基于肠道菌群通过TLR4/NF-κB通路探索活性维生素D对糖尿病肾脏病肠道、肾脏的影响

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目的:初步观察糖尿病(Diabetes mellitus,DM)和糖尿病肾脏病(Diabetic kidney disease,DKD)小鼠肠道菌群、肠肾组织VDR、TLR4/NF-κB的表达及相关细胞因子的浓度变化。方法:选择8周和14周龄的雄性KKay小鼠高脂高糖饲料饲养,构建DM、DKD模型,同时8周龄的雄性C57BL/6小鼠普通饲料饲养作为Control组。饲养期间每3天监测血糖及体重,每周观察小鼠饮食量、饮水量,每两周监测一次尿量,饲养到第6周代谢笼收集24h尿检测尿蛋白排泄率(urinary Protein excretion rate,UP)、尿微量白蛋白(urine microalbumin,UmAlb)和尿肌酐(urinary creatinine,UCr),分离血清检测25(OH)D、C肽、胰岛素、内毒素、IL-6、TNF-α、血钙、血磷。Kkay小鼠14周龄时,连续3次非同日尾静脉血糖大于16.7mmol/L,判定DM模型构建成功,达20周龄时24h尿蛋白排泄率>30 mg和(或)尿ACR>30mg/g判定DKD模型构建成功。饲养第6周后处死小鼠,开腹取出肾脏、肠道组织进行后续实验,采用实时定量聚合酶链反应(Quantitative Realtime-Polymerase chain reaction,q PCR)和蛋白质免疫印迹(Western blot,WB)检测肾脏及肠道组织中VDR、TLR4、NF-κB的mRNA和蛋白的表达;苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色观察肠道组织的改变;取结肠至直肠段新鲜粪便样本,提取肠道细菌基因组后,16S rRNA基因V3-V4区扩增子测序分析物种分类学组成、多样性及物种差异分析。结果:①Kkay小鼠14周龄时,连续3次测非同日尾静脉血糖大于16.7mmol/L,DM模型构建成功,20周龄时24hUP>30mg和(或)ACR>30mg/g,DKD模型构建成功。②与Control组比较,DM和DKD组血清25(OH)D降低(P均<0.05),内毒素、IL-6、TNF-α水平升高(P均<0.05),尿UP及ACR水平在DKD组明显升高,差异均具有统计学意义(P均<0.05)。③与Control组比较,qPCR及WB证实DM和DKD小鼠肾脏组织VDR的m RNA和蛋白表达均降低(P<0.05),肠道组织中DKD组表达降低(P<0.05);TLR4和NF-κB的m RNA和蛋白在肠肾组织中表达均升高,且DKD高于DM组(P<0.05)。④Nova Seq测序平台共测得2502996高质量序列,其中Control组661250条序列,DM组901888条序列,DKD组939858条序列。利用R软件计算三组样本ASV数量,绘制花瓣图展示各组样本共有及特有的ASV数量,特有ASV Control组16176个,DM组3996个,DKD组2574个,三组共有372个ASV序列重叠。Good’s coverage指数表明三组样本当前测序覆盖深度均大于98%,其中Control组98.4%、DM组99.3%、DKD组99.4%(P<0.05),三组间Chao1指数和Observed species指数显示DM和DKD丰富度降低,差异均具有统计学意义(P<0.05)。Bray-Curtis距离距阵中PCo A分析显示各组样本均具有代表性。三组样本门水平上主要由厚壁菌(Firmicutes)、拟杆菌(Bacteroidetes)、变形菌(Proteobacteria)组成,其相对丰度占99%以上,其中变形菌门丰度逐渐升高,呈现Control组<DM组<DKD组趋势(P<0.05)。Metagenome Seq差异分析显示与Control组比较,DM和DKD组属水平类杆菌(Bacteroides)、副拟杆菌(Parabacteroides)、不动杆菌(Acinetobacter)、颤螺菌(Oscillospira)、假单胞菌(Pseudomonas)、Sediminibacterium等G-菌丰度均明显升高,且DKD组高于DM组(P<0.05),乳酸菌(Lactobacillus)丰度明显降低,且DKD组低于DM组(P<0.05)。LDA分析结果显示Control组双歧杆菌(Bifidobacterium)家族及Allobaculum相对丰度分布,DM组以拟杆菌(Bacteroides)、梭杆菌(Clostridium)、Oscillospira、Brevundimonas、Mycoplana、Burkholderia、螺杆菌(Helicobacter)、不动杆菌(Acinetobacter)等G-菌相对富集,DKD组以欧氏杆菌(Odoribacter)、普雷沃氏菌(Prevotella)、Elizabethkingia、梭杆菌(Clostridium)、Ochrobactrum、农杆菌(Agrobacterium)、Delftia、脱硫弧菌(Desulfovibrio)、摩根氏菌(Morganella)、Proteus、志贺氏菌(Shigella)、假单胞菌(Pseudomonas)、嗜窄食单胞菌(Stenotrophomonas)等G-菌相对富集(LDA>2,P<0.05)。⑤HE显示DM和DKD出现不同程度的炎症细胞浸润及隐窝结构缺失。结论:DM和DKD小鼠肠道菌群多样性降低,门属水平发生了变化,肠道菌失调可能参与DM和DKD的发病,慢性炎症状态和VD/VDR失调可能是其发病的关键因素。目的:探讨补充不同浓度的1,25-(OH)2D3DKD小鼠后肠道菌群、肠肾组织VDR、TLR4/NF-κB的表达及相关炎症指标的变化。方法:选取20周龄构建成功DKD小鼠40只,体重在40-50g之间,随机分为DKD组、LVD组、MVD组及HVD组,持续静脉注射1,25-(OH)2D3 14天,干预期间每3天观察小鼠体重、血糖变化,第14天后收集小鼠24h尿UP、尿mAlb和尿Cr。分离血清检测25(OH)D、C肽、胰岛素、内毒素、IL-6、TNF-α,取结肠至直肠段粪便16S rRNA测序肠道菌群种类、数量及功能差异,qPCR及WB检测肠肾组织VDR、TLR4、NF-κB的m RNA和蛋白表达,HE染色观察肠道组织病理改变。结果:①随着补充1,25-(OH)2D3浓度的增加,血糖逐渐降低(P<0.05),体重上升的趋势逐渐趋于平缓(P>0.05);②与DKD组比较,1,25-(OH)2D3干预组内毒素、IL-6、TNF-α浓度降低,尿UP及ACR水平下降,差异均具有统计学意义(P均<0.05);③qPCR及WB均证实1,25-(OH)2D3干预组小鼠肾脏、肠道组织VDR的m RNA和蛋白表达均显著上调,差异均具有统计学意义(P均<0.05);TLR4和NF-κB的m RNA和蛋白表达均明显下调,差异均具有统计学意义(P均<0.05)。④Nova Seq测序平台共测得2600515高质量序列,其中DKD组936680条,LVD组540594条,MVD组557720条,HVD组565521条。R软件计算四组样本ASV数量,特有ASV数量是DKD组3235个,LVD组4990个,MVD组4776个,HVD组3673个,四组样本共有301个ASV序列重叠。Good’s coverage指数表明四组样本当前测序覆盖深度均大于99%,其中DKD组99.4%、LVD组99.0%、MVD组99.0%、HVD组99.2%(P<0.05)。Bray-Curtis距离距阵及PCo A分析显示四组样本均具有代表性。分类学组成分析及差异分析显示1,25-(OH)2D3干预组变形菌门丰度减低(P<0.05),属水平乳酸菌丰度逐渐升高(P<0.05),在DKD组中表达高丰度G-菌Shigella、Pseudomonas、Desulfovibrio、Oscillospira、Acinetobacter、Helicobacter、Odoribacter在1,25-(OH)2D3干预组的表达均降低(P值均<0.05)。LDA差异分析显示DKD组以Sediminibacterium、欧氏杆菌(Odoribacter)、Elizabethkingia、Wautersiella、Vagococcus、链球菌(Streptococcus)、Thermotalea、Oscillospira、Brevundimonas、Ochrobactrum、农杆菌(Agrobacterium)、Burkholderia、Delftia、Bilophila、Helicobacter、摩根氏菌(Morganella)、Proteus、志贺氏菌(Shigella)、不动杆菌(Acinetobacter)、假单胞菌(Pseudomonas)、嗜窄食单胞菌(Stenotrophomonas)等G-菌相对富集,LVD组以Alistipes、亚硝基单胞菌(Nitrosomonas)、Dok59相对富集,MVD组以S24-7相对富集,HVD组以乳酸菌(Lactobacillus)、片球菌(Pediococcus)相对富集,(LDA>2,P<0.05)。⑤HE显示1,25-(OH)2D3干预后炎症细胞浸润现象有改善。结论:1,25-(OH)2D3可以改善DKD小鼠肠道菌群失调,具体表现为变形菌门相对丰度明显降低,乳酸菌属相对丰度增高,属水平G-菌比例及相对丰度下降,肠肾组织VDR表达均上调,TLR4/NF-κB的m RNA及蛋白表达下调,血清内毒素水平降低,炎症细胞因子IL-6和TNF-α的浓度下降,1,25-(OH)2D3对DKD小鼠的保护作用,可能与增加肠肾组织VDR表达及改善肠道菌群失调后抑制TLR4/NF-κB信号通路的活化有关。
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