抗生素、乳杆菌和色氨酸对流感病毒感染小鼠组织结构、肠道菌群和微生物代谢的影响

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流感病毒每年引起的大流行给人类和动物健康带来极大的威胁。目前抵抗流感病毒感染最有效的方法仍然是通过疫苗发挥抗体的免疫保护作用。由于流感病毒在增殖过程中易发生基因重排,产生不同病毒亚型,使疫苗的有效性大大降低。抗生素作为支持治疗的手段普遍用于治疗流感病毒的并发症,但抗生素使用不当往往带来不理想的治疗效果。所以寻找其他有效方法缓解流感病毒的症状是十分必要的。越来越多的研究关注流感感染期间肺与肠道之间的相互作用,我们的研究也将“肺肠轴”作为立足点,探究流感病毒感染和使用抗生素后呼吸道及消化道的变化,尤其是肠道中微生物和代谢物的变化。筛选出显著减少的肠道乳杆菌和色氨酸作为外源性补充,探究肠道微生物与代谢物对流感病毒感染的调控作用。关键微生物和代谢物的筛选为治疗肠道损伤提供了新的思路,为后续寻找抗生素替代品,控制和缓解流感引起的肺、肠道损伤提供理论基础。1.流感病毒及抗生素对肠道微生物的影响流感病毒感染后肺、肠均受到损伤,但仅在肺中检出病毒,且抗生素处理导致更加严重的组织损伤。肺中toll样受体(TLRs)信号通路的表达显著升高(P<0.05),TLRs下游细胞因子干扰素β(IFNβ)的表达也显著增加(P<0.01)。肺中Ⅰ型干扰素的显著表达诱导肠道中微生物变化,抗生素处理导致肠道微生物更加剧烈的变化。微生物多样性显著降低(P<0.01),厚壁菌门显著减少(P<0.001),拟杆菌门(P<0.01)和变形菌门显著增加(P<0.001)。单独流感感染和抗生素处理都导致肠杆菌科的显著增加(P<0.05),乳杆菌属的显著减少(P<0.05)。2.流感病毒及抗生素对肠道微生物代谢的影响流感病毒感染和抗生素处理都导致肠道代谢物的变化,主成分分析(PCA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)均显示抗生素导致更加剧烈的代谢物变化。代谢物的变化以氨基酸代谢与合成为主。色氨酸代谢通路相关代谢物与肠道微生物的相关性分析显示色氨酸代谢通路与乳杆菌属呈正相关,与肠杆菌科呈负相关。色氨酸代谢的限速酶吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO1)结肠中表达显著增加(P<0.01),小肠中表达显著减少(P<0.01)。IDO1的异常表达诱导肠道中Th17与Treg细胞的不平衡。将肠道屏障功能相关代谢物与微生物做相关性分析显示上皮屏障相关代谢物与乳杆菌属呈正相关,与肠杆菌科呈负相关。流感病毒感染和抗生素处理导致肠道上皮紧密连接蛋白的表达显著下降(P<0.01)。3.色氨酸和乳杆菌对流感病毒感染的调节作用流感病毒感染小鼠额外补充色氨酸和乳杆菌显示肺、肠组织损伤减轻,肠道中肠杆菌科数量显著减少(P<0.05),乳杆菌属无明显变化。液相色谱-质谱联用(LC-MS)显示色氨酸和乳杆菌的添加使肠道中色氨酸代谢通路基本恢复正常。色氨酸添加对IDO1的活性无明显影响,乳杆菌的添加使IDO1的活性基本恢复正常。色氨酸与乳杆菌添加均使紧密连接蛋白的表达增加(P<0.05),上皮屏障功能得到改善。综上所述,流感病毒感染导致肺、肠组织损伤,肠道微生物与代谢物发生变化,肠道T细胞的平衡破坏,紧密连接蛋白的表达减少,抗生素的添加加剧了这些变化。通过胃肠道添加色氨酸与乳杆菌改善肺、肠组织损伤,肠道微生物与代谢物基本恢复正常,紧密连接蛋白表达基本恢复正常。
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