基于代谢组和微生物组研究当归补血汤与肠道菌群的相互作用

作     者：杜瑞蓝 

作者单位：广东药科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薄华本;Hongwei Shao

授予年度：2020年

学科分类：1006[医学-中西医结合] 10[医学] 100602[医学-中西医结合临床] 

主      题：当归补血汤 肠道紊乱 造血功能 16S rRNA微生物测序 UPLC-MS/MS 

摘      要：目的:研究当归补血汤(DBT)与肠道菌群的相互作用,包括肠道菌群对DBT药效成分吸收影响、DBT对肠道菌群及肠道功能的影响。方法:一、肠道菌群对DBT药效成分吸收影响:优化网织红细胞流式检测方法;抗生素破坏肠道菌群平衡后检测DBT药效变化;16S r RNA微生物多样性测序分析肠道菌群变化;UPLC-MS/MS检测血清代谢物变化,寻找DBT入血成分;建立入血成分与药效之间的相关性,确定DBT药效成分;网络药理学分析药效成分发挥信号通路;分析肠道菌群与入血成分相关性,确定与入血成分相关的肠道菌群;PICRUSt 2对以上肠道菌群进行功能注释,从而判断肠道菌群是否能影响药效成分的代谢和吸收。二、DBT对肠道菌群及肠道功能的影响:小鼠抗生素造模,灌胃当归补血汤。UPLC-MS/MS检测血清中代谢成分及代谢途径变化;检测粪便中肠道菌群的变化,Spearman相关性分析肠道菌和代谢成分的相关性,分析与肠道功能指标相关性强的肠道菌;PICRUSt 2预测肠道菌群代谢途径及功能;采用回肠、结肠HE染色观察抗生素和DBT对小鼠肠道的影响(肠绒毛及杯状细胞的变化),从而判断DBT是否能缓解肠道紊乱,恢复肠道功能。结果:一、网织红细胞检测方法优化:通过优化染色时间与浓度,MTG/TMRE/Hoechst 33342染色法可以检测网织红细胞在外周血的比例,约为(5.11±0.53)%,同时还能将其分为R1(MTG /TMRE )、R2(MTG /TMRE )和R3(MTG /TMRE )三个不同发育期;MTG/TMRE/Hoechst 33342染色法与传统方法新亚甲蓝手工计数法相比,结果相似,相关性为R=0.817(p0.01),CV=9.75,较传统方法小。二、肠道菌群对DBT药效成分吸收影响:与对照组(Control)相比,DBT组药效指标包括外周血网织红细胞比例(P=0.031)、BFU(P=0.011)、CFU(P=0.009)数量和骨髓细胞数目(P=0.018)显著上升;抗生素作用后灌胃当归补血汤组(ABXDBT)的网织红细胞比例显著降低(P=0.036)。UPLC-MS/MS结果表明,与DBT组相比,ABXDBT组共有194种代谢成分含量发生变化,18种DBT入血成分含量发生变化,如咖啡酸和刺芒柄花素等11种入血成分含量显著降低;相关性分析表明,咖啡酸和刺芒柄花素等6种入血成分与药效降低有关。网络药理学分析表明以上药效成分通过PI3K-Akt和HIF-1等信号通路参与了DBT造血调控。相关性分析表明Bacteroides和Rikenellaceae＿RC9＿gut＿group等与DBT入血成分的吸收有关;通过PICRUSt 2对以上肠道菌进行功能预测,发现抗生素作用后肠道菌群的药物代谢转化通路显著降低(P=0.033)。推测肠道菌Bacteroides和Rikenellaceae＿RC9＿gut＿group等菌通过影响咖啡酸和刺芒柄花素等药效成分的吸收从而影响DBT的药效。三、DBT对肠道菌群及代谢功能的影响:16S rRNA微生物多样性分析结果表明,与Control组相比,抗生素处理后,小鼠肠道菌群82个属显著变化;灌胃当归补血汤后有12个属存在恢复趋势,如Bacteroides菌等;UPLC-MS/MS检测血清代谢物,以VIP≥1,或Fold change≥2和fold change≤0.5为筛选条件,相对于Control组,ABX组代谢物有26种显著下调,如去氧胆酸等胆汁酸代谢物;23种显著上调,如芥子酸等;相对于ABX组,ABXDBT组代谢物有20种显著下调,如4-香豆酸等;16种显著上调,如去氧胆酸等胆汁酸代谢物;KEGG数据库分析,抗生素作用后影响较大的代谢通路包括胆汁酸生物合成和苯丙氨酸代谢等,而灌胃DBT后显著恢复了初级和次级胆汁酸生物合成和生物素代谢等途径;Spearman相关性结果表明Bacteroides、Lachnospiraceae＿NK4A136＿group和Rikenellaceae＿RC9＿gut＿group等菌与潜在的差异代谢物牛磺鹅去氧胆酸、去氧胆酸和鹅去氧胆酸等存在正相关性;PICRUSt 2功能预测结果发现肠道菌初级胆汁酸生物合成和次级胆汁酸生物合成途径等有显著影响。推测DBT通过恢复Bacteroides的丰度从而影响体内胆汁酸代谢水平。四、DBT对肠道功能的影响:将小鼠的回肠及结肠进行HE染色,与Control组相比,抗生素组(ABX)组的局部结肠存在炎症情况,回肠杯状细胞数量显著减少(P0.001),回肠绒毛长度显著变短(P0.01);与ABX组相比,ABXDBT组回肠炎症情况减轻,结肠杯状细胞数量增加(P=0.02),肠绒毛变长(P0.001)。通过MaAslin分析,我们发现Bacteroides和Alloprevotella等菌与回肠杯状细胞和绒毛长度呈显著正相关关系。通过Spearman分析,我们可以得出,去氧胆酸和鹅去氧胆酸等代谢物与回肠、结肠杯状细胞数量存在显著正相关的关系。结论:一、MTG/TMRE/Hoechst染色法基于线粒体膜电位变化,可以低成本且准确地检测外周血中网织红细胞数量,同时将其为R1(MTG /TMRE )、R2(MTG /TMRE )和R3(MTG /TMRE )三个不同发育期。二、肠道菌群影响DBT药效成分吸收代谢。肠道菌Bacteroides和Rikenellaceae＿RC9＿gut＿group等菌通过影响咖啡酸和刺芒柄花素等药效成分的吸收从而影响DBT的药效。三、DBT恢复了抗生素对肠道菌群紊乱和肠道炎症情况。DBT恢复Bacteroides等菌群的丰度从而影响体内胆汁酸代谢水平,同时Bacteroides与回肠杯状细胞和绒毛长度显著正相关,鹅去氧胆酸等与回肠、结肠杯状细胞数量显著正相关。