药物-微生物组-小鼠模型-课题研究

药物-微生物组-小鼠模型研究方案

研究思路：

通过16S扩增子测序解析目标药物用药后小鼠肠道菌群结构和肠道代谢的变化，并探索肠道菌群通过调节代谢缓解疾病的潜在作用机理。

研究方法：

1、样品收集

小鼠分为正常组、模型组、低剂量用药组（模型+低剂量药物）、低剂量用药组（模型+中剂量药物）、高剂量用药组（模型+高剂量药物）、阳性对照组（模型+对照药物），每组在处理一个疗程后，分别记录病症、病理切片和收集粪便。每组至少6个重复。

2、16S扩增子测序与生物信息学分析

对各组粪便样品进行DNA提取和16S扩增子测序。随后分别比较药物组与对照组的肠道菌群差异，挖掘变化最大的菌属并分析其潜在功能和作用。

3、代谢组分析及多组学关联分析

对各组粪便样品进行非靶向代谢组学分析。随后分别比较药物组与对照组的肠道代谢产物差异，并结合差异菌群定位到特定的代谢通路中，解析目标代谢调控的变化。

预期结果：

通过分析肠道菌群结构和代谢变化对目标药物改善目标症状的潜在作用机理进行解释，为指导目标药物的使用提供证据。

参考案例：

Yang L, Liu B, Zheng J, et al. Rifaximin Alters Intestinal Microbiota and Prevents Progression of Ankylosing Spondylitis in Mice. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2019, 9: 44. （中科院2区，IF=5.293）

该文章以肠道菌群与强直性脊椎炎（AS）的发生发展有关系，且利福昔明具有调节肠道菌群、预防炎症反应和调节肠道屏障功能的作用为背景。旨在研究利福昔明在对抗强直性脊椎炎（AS）的作用机制。以AS小鼠为模型，经过不同的处理获得正常组，模型组和利福昔明给药组的小鼠模型,样本处理情况如图1A所示。

经过利福昔明给药的AS小鼠，其关节炎，后爪厚度及AS病理均有减轻（如图1B-1H所示），通过ELISA的方法测量血液种中的炎症因子，利福昔明可降低相关炎症因子的表达（如图2所示）；通过HE染色检测回肠病理切片肠粘膜的改变情况，利福昔明可以改善AS肠组织病理的变化（如图3所示）。通过检测肠粘膜屏障指标，利福昔明可改善肠粘膜屏障（如图4所示）；

图1 利福昔明对AS小鼠的疾病有减轻作用。图A为不同的AS组别设计，图B为关节炎评估，图C和图D为后爪厚度观察；图E和F为病理情况；图G和H为组织切片分析。

图2 利福昔明可降低血液中炎症因子的表达，图A-D分别是通过elisa测量TNF-α、IL-6、IL-17A和IL-23的表达，利福昔明处理后，TNF-α、IL-6、IL-17A和IL-23炎症因子表达量均下调。

图3 利福昔明减少AS小鼠肠组织中病理的改变。图A为肠组织HE染色图；图B为肠组织中绒毛高度、隐窝深度及绒毛和隐窝比率的统计结果。

图4 利福昔明可改善肠粘膜屏障。图A评估肠道通透性；图B-D为肠粘膜屏障功能指标的测定。

肠上皮细胞与微生物之间的相互作用通常由TLR4介导，而肠上皮细胞与微生物之间的相互作用部分由TLR4介导，而NF -kB通常在炎症和免疫调节中的起重要作用，故以此假设 AS小鼠与TLR4/NF-kB通路有关，经过利福昔明处理后，发现TLR4/NF-kB通路明显被抑制（如图5所示）。与假设一致，AS小鼠肠粘膜屏障损伤与TLR-4介导的NF-κB活化有关，利福昔明可抑制肠道内TLR-4\/NF-κB通路的激活。