甲壳素衍生物对小鼠实验性结肠炎的缓解及作用机制研究

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溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种发病原因不甚明确且难以彻底治愈的肠道疾病,其发病部位主要位于结肠的中远端。临床上的治疗手段常常采用抗炎、糖皮质激素等药物甚至手术进行治疗,但容易复发,给病人身心造成极大的负担。甲壳素是自然界储量第二的天然高分子化合物,可降解得到壳聚糖(chitosan,CS)、壳寡糖(Chitooligosaccharides,COS)、氨基葡萄糖(glucosamine,GLcN)等聚合度不同的系列衍生物,安全无毒,具有抗炎、抗氧化、抗菌、调节肠道稳态等作用,显示出重要的研发价值。但是,目前对于各种衍生物缓解结肠炎症状及其作用机制等方面,尚缺乏系统的研究。本文以实验室前期研究为基础,构建葡聚糖硫酸钠(Dextran sodium sulfate,DSS)诱导的UC小鼠模型,深入分析甲壳素衍生物(Chitin derivatives,CDs)的抗炎活性,并对其在UC干预中的作用机制进行了探究,为后续研发提供理论依据。主要结论如下:1.用2.5%的DSS诱导小鼠UC模型,并灌胃甲壳素衍生物进行干预(高低剂量分别为200 mg/kg、50 mg/kg)。14 d实验周期结束后,根据表观数据评价作用效果。结果表明,两种剂量下的壳聚糖CS、壳寡糖COS与高剂量GLcN对UC模型小鼠体重减轻、进食量降低、DAI升高、结肠长度缩短、脾脏指数升高、组织病理症状严重等表观指标具有明显的改善作用。2.取小鼠结肠组织,分析结肠细胞因子、氧化应激酶、炎症信号通路、肠屏障功能等生化指标水平。结果表明,两种剂量下的CS、COS与高剂量GLcN能显著降低UC小鼠结肠组织中IL-1β、IL-6等促炎细胞因子水平,升高抑炎因子IL-10的水平;同时上调紧密连接相关蛋白ZO-1、Occludin、Claudin-1在m RNA转录与蛋白质翻译水平上的表达;抑制了TLR4/NF-κB炎症信号通路相关蛋白及丝裂原活化蛋白激酶p38的活化;此外,还能降低诱导型一氧化氮合酶(i NOS)与髓过氧化物酶(MPO)的活性,从而降低了结肠组织的氧化应激水平。3.分别收集第1、7、11、14 d的小鼠粪便,以及第14 d的结肠内容物,对肠道微生物进行高通量测序分析。结果表明,两种剂量下的CS、COS与高剂量GLcN在缓解UC症状的同时,能显著改善UC引起的肠道微生物多样性降低与致病菌丰度提升等表现。对第14 d小鼠肠道内容物的分析发现,CSL、COS2500、COS1500L、GLcNL组能显著改善UC引起的拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度降低,两种剂量下的CS、COS和GLcN均能降低变形菌门(Proteobacteria)丰度;与DSS组相比,CSL、COS2500L、GLcN能显著提升瘤胃菌属(Ruminococcaceae_UCG-014)的丰度,CSL、COS2500、COS1500、GLcNL能显著升高普雷沃氏菌属(Prevotellaceae_UCG-001)的丰度;两种剂量下的CS、COS和GLcN均能显著降低志贺-大肠杆菌(Escherichia-Shigella)的丰度,CS、COS2500H、COS1500、GLcNH能显著降低拟杆菌(Bacteroides)有害菌的丰度;此外,CS、COS和GLcN还能显著改善因UC导致的肠道微生物碳水代谢(Carbohydrate metabolism)与传染性疾病(Infectious diseases)等相关代谢途径基因上调的状况。综上,两种剂量的CS、COS与高剂量GLcN可通过抑制炎症过度活化、降低氧化应激水平、修复结肠屏障功能、维持肠道菌群多样性等作用方式,改善DSS诱导的小鼠实验性结肠炎,为甲壳素衍生物在食品、医药、畜牧养殖等领域的应用开发奠定基础。
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