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目的基于中医学“心与小肠相表里”理论及针灸“治未病”思想,本实验首先建立肠道菌群失调大鼠模型,观察菌群失调对大鼠肠道5-HT代谢及心肌5-HT受体表达的影响,旨在探索肠道菌群-5-HT-心肌细胞之间的联系,为阐明肠道菌群与心血管疾病相关性提供实验依据。在此基础上,建立心肌缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)大鼠模型,以肠道菌群和5-HT为切入点,采用电针“内关”、“足三里”预处理的干预方法,探讨电针预处理调节肠道菌群影响I/R模型大鼠5-HT代谢、进而防治心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)的效应机制,为临床从“心与小肠”论治心肌缺血疾病提供实验依据。方法将20只雄性Wistar大鼠,随机分为2组:正常对照组和菌群失调组,每组10只。菌群失调组大鼠灌胃盐酸林可霉素(5g/kg·BW,溶于生理盐水中),正常对照组大鼠灌胃等体积生理盐水,每天1次,连续造模7天,动态观察两组大鼠形态及体质量变化。第8天造模成功后,取回肠组织,qPCR法检测肠道微生物的组成,免疫组化法观察回肠EC细胞的数量和形态,ELISA法检测回肠组织中5-HT及其相关代谢物质Trp、5-HIAA、Kyn的含量;取外周血,ELISA法检测血清中5-HT、Trp、5-HIAA、Kyn的含量;取心肌组织,ELISA法检测心肌组织中5-HT的含量,Western-Blot检测心肌组织中5-HT2BR、5-HT4R蛋白的表达,qPCR法检测心肌组织中5-HT2BR、5-HT4R mRNA的表达,并对数据进行统计分析。将40只雄性Wistar大鼠,随机分为4组:假手术组、I/R模型组、内关组和足三里组,每组10只。假手术组:固定1次/天,每次20min,共7天,第8天开胸手术只穿线,不结扎左冠状动脉前降支;I/R模型组:固定1次/天,每次20min,共7天,第8天采用垫管法行左冠状动脉缺血再灌注术,制备在体I/R模型;内关组:电针“内关”预处理1次/天,每次20min,共7天,第8天造模同I/R模型组;足三里组:电针“足三里”预处理1次/天,每次20min,共7天,第8天造模同I/R模型组,动态观察各组大鼠术中心电图的变化。第8天造模成功后,取回肠组织,qPCR法检测肠道微生物的组成,免疫组化法观察回肠EC的数量和形态,ELISA法检测回肠组织中5-HT及其相关代谢物质Trp、5-HIAA、Kyn的含量;取外周血,ELISA法检测血清中5-HT、Trp、5-HIAA、Kyn的含量,及心肌损伤标志物CK、CK-MB、cTnT含量;取心肌组织,HE染色观察心肌细胞的形态结构,masson染色计算心肌梗死面积,ELISA法检测心肌5-HT的含量,Western-Blot检测心肌组织中5-HT2BR、5-HT4R蛋白的表达,qPCR法检测心肌组织中5-HT2BR、5-HT4R mRNA的表达,并对数据进行统计分析。结果1.肠道菌群失调对大鼠肠嗜铬细胞分泌5-HT功能的影响(1)大鼠形态与体质量的变化:林可霉素干预1周后,菌群失调组大鼠出现不同程度的腹泻、软便,伴摄食饮水下降,精神萎靡不振,毛色无光现象。菌群失调组大鼠疾病活动指数评分较正常对照组明显增高(P<0.05)。(2)肠道微生物组成的变化:与正常对照组比较,菌群失调组回肠组织中大肠杆菌属、拟杆菌属、肠球菌属、消化链球菌属含量增加,乳酸杆菌属、双歧杆菌属含量减少(P<0.05,P<0.01)。(3)回肠组织的病理学变化:正常对照组肠黏膜上皮细胞完整,腺体排列整齐,富含杯状细胞。菌群失调组肠黏膜上皮细胞破坏,腺体排列紊乱,杯状细胞减少、消失,可见大量中性粒细胞及淋巴细胞浸润。(4)回肠EC细胞数量和形态的变化:菌群失调组回肠EC细胞数量较正常对照组增多(P<0.01),胞质内可见特异性分泌颗粒。(5)回肠组织及血清中5-HT含量的变化:与正常对照组比较,菌群失调组回肠组织及血清中5-HT及其前体物质Trp、代谢产物5-HIAA、Kyn的含量升高(P<0.01,P<0.05)。2.肠道菌群失调对大鼠心肌细胞5-HT含量及其受体表达的影响(1)心肌组织中5-HT含量的变化:菌群失调组心肌组织中5-HT的含量较正常对照组明显升高(P<0.01)。(2)心肌组织中5-HT受体表达的变化:与正常对照组比较,菌群失调组心肌组织中5-HT2BR、5-HT4R蛋白及mRNA的表达增加(P<0.01,P<0.05)。3.电针预处理对I/R模型大鼠心肌损伤标志物及形态学的影响(1)心电图ST电位值的变化:结扎20min时与结扎前比较,I/R模型组、内关组、足三里组测得的ST段电位值均升高(P<0.05);再灌注40min时与结扎20min时比较,I/R模型组、内关组、足三里组测得的ST段电位值均回降(P<0.01,P<0.05)。再灌注40min时,与假手术组比较,I/R模型组测得的ST段电位值升高(P<0.05);与I/R模型组比较,内关组、足三里组测得的ST段电位值下降(P<0.01);与足三里组比较,内关组测得的ST段电位值下降(P<0.01)。(2)心肌损伤标志物的变化:与假手术组比较,I/R模型组血清中CK、CK-MB、cTnT的含量增加(P<0.01,P<0.05);与I/R模型组比较,内关组、足三里组血清中CK、CK-MB、cTnT的含量减少(P<0.01);与足三里组比较,内关组血清中CK-MB的含量减少(P<0.01)。(3)心肌组织形态学的变化:假手术组心肌纤维排列整齐,横纹清晰,细胞结构完整,形态正常,无炎性浸润,无空泡样变性;I/R模型组心肌纤维紊乱,部分纤维断裂,细胞结构破坏明显,炎性细胞浸润,出现空泡样变性;内关组、足三里组病理改变较轻,心肌纤维排列略杂乱,少量纤维断裂及炎性细胞浸润,小部分细胞水肿坏死。(4)心肌梗死面积的变化:与假手术组比较,I/R模型组心肌梗死面积百分比增加(P<0.05);与I/R模型组比较,内关组、足三里组心肌梗死面积百分比减少(P<0.05,P<0.01);与足三里组比较,内关组心肌梗死面积百分比减少(P<0.01)。4.电针预处理调节肠道菌群对I/R模型大鼠肠嗜铬细胞分泌5-HT功能的影响(1)肠道微生物组成的变化:与假手术组比较,I/R模型组回肠组织中大肠杆菌属、拟杆菌属、肠球菌属、消化链球菌属含量增加,乳酸杆菌属、双歧杆菌属含量减少(P<0.05,P<0.01);与I/R模型组比较,内关组、足三里组回肠组织中大肠杆菌属、拟杆菌属、肠球菌属、消化链球菌属含量减少,乳酸杆菌属、双歧杆菌属含量增加(P<0.05,P<0.01);与足三里组比较,内关组回肠组织中乳酸杆菌属含量增加(P<0.05)。(2)回肠EC细胞数量和形态的变化:与假手术组比较,I/R模型组回肠EC数量增多(P<0.01),电镜下可见胞质内有特异性分泌颗粒;内关组、足三里组镜下表现介于假手术组与I/R模型组之间,回肠EC细胞数量较I/R模型组减少(P<0.05)。(3)回肠及血清中5-HT含量的变化:与假手术组比较,I/R模型组回肠及血清中5-HT及其前体物质Trp、代谢产物5-HIAA、Kyn的含量升高(P<0.01,P<0.05);与I/R模型组比较,内关组、足三里组回肠及血清中5-HT、Trp、5-HIAA、Kyn的含量降低(P<0.01,P<0.05);与足三里组比较,内关组回肠组织中5-HT、5-HIAA的含量降低(P<0.05)。5.电针预处理调节肠道菌群对I/R模型大鼠心肌细胞5-HT含量及其受体表达的影响(1)心肌组织中5-HT含量的变化:与假手术组比较,I/R模型组心肌组织中5-HT含量增多(P<0.01);与I/R模型组比较,内关组、足三里组心肌组织中5-HT含量减少(P<0.05);与足三里组比较,内关组心肌组织中5-HT含量减少(P<0.01)。(2)心肌组织中5-HT受体表达的变化:与假手术组比较,I/R模型组心肌5-HT2BR、5-HT4R蛋白及mRNA的表达增多(P<0.01,P<0.05);与I/R模型组比较,内关组、足三里组心肌5-HT2BR、5-HT4R蛋白及mRNA的表达减少(P<0.05,P<0.01);与足三里组比较,内关组心肌5-HT2BR、5-HT4R蛋白及mRNA的表达减少(P<0.05,P<0.01)。结论(1)本实验采用林可霉素诱导的大鼠肠道菌群失调模型建立成功,大鼠肠道有益菌减少,条件致病菌增加,回肠EC细胞数量增加,回肠及血清中5-HT及相关代谢物质含量升高,心肌5-HT含量及其受体表达增多。提示大鼠肠道菌群的变化可通过影响体内5-HT代谢,与心肌细胞之间产生密切联系。(2)I/R模型大鼠肠道有益菌减少,条件致病菌增加,回肠EC细胞数量增加,回肠及血清中5-HT及相关代谢物质的含量升高,心肌5-HT含量及其受体表达增多。提示大鼠心肌缺血再灌注可导致肠道菌群失调,进而引起体内5-HT代谢异常,可能诱发或加重心肌损伤。(3)电针“内关”、“足三里”预处理均可显著降低I/R模型大鼠血清心肌损伤标志物的含量,改善心肌组织的病理损伤程度,减少心肌梗死面积。提示电针“内关”、“足三里”预处理对I/R模型大鼠心肌的结构和功能具有保护作用,且电针内关穴的效应优于足三里穴。(4)电针“内关”、“足三里”预处理均可明显改善I/R模型大鼠肠道菌群的紊乱,抑制EC细胞分泌5-HT,降低回肠及血清中5-HT及相关代谢物质的含量,减少心肌5-HT含量及其受体表达。提示电针“内关”、“足三里”预处理可有效减轻I/R模型大鼠心肌损伤,其效应机制可能与调节肠道菌群影响5-HT代谢有关。