分子生物学知识拓展 (9).pdf
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1、2021 年 8 月第 46 卷第 15 期Vol.46,No.15August,2021收稿日期2021-04-12 基金项目国家自然科学基金项目(81573725,81774034);安徽省高校自然科学研究项目(KJ2019A0476);安徽省高校优秀青年人才支持计划项目(gxyqZD2018054,gxyq2019030);安徽中医药大学重点学科建设项目(DC18100042);安徽中医药大学自然科学基金重点项目(2020zrzd02)通信作者*汪长中,教授,博士生导师,E-mail:ahwcz63 sinacom作者简介马克龙,副教授,研究方向为炎症性肠病的中医药治疗,E-mail:m
2、akelong210 126com基于高通量转录组测序研究三黄汤缓解白念珠菌定植下 DSS 诱导小鼠溃疡性结肠炎的作用机制 摘要 利用高通量转录组测序技术探讨三黄汤(Sanhuang Decoction,SHD)治疗白念珠菌(Candida albicans,Ca)定植小鼠溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)的作用机制。采用葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)联合 Ca 灌胃方式构建 Ca 定植下 DSS 诱导的小鼠 UC 模型,并予以 SHD 灌肠治疗;观察小鼠一般状态、疾病活动指数(disease activity index,DAI)
3、、结肠长度和结肠黏膜损伤指数(colon mucosa damage index,CMDI)变化;HE 染色法进行组织病理学分析;平板培养法检测小鼠肠道 Ca载荷;ELISA 法检测小鼠血清抗酿酒酵母抗体(anti-saccharomces cerevisiae antibody,ASCA)和-1,3-葡聚糖的含量,以及血清和肠组织 TNF-、IL-1 和 IL-6 表达水平;高通量转录组测序技术分析对照组、模型组和三黄汤组的差异表达基因,并对差异表达基因进行 GO 和 KEGG pathway 富集分析;qRT-PCR 和 Western blot 检测差异基因显著富集的 NOD 样信号通路
4、相关基因 NL-RP3、ASC、caspase-1 和 IL-1 的表达水平。结果显示,SHD 灌肠治疗可改善 UC 小鼠的一般状态,降低 DAI 评分;SHD 能减少肠道 Ca 载荷,减轻肠道充血、糜烂和结肠缩短程度,并且降低血清-1,3-葡聚糖含量,下调血清和肠道组织 TNF-、IL-1 和IL-6 水平;SHD 组 vs 模型组有 383 个差异表达基因,显著富集于免疫系统过程、细菌防御反应和固有免疫反应等生物学过程,KEGG pathway 分析提示差异基因显著富集于 NOD 样受体信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用和视黄醇代谢等信号通路;SHD 下调 UC 小鼠结肠组织 NLR
5、P3、caspase-1 和 IL-1 的 mRNA 和蛋白表达水平。以上结果表明,SHD 可缓解 Ca 定植的小鼠 UC,其作用机制可能与其对 NOD 样受体信号通路调控有关。关键词 三黄汤;溃疡性结肠炎;白念珠菌;转录组测序;NOD 样受体信号通路Mechanism of Sanhuang Decoction in alleviating dextran sulfate sodiuminduced ulcerative colitis in mice with Candida albicans colonization:based on high-throughput transcript
6、ome sequencingMA Ke-long1,2,3,4,HAN Zhi-jun1,SUN Juan1,2,4,TAN Xiao-fen1,WANG Tian-ming1,2,4,SHAO Jing1,2,4,YAN Gui-ming1,2,4,WANG Chang-zhong1,2,4*(1 College of Integrated Chinese and Western Medicine/College of Life Science,Anhui University of Chinese Medicine,Hefei 230012,China;2 Institute of Int
7、egrated Chinese and Western Medicine,Anhui Academy of Chinese Medicine,Hefei230012,China;3 Anhui Province Key Laboratory of Traditional Chinese Medicinal Decoction Pieces of New ManufacturingTechnology,Anhui University of Chinese Medicine,Hefei 230012,China;4 Key Laboratory of XinAn Medicine,Ministr
8、yof Education,Anhui Academy of Chinese Medicine,Hefei 230012,China)51932021 年 8 月第 46 卷第 15 期Vol.46,No.15August,2021 Abstract This study explored the mechanism of Sanhuang Decoction(SHD)in treating dextran sulfate sodium(DSS)-induced ul-cerative colitis(UC)in mice with Candida albicans(Ca)colonizati
9、on via high-throughput transcriptome sequencing Specifically,theanimal model was established by oral administration of 3.0%DSS for 7 days followed by intragastrical administration of Ca suspensionat 1.0 108cells for 4 days and then the mice were treated with SHD enema for 7 days Afterwards,the gener
10、al signs were observedand the disease activity index(DAI)was recorded every day After mice were sacrificed,colon length and colon mucosa damage index(CMDI)were determined and the histomorphology was observed with the HE staining method The fungal loads of feces were detectedwith the plate method Ant
11、i-saccharomyces cerevisiae antibody(ASCA)and-1,3-glucan in serum,and TNF-,IL-1,and IL-6 inserum and colon were detected by ELISA High-throughput RNA sequencing method was adopted to identify transcriptome of colon tis-sues from the control,model and SHD(15.0 g kg1)groups Differentially expressed gen
12、es(DEGs)among groups were screened andthe GO and KEGG pathway enrichment analysis of the DEGs was performed The expression levels of NLRP3,ASC,caspase-1,andIL-1 genes related to the NOD-like receptor signaling pathway which involved 9 DEGs,were examined by qRT-PCR and Western blotThe results demonst
13、rated that SHD improved the general signs,decreased DAI and Ca loads of feaces,alleviated colon edema,erosion,and shortening,and lowered the content of-1,3-glucan in serum and TNF-,IL-1,and IL-6 in serum and colon tissues of miceTranscriptome sequencing revealed 383 DEGs between SHD and model groups
14、,which were mainly involved in the biological processesof immune system,response to bacterium,and innate immune response They were mainly enriched in the NOD-like signaling pathway,cytokine-cytokine interaction pathway,and retinol metabolism pathway Moreover,SHD down-regulated the mRNA and protein l
15、evels ofNLRP3,caspase-1,and IL-1 In a word,SHD ameliorates DSS-induced UC in mice colonized with Ca,which probably relates to itsregulation of NOD-like receptor signaling pathway Key wordsSanhuang Decoction;ulcerative colitis;Candida albicans;transcriptome sequencing;NOD-like receptor signalingpathw
16、ayDOI:10.19540/jcnkicjcmm20210521.701溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种主要累及结肠和直肠黏膜的慢性非特异性肠道炎症疾病,临床主要表现为反复发作的腹痛、腹泻和黏液脓血便1。UC 易复发,迁延难愈,预后较差,严重影响着患者的生活质量。近年来,UC 的发病率在东亚国家和地区呈快速上升的趋势,成为严重威胁我国人民健康的主要疾病2。UC 的病因复杂,与遗传、环境、免疫调节和肠道微生态等因素均有关。真菌作为肠道菌群一部分,在维持肠道菌群稳态和免疫调节中扮演重要的角色3。UC 患者肠黏膜损伤,加之患者免疫力低,真菌(如白念珠菌)过度增殖,其
17、抗原和代谢产物可激活免疫细胞释放细胞因子引发免疫应答和炎症反应,或干扰肠道菌群的组成和比例,导致肠道微生态失衡恶化,加重 UC 患者病情3-4。有报道指出,白念珠菌过度定植可加重实验性小鼠 UC 的炎症反应,抗真菌治疗可明显缓解 UC5-6。当前,用于 UC的治疗药物包括 5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫调节剂和生物制剂等,尽管上述药物对 UC 的临床缓解和促进黏膜愈合有一定程度的作用,但由于存在毒副作用和不良反应,这些药物仍不能满足 UC治疗要求7。中医学认为肠道湿热蕴结,气血凝滞,壅而生脓,腑气逆乱是 UC 发病的重要原因,湿热邪气和湿热的病原体在 UC 发病中占主要地位8。三黄汤由大黄、
18、黄芩、黄连组成,三者为金匮要略 泻心汤之主药,有泻火解毒,燥湿清热之功9-10。研究表明,三黄汤灌肠能明显缩小溃疡面积,抑制炎症因子释放,缓解 UC 病情9-12。课题组既往研究发现大黄、黄芩、黄连的提取物或单体药物对白念珠菌 Candi-da albicans(Ca)具有良好的抑制作用13-15。然而,三黄汤灌肠是否对白念珠菌定植的 UC 具有治疗作用,目前尚不清楚。转录组学是从整体水平上研究某一时间和空间特定细胞中全部基因转录本的种类、数量和结构,以及转录调控规律的学科,它为研究疾病不同发病阶段的分子机制和调控网络提供全新的手段,已成为医药学研究的热点16-18。本研究以白念珠菌定植的 U
19、C 小鼠为模型,通过灌肠给药的方式进行三黄汤干预治疗,分析三黄汤对 Ca 定植小鼠 UC 的治疗作用,并通过转录组测序探索其作用的分子机制,为三黄汤用于 UC 的治疗提供理论和实验依据。1材料SPF 级健康昆明小鼠,78 周龄,体质量 20256193马克龙等:基于高通量转录组测序研究三黄汤缓解白念珠菌定植下 DSS 诱导小鼠溃疡性结肠炎的作用机制g,购自安徽医科大学实验动物中心,动物合格证号SCXK(皖)2017-0001。白念珠菌 SC5314 标准株由海军军医大学姜远英教授惠赠。大黄、黄连和黄芩购自安徽中医药大学第一附属医院中药房;葡聚糖硫酸钠(S0948)购自美国 MPBiomedic
20、als 公司;柳氮磺胺吡啶(R023247)购自上海易恩化学技术有限公司;分析对照品黄芩苷(B20570)、巴马汀(B21433)、小檗碱(B21379)、大黄酸(B21181)和大黄素(B20240)购自上海源叶生物科技有限公司;ELISA 试剂盒 TNF-(ml002095)、IL-1(ml063132)和 IL-6(ml002283)购自上海酶联生物科技有限公司;抗酿酒酵母抗体(ASCA)(CK-E22252)购自福建睿信生物科技有限公司;-1,3-葡聚糖(F30161-B)购自上海科兴生物技术有限公司;定量 PCR 检测试剂盒(QPK-201)购自 Toyobo 公司;NLRP3(AF
21、7438)、IL-1(AF5103)和-actin(AF7018)抗体购自 Affinity 公司;caspase-1(sc-56036)抗体购自 Santa Cruz 生物技术公司;羊抗兔IgG/HRP 二抗(E-AB-1003)购自 Elabscience 公司。1290-6460 型超高液相色谱-串联质谱仪(美国Agilent);Dura 12 超纯水制造系统(美国 TheLab);DYY-6C 型电泳仪(北京六一生物科技有限公司);YD315 切片机(益迪医疗设备有限公司);TS-12A 生物组织自动脱水机和 BM-1X 组织包埋机(宏业医用仪器有限公司);5417 R 离心机(德国
22、Eppendorf);BX51 倒置光学显微镜(日本 Olympus);K3 型酶标仪(美国 ThermoFisher);ABI7500 荧光定量 PCR 仪(美国 Applied Biosystems);Biospectrum510 型凝胶成像系统(美国 UVP)。2方法2.1三黄汤灌肠液的制备称取黄芩 10 g、黄连10 g,加 10 倍量蒸馏水浸泡 30 min,加热煮沸 10min 后,转小火煮 40 min 后加大黄 10 g,继续煎煮10 min。过滤后,剩余药渣再加 8 倍量蒸馏水,煎煮方法同第 1 次,合并 2 次过滤液后进行浓缩,制备成1.25 g mL1的三黄汤水煎液,4
23、保存备用。2.2三黄汤主要成分检测根据三黄汤主要组成药物的指标成分,应用液相色谱-串联质谱法(LC-MS)检测三黄汤中黄芩、黄连和大黄的主要成分黄芩苷、巴马汀、小檗碱、大黄酸和大黄素的含量19。检测条件:Agilent C18色谱柱(2.1 mm100 mm,1.8m),柱温 40,流速 0.3 mL min1,进样量 5 L。待测样品用甲醇稀释后上机检测。LC-MS 图谱(图1)以峰面积积分值为纵坐标,对照品质量浓度(ngmL1)为横坐标绘制标准曲线,回归方程:黄芩苷Y=150.95X 367.37,R2=0.999 0;小 檗 碱 Y=1 634.5X4 436.9,R2=0.999 1;
24、巴马汀 Y=5 027.9X21 413.9,R2=0.999 3;大黄素 Y=135.954X+92.729 4,R2=0.999 3;大 黄 酸 Y=1 763.7 X+18 698.5,R2=0.998 7。A对照品;B样品;C质谱。图 1三黄汤主要成分 LC-MS 图谱Fig1LC-MS profiles of main ingredients in Sanhuang Decoc-tion2.3白念珠菌悬液的配制用接种环轻轻挑取沙氏板白念珠菌,将其接种于装有液态沙氏培养基的500 mL 锥形瓶中,37 恒温培养箱中培养 12 h,离心、收集后将菌液浓度调整至 1.0109个/mL备用。
25、2.4动物分组与药物干预所有实验小鼠均在标71932021 年 8 月第 46 卷第 15 期Vol.46,No.15August,2021准环境条件(1825,60%70%湿度,12 h 光照和黑暗周期)下饲养,自由获取食物和无菌水。小鼠适应性饲养 1 周后,用 3.0%葡聚糖硫酸钠(dex-tran sulfate sodium,DSS)溶液自由饮用联合 Ca 灌胃的方法构建 Ca 定植的小鼠 UC 模型20。小鼠自由饮用 3.0%DSS 溶液,连续 7 d,然后每只小鼠每天给予100 L 含1.0108个白念珠菌 PBS 悬液灌胃,连续 4 d。对照组给予饮用水和 PBS 灌胃对照处理。
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