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2019-09-03浏览量:1610

『锐帮读』大麻素通过改变肠道菌群来治疗实验性自身免疫性脑脊髓炎

导读

大麻素 [δ-9-四氢大麻酚(THC)+大麻二酚(CBD)]是一种治疗多发性硬化症(MS)患者肌肉痉挛的药物。我们使用患有实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)的MS小鼠模型,研究大麻素影响下,肠道菌群在缓解疾病方面的效应。

 

我们发现,THC+CBD处理可以治疗EAE,并造成炎性细胞因子(IL-17、IFN-g)显著减少,抗炎细胞因子(IL-10、TGF-b)显著增多。通过16S rRNA测序,发现EAE小鼠中使粘蛋白降解的细菌丰度极高,THC+CBD处理后显著降低。粪菌移植结果证实了该处理介导的菌群变化在治疗EAE方面起重要作用,代谢组学检测也验证了该观点。

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文献ID

题目:Combination of cannabinoids, delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) and cannabidiol (CBD), mitigates experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) by altering the gut microbiome

译文:大麻素(δ-9-四氢大麻酚、大麻二酚)的组合通过改变肠道菌群缓解自身免疫性脑脊髓炎

期刊:Brain Behavior and Immunity

发表时间:2019.07    IF:6.17

通讯作者:Prakash Nagarkatti

通讯单位:南卡罗来纳大学医学院

 

科普

多发性硬化症(MS)是一种中枢神经系统的慢性神经炎症性和脱髓鞘性自身免疫疾病,主要影响年轻人,在女性中比男性更常见。这种疾病的发病机制以神经炎症为特征,可导致脱髓鞘和瘫痪。实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)是多发性硬化症的动物模型,常被用于研究疾病的发展,其特征是神经功能障碍和脱髓鞘,与人类多发性硬化症患者群体的情况密切相关。


大麻素可以治疗神经退行性疾病(包括多发性硬化症),THC+CBD联合治疗已被证明可以有效减少MS相关的震颤和痉挛,也可以通过抑制神经炎症来改善EAE。

 

材料与方法

实验设计

 

 

诱发小鼠EAE,随后将其随机分组,治疗组每天注射THC+CBD(1:1比例),模型组注射2%二甲基亚砜(载体溶剂),剂量10 mg/kg。在EAE诱导第15天,从实验小鼠中分离脑组织来进行组织病理学评价;同时间采血,分离血清,-80℃保存。实验结束后切除小鼠脾脏,将细胞培养上清于-80℃保存。

 

收集小鼠盲肠,进行16S rRNA测序分析;检测脑裂解液LPS及盲肠SCFAs水平。最后进行粪菌移植,验证THC+CBD改变的菌群可以治疗EAE。

 

测序区域及平台

Illumina MiSeq平台 V3-V4区段

 

研究成果

1、THC+CBD可以治疗EAE,促进抗炎反应

THC+CBD可以治疗MS患者肌肉痉挛,能通过抑制神经炎症来减弱EAE。我们采用两组实验对象(图1A):模型组和治疗组的EAE小鼠,发现接受大麻素治疗的小鼠疾病严重程度有所降低(图1B)。实验模型第15天的脑组织学结果显示,与健康对照小鼠相比,模型组小鼠有浸润细胞和组织损伤的迹象,而治疗组神经炎症和损伤明显减少(图1C)。血清结果显示治疗组小鼠IL-17A促炎细胞因子水平下降(图1D),而IFN-γ未下降(图1E)。但与模型组相比,治疗组血清中抗炎因子TGF-b(图1F)、IL-10(图1G)水平提高。THC+CBD治疗使胰脏外围细胞的促炎细胞因子IL-17A(图1H)和IFN-g(图1I)水平降低,抗炎骨髓源性抑制细胞(MDSCs)水平提高。综上所述,THC+CBD治疗能够降低EAE的严重程度,促进抗炎反应。

 

图1 THC+CBD可以治疗EAE,促进抗炎反应

 

2、THC+CBD在治疗EAE过程中改变肠道菌群


为检测肠道菌群在THC+CBD介导的EAE中潜在作用,我们对健康对照组、模型组和治疗组的盲肠进行了16S rRNA基因测序。

 

结果显示模型组小鼠肠道中细菌的丰度较低(图2A);PCoA图中展示三组肠道菌群存在显著差异(图2B);三组在门水平具有差异(图2C)。模型组小鼠拟杆菌门的丰度明显低于健康对照小鼠(图2D);THC+CBD处理的EAE小鼠,厚壁菌门丰度明显高于模型组(图2E)。模型组软壁菌门丰度低于健康对照组(图2F);疣微菌门丰度高于健康对照组,治疗组稍低于模型组(图2G)。模型组小鼠中变形菌门明显多于健康对照组,但THC+CBD处理后降回正常水平(图2H)。

 

图2 THC+CBD在治疗EAE过程中改变肠道菌群

 

为确定健康对照小鼠和模型组间的差异菌群,以及任何疾病的生物标志物,我们进行了LefSE分析(图3A)。疣微菌纲中的Akkermansia muciniphiliaA.muc)在模型组小鼠中LDA值很高(图3B),治疗组的小鼠则显著降低了相关细菌的丰度水平(图3C)。针对A.muc的特异性引物进行验证,证实THC+CBD处理降低了EAE中A.muc的丰度水平,但模型组小鼠中依旧明显高于健康对照(图3D)。

 

图3 根据LefSE分析,A.Muc是EAE的生物标志物,在THC+CBD处理后水平降低

 

3、THC+CBD在治疗EAE过程中改变肠道菌群代谢产物

使用PICRUSt进行功能预测,LefSE分析显示,当比较模型组(EAE-VEH)与治疗组EAE-(THC+CBD)时,几种KEGG通路在疾病状态中具有高LDA分值(图4A)。比如与健康对照小鼠相比,LPS生物合成(革兰氏阴性菌如A.muc中的关键组分)在模型组中升高,但在THC+CBD处理后降低(图4B)。分析脑裂解物以检测LPS水平,发现模型组小鼠的脑裂解物具有更高水平的LPS,THC+CBD处理后的小鼠LPS水平显著降低(图4C)。

 

从盲肠冲洗液中检测短链脂肪酸。模型组小鼠比健康对照小鼠具有更高水平的乙酸(图4D)和丙酸(图4E),THC+CBD治疗的小鼠异丁酸水平升高(图4F)。此外,与健康对照或模型组相比,THC+CBD治疗的小鼠具有显著更高水平的丁酸(图4G),异戊酸(图4H)和戊酸(图4I)。数据显示THC+CBD治疗的小鼠不仅改变代谢途径如LPS产生,还会导致短链脂肪酸增加。

 

图4 THC+CBD在治疗EAE过程中改变肠道菌群代谢产物

 

4、THC+CDB治疗过程中改变菌群,从而治疗EAE

为确定THC+CBD对菌群的改变是否可以治疗EAE,我们进行了FMT实验(图5A)。用Abx处理小鼠4周,并由PCR(图5B)和细菌培养(图5C)确认菌群消耗情况。给EAE小鼠喂食来自疾病对照(EAE+control)、健康对照(EAE+Naive)、模型组(EAE-VEH)或治疗组小鼠EAE+(THC+CBD)的粪便物质。评估临床指标,与正常EAE小鼠相比,Abx处理的小鼠疾病程度降低(图5D),很可能是由于EAE对菌群的依赖性。THC+CBD处理的小鼠,评分显著降低。这些数据证实,THC+CBD改变菌群,可能在治疗EAE中起重要作用。

 

图5 粪菌移植实验证明,THC+CDB治疗改变菌群,从而治疗EAE

 

研究结论

1、在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠模型中,δ-9-四氢大麻酚(THC)+大麻二酚(CBD)处理可治疗EAE;

2、THC+CBD可显著降低IL-17及IFN-γ等炎症因子,促进IL-10及TGF-β等抗炎因子的产生;

3、EAE小鼠的肠道菌群中,可降解黏蛋白的细菌物种的丰度显著升高(如Akk菌),THC+CBD处理可显著减少Akk菌;

4、移植THC+CBD处理后的小鼠菌群也可治疗EAE;

5、EAE小鼠的LPS生物合成显著增加,THC+CBD处理可逆转,并显著增加短链脂肪酸的水平。

 

亮点

THC+CBD联合处理可以减轻EAE小鼠模型症状,减弱神经炎症,导致肠道微生物组和代谢组的改变。因THC+CBD处理而改变微生物结构的粪便,通过粪菌移植,能减弱其他小鼠EAE疾病的严重程度,从而得出大麻素通过调控微生物群抑制EAE的结论。

 

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