性膿毒癥小鼠模型，依據(jù)小鼠膿毒癥損傷評(píng)分（Murine sepsis score, MSS）發(fā)現(xiàn)腸源性膿毒癥小鼠在易感性上有顯著差異。如圖1A所示，部分小鼠在再灌注6小時(shí)的MSS評(píng)分很低（014），這些小鼠的MSS在造模后急劇升高，并在隨后的幾天內(nèi)死亡；這組被小鼠定義為腸源性膿毒癥敏感小鼠（Enterogenic-sensitive mice, ESSM）。與ESSM組相比，ESTM組小鼠存活率更高、腸源性膿毒癥損傷更輕。這些表明，小鼠對(duì)腸源性膿毒癥的易感性有顯著差異。
 

小鼠具有顯著的腸源性膿毒癥易感性差異^[1]

2.腸源性膿毒癥敏感型和耐受型小鼠其自身體內(nèi)的腸道菌群和代謝物豐度存在差異
該研究通過(guò)16S rRNA基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)，ESTM和ESSM兩組小鼠間腸道菌群數(shù)量與組成存在顯著差異；非靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，兩組間的代謝物組成也存在顯著差異，其中ESTM組小鼠糞便中米那普侖的含量和色氨酸代謝水平明顯升高。進(jìn)一步，研究人員利用無(wú)菌小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）證實(shí)米那普侖為腸道菌群代謝產(chǎn)物。
 

不同腸源性膿毒癥易感性小鼠間的腸道菌群及代謝物差異^[1]

3.腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性
將ESTM和ESSM兩組小鼠術(shù)前的糞便移植給偽無(wú)菌小鼠，接受ESTM組糞便的小鼠明顯減輕了腸I/R誘導(dǎo)的腸及腸外器官損傷，相反接受ESSM組糞便的小鼠明顯加重了腸I/R誘導(dǎo)的腸及腸外器官損傷。另外根據(jù)體外循環(huán)患者術(shù)后第7天急性胃腸功能損傷（Acute gastrointestinal function injury, AGI）評(píng)分，將患者隊(duì)列分為AGI組（AGI≥1）和非急性胃腸功能損傷（Non-AGI, NAGI）組（AGI=0）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CPB患者術(shù)前糞便的米那普侖含量與術(shù)后的腸損傷易感性相關(guān)，進(jìn)一步分別將AGI組和NAGI患者術(shù)前糞便移植給小鼠，也進(jìn)一步證明了腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性。
 

腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性^[1]

4.米那普侖通過(guò)激活腸上皮細(xì)胞AHR受體減輕腸I/R損傷
研究人員利用腸上皮芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AHR）基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）、小腸類器官離體缺氧再?gòu)?fù)氧模型，進(jìn)一步證明米那普侖通過(guò)激活腸上皮細(xì)胞AHR受體減輕腸I/R損傷。
 

米那普侖激活腸上皮細(xì)胞AHR受體減輕腸I/R損傷^[1]

5.米那普侖通過(guò)腸上皮細(xì)胞AHR受體增加3型固有淋巴細(xì)胞比例和IL-22的水平
研究人員利用AHR基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）進(jìn)一步證明米那普侖可通過(guò)AHR受體增加3型固有淋巴細(xì)胞比例和IL-22水平。生存率結(jié)果顯示，米那普侖，AHR受體激動(dòng)劑FICZ和重組IL-22可明顯提高腸I/R小鼠的生存率。
 

米那普侖通過(guò)腸上皮細(xì)胞AHR受體增加3型固有淋巴細(xì)胞比例和IL-22的水平^[1]

6.AHR受體激動(dòng)劑FICZ通過(guò)3型固有淋巴細(xì)胞釋放IL22減輕腸I/R損傷
研究人員利用IL-22基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業(yè)生物提供）、小腸類器官離體缺氧再?gòu)?fù)氧模型，進(jìn)一步證明AHR受體激動(dòng)劑FICZ通過(guò)3型固有淋巴細(xì)胞釋放IL22減輕腸I/R損傷。
 

AHR受體激動(dòng)劑FICZ通過(guò)IL22釋放減輕腸I/R損傷^[1]

7.IL-22通過(guò)激活Wnt和Notch通路促進(jìn)腸道干細(xì)胞的自我更新減輕腸I/R損傷
研究人員進(jìn)一步在C57BL/6J小鼠體內(nèi)缺血再灌注實(shí)驗(yàn)和小腸類器官缺氧再?gòu)?fù)氧實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)重組IL-22處理會(huì)激活Wnt和Notch通路進(jìn)一步促進(jìn)腸道干細(xì)胞的自我更新減輕腸I/R損傷。
 

IL-22通過(guò)激活Wnt和Notch通路促進(jìn)腸道干細(xì)胞的自我更新減輕腸I/R損傷^[1]

研究結(jié)論
該研究揭示了AHR/ILC3/IL-22信號(hào)調(diào)節(jié)腸I/R損傷的新機(jī)制，發(fā)現(xiàn)腸道菌群是腸I/R所致腸源性膿毒癥易感的重要因素，腸道菌群代謝物米拉普侖通過(guò)調(diào)節(jié)AHR/ILC3/IL-22信號(hào)增強(qiáng)腸源性膿毒癥的耐受性，是防治腸I/R損傷及腸源性膿毒癥的潛在藥物。

原文檢索：
[1]Deng F, Hu JJ, Lin ZB, Sun QS, Min Y, Zhao BC, Huang ZB, Zhang WJ, Huang WK, Liu WF, Li C, Liu KX. Gut microbe-derived milnacipran enhances tolerance to gut ischemia/reperfusion injury. Cell Rep Med. 2023 Mar 21;4(3):100979. doi: 10.1016/j.xcrm.2023.100979
 

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AHR KO小鼠

小鼠福利，限定發(fā)放中~
品系名稱：
C57BL/6J-Ahr^em1C/Cya
品系編號(hào)：
KOCMP-11622-Ahr-B6J-VB
產(chǎn)品編號(hào)：
S-KO-00966
應(yīng)用方向：
免疫系統(tǒng),腫瘤研究,神經(jīng)系統(tǒng),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),眼科,腎和泌尿系統(tǒng),內(nèi)/外分泌腺

AHR flox小鼠

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品系名稱：
C57BL/6J-Ahr^em1Cflox/Cya
品系編號(hào)：
CKOCMP-11622-Ahr-B6J-VA
產(chǎn)品編號(hào)：
S-CKO-01109
應(yīng)用方向：
免疫系統(tǒng),腫瘤研究,神經(jīng)系統(tǒng),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),眼科,腎和泌尿系統(tǒng),內(nèi)/外分泌腺

IL-22 KO小鼠

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C57BL/6J-Il22^em1C/Cya
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產(chǎn)品編號(hào)：
S-KO-10256
應(yīng)用方向：
免疫系統(tǒng),皮膚,腫瘤研究,神經(jīng)系統(tǒng),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),消化系統(tǒng),蛋白質(zhì)代謝,肝臟/膽道系統(tǒng)

IL-22 flox小鼠

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品系名稱：
C57BL/6J-Il22^em1Cflox/Cya
品系編號(hào)：
CKOCMP-50929-Il22-B6J-VA
產(chǎn)品編號(hào)：
S-CKO-11434
應(yīng)用方向：
免疫系統(tǒng),皮膚,腫瘤研究,神經(jīng)系統(tǒng),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),消化系統(tǒng),蛋白質(zhì)代謝,肝臟/膽道系統(tǒng)