鐘明月 劉春妍 顏妍 張曉慧 原海升 徐國全 張和平 王玉珍
(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生命科學學院,呼和浩特 010011;2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學教育部乳品生物技術(shù)與工程重點實驗室,呼和浩特 010018)
非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種以肝臟中過多的脂肪堆積為特征的疾病,肥胖成年人的患病率高達50.7%[1-2]。NAFLD和肥胖、高胰島素血癥、外周胰島素抵抗、糖尿病、高甘油三酯血癥、高血壓共同構(gòu)成代謝性綜合征[3]。NAFLD可以從單純性脂肪肝發(fā)展為脂肪性肝炎和肝硬化,最終有可能發(fā)展為肝癌,其發(fā)病機制是由多因素引起的[4]。
已經(jīng)建立了幾種理論來解釋NAFLD的發(fā)病機制。人們認識較多的理論是“二次打擊假說”[5]。根據(jù)這一理論,肝臟在第一次打擊后,會對第二次打擊更加敏感。隨后,“二次打擊假說”被認為過于簡化的解釋了NAFLD的發(fā)病機制。其中還可能涉及遺傳和表觀遺傳因素、飲食、生活方式、線粒體功能障礙、輕度慢性炎癥、脂肪組織功能障礙、氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)應(yīng)激、微生物群和組成性免疫。因此,最近提出的“多重打擊學說”[6-8]可能更接近NAFLD發(fā)病本質(zhì)。
盡管對NAFLD的研究取得了一定的進展,但針對其治療策略仍不清楚[9]?!澳c肝軸”被認為與NAFLD的發(fā)展有關(guān),同時也是探究更安全有效治療NAFLD的熱點。早期研究表明,在ob / ob小鼠中用益生菌(以改善腸道菌群)或抗TNF抗體(以抑制TNF活性)治療會改善NAFLD[10]。這些研究將腸道微生物與肝胰島素抵抗、非酒精性脂肪性肝炎信號傳導聯(lián)系起來,表明“腸肝軸”在其中扮演重要角色。乳雙歧桿菌V9(Bifidobacterium animalis subsp. lactis V9)是從12位健康蒙古族兒童糞便分離得到的31株雙歧桿菌中篩選出的1株具有良好益生功能的新型潛在益生菌,它顯示出對胃酸和膽汁酸的高度耐受性[11]。臨床研究表示乳雙歧桿菌V9可以增加腸道內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量,改善腸道菌群平衡,具有抗氧化、降血脂、抑制肥胖、降低甘油三酯和膽固醇表達的作用[12]。本實驗以“腸肝軸”為理論基礎(chǔ),探究益生菌 V9 對于NAFLD 大鼠的脂代謝紊亂以及腸道炎癥和屏障功能的改善情況。
1.1.1 實驗動物 6-8周雄性Wistar大鼠40只,體重(120±10)g,購自北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司,培養(yǎng)條件為(25±2)℃,(60±10)%濕度,12 h/12 h-光照/黑暗交替,并自由獲得食物和水。
1.1.2 動物飼料 普通維持飼料和高脂飼料均購自北京科奧協(xié)力飼料有限公司,飼料配比如表1所示。
表1 動物飼料配比Table 1 Ratio of animal feed
1.1.3 實驗試劑 乳雙歧桿菌V9由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學“乳品生物技術(shù)與工程”教育部重點實驗提供;鹽酸小檗堿水合物(Berberine)購自阿拉訂試劑公司;NEFA、TG的檢測試劑盒購自南京建成生物工程有限公司,Real-time PCR所用試劑均購自TaKaRa生物公司。
1.2.1 動物實驗?zāi)P偷臉?gòu)建 適應(yīng)性飼養(yǎng)兩周后,將40只雄性Wistar大鼠隨機分為5組(n=8):空白對照組(Control)、高脂飲食模型組(HFD)、黃連素陽性藥物組(Berberine)、乳雙歧桿菌V9治療組(HFD/V9)和乳雙歧桿菌V9對照組(V9)。除空白對照組(Control)和乳雙歧桿菌V9對照組(V9)給予普通維持飼料外,剩余組分均給予高脂飲食6周構(gòu)建NAFLD模型。6周后,將高脂飲食替換為普通維持飼料,并按照大鼠體重進行灌胃給藥,陽性藥物組(Berberine)給藥劑量為50 mg/kg,HFD/V9和V9組給藥劑量為1×109CFU/mL,空白對照組(Control)和高脂飲食模型組(HFD)給予對應(yīng)的生理鹽水。4周后,禁食不禁水12 h,收集血液、肝臟以及結(jié)腸組織用于后續(xù)試驗檢測。本實驗經(jīng)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學實驗動物福利與倫理委員會審查批準,倫理批準號為NND2021058。
1.2.2 肝組織脂代謝相關(guān)指標檢測 大鼠肝臟中非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acids,NEFA)和甘油三酯(triglycerides,TG)水平檢測按照南京建成生物工程試劑盒說明書指定方法進行測定。
1.2.3 HE染色觀察肝臟組織病理學變化 取部分結(jié)腸組織用10%的甲醛溶液固定。將組織依次浸泡在不同梯度的酒精(30%-2 h,40%-2 h,50%-2 h,60%-2 h,70%過夜,80%-2 h,90%-2 h,100%-2 h,100%-2 h)里進行脫水,二甲苯透明(二甲苯 I-10 min,二甲苯 II<10 min),軟蠟浸泡 40 min,硬蠟 I浸泡 1 h,硬蠟 II浸泡 1 h,最后硬蠟包埋。包埋好的石蠟制成切片(5 μm),40℃ 自來水中進行展片,60℃烤片。將組織依次浸泡在二甲苯 I、 II各10 min進行脫蠟,不同酒精梯度(100%-10 min,100%-10 min,95%-10 min,90%-10 min,80%-10 min,100%-10 min)水化,蒸餾水沖洗,蘇木精染色,1%鹽酸酒精分色,自來水沖洗,0.06%氨水返藍,伊紅快速染色30 s,不同酒精梯度脫水(80%-10 min,90%-10 min,95%-10 min,100%-10 min,100%-10 min),二甲苯 I、 II各10 min,然后用中性樹膠封片,室溫放置24 h以上,用光學顯微鏡觀察腸組織的變化情況。
1.2.4 Real-time PCR 檢測基因 IL-1β、TNF-α、TLR2、TLR9、FAS(fatty acid synthase) 的 mRNA 表 達 水平 Trizol法提取大鼠肝組織的總RNA,測定RNA濃度,要求OD260/280的比值在1.8-2.0之間,將總RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,反應(yīng)體系為5×PrimeScript RT Master Mix 2 μL、Total RNA 500 ng,后用 RNase Free dH2O補至10 μL。各基因相對表達量按照公式2-△△ct進行計算,引物序列見表2。
表2 Real-time引物序列Table 2 Primer sequences of real-time PCR
1.2.5 統(tǒng)計學處理 所得數(shù)據(jù)使用SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計學差異分析。數(shù)據(jù)以均值±標準差()的形成表示,按照Duncan’s多重比較法計算各組數(shù)據(jù)間顯著性差異,當P<0.05時認為差異具有統(tǒng)計學意義。
如圖1所示,與Control對照組相比,NEFA、TG、FAS和Fabp1的含量在HFD模型組中顯著升高(P<0.01),V9對照組表達正常;與HFD模型組相比,各指標的含量在Berberine陽性藥物組和V9治療組中顯著降低(P<0.01),說明乳雙歧桿菌V9可以改善NAFLD大鼠肝臟脂質(zhì)代謝異常。
圖1 肝臟中NEFA和TG的含量以及FAS和Fabp1的mRNA表達水平Fig.1 Contents of NEFA and TG,and mRNA expression of FAS and Fabp1 in the liver
由于腸肝軸的存在,推測腸道中可能存在炎癥反應(yīng)。如圖2所示,與Control對照組相比IL-1β和TNF-α的含量在HFD模型組中顯著升高(P<0.01),V9對照組沒有明顯差異;與HFD模型組相比,IL-1β和TNF-α的含量在Berberine陽性藥物組和V9治療組中顯著降低(P<0.01),說明乳雙歧桿菌V9抑制了NAFLD大鼠腸道中炎性反應(yīng)。
圖2 腸道中IL-1β和TNF-α的表達水平Fig. 2 Expressions of IL-1β and TNF-α in the intestine
TLRs信號通路的激活促進炎癥細胞因子的表達。我們進一步研究V9是否影響腸道TLR受體的表達。如圖3所示,與Control對照組相比,TLR2和TLR9的mRNA水平在HFD模型組中顯著升高(P<0.01),V9對照組無顯著變化;與HFD模型組相比,TLR2和TLR9的mRNA水平在Berberine陽性藥物組和V9治療組中顯著降低(P<0.01),說明乳雙歧桿菌V9在NAFLD大鼠腸道的抗炎反應(yīng)中起到了重要作用。
圖3 腸道中TLR2和TLR9的表達水平Fig. 3 Expressions of TLR2 and TLR9 in the intestine
如圖4所示,通過H&E染色觀察高脂飲食誘導的NAFLD大鼠腸道組織的形態(tài)學變化,結(jié)果顯示,在HFD模型組中結(jié)腸組織結(jié)構(gòu)無明顯的改變。同樣在Control對照組、Berberine陽性藥物組和V9治療組,其腸道組織結(jié)構(gòu)均保持一定的完整性。但在乳雙歧桿菌V9作用后,腸道組織內(nèi)出現(xiàn)了大量的菌團,可能是通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群數(shù)量進而緩解了高脂飲食誘導的NAFLD。
圖4 V9對NAFLD大鼠腸道結(jié)構(gòu)的影響Fig. 4 Effects of V9 on the intestine structure in NAFLD rats
構(gòu)成緊密連接重要成分的閉鎖小帶蛋白1(ZO-1)和緊密連接蛋白(occludin),如圖5所示,與Control對照組相比ZO-1和occludin的表達在HFD模型組中顯著降低(P<0.01),V9對照組表達正常;與HFD模型組相比,ZO-1和occludin的表達在V9治療組中顯著升高(P<0.01),說明乳雙歧桿菌V9可以保護腸道屏障的完整性,改善NAFLD大鼠腸道的黏膜屏障功能。
圖5 腸道中ZO-1和occludin的表達水平Fig. 5 Expressions of ZO-1 and occludin in the intestine
NAFLD是指在沒有引起繼發(fā)性脂肪堆積(例如過量飲酒)的情況下,肝臟中脂肪過多積聚的一種疾病。近年來,NAFLD患病率逐年上升,目前已經(jīng)發(fā)展成為全球最流行的慢性肝?。?3]。NAFLD與較高的心血管疾病(CVD)風險相關(guān),盡管NAFLD在世界范圍內(nèi)的流行程度不斷上升,但截止到目前,尚無食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準的NAFLD治療藥物,當下較熱的方法是通過飲食干預(yù)和改變生活方式[13-14]。本實驗以“腸肝軸”為理論依據(jù),通過高脂飲食誘導NAFLD模型,探究乳雙歧桿菌V9對NAFLD大鼠腸道炎癥因子表達和黏膜屏障結(jié)構(gòu)的影響。為了觀察乳雙歧桿菌V9對NAFLD大鼠體內(nèi)脂質(zhì)代謝的影響,分別測定了肝臟中的非酯化脂肪酸(NEFA)、甘油三酯(TG)、脂肪酸合成酶(FAS)和脂肪酸結(jié)合蛋白1(Fabp1)脂質(zhì)代謝相關(guān)指標。發(fā)現(xiàn)NEFA、TG、FAS和Fabp1的含量在HFD模型組中顯著高于對照組,說明HFD模型組脂質(zhì)代謝紊亂,較易發(fā)生脂肪堆積進而轉(zhuǎn)變?yōu)橹拘愿窝?,但是乳雙歧桿菌V9與Berberine治療后,NAFLD大鼠體內(nèi)的脂質(zhì)代謝紊亂明顯得到緩解,說明乳雙歧桿菌V9在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝紊亂方面具有一定的作用。
NAFLD的主要治療目的是減少肝功能損害、肝細胞脂肪沉積和炎癥反應(yīng)。此外,腸道菌群發(fā)育與NAFLD的發(fā)生密切相關(guān),改善腸道微生物群可以有效緩解NAFLD[15-16]。之前對肝硬化患者進行的一項隨機、雙盲、安慰劑研究表明,乳酸桿菌GGAT菌株53103(LGG),可以調(diào)節(jié)全身性炎癥,降低內(nèi)毒素血癥和腸道營養(yǎng)不良癥,并改善了腸道微生物組與代謝組的聯(lián)系[17]。本實驗通過Real-time PCR法檢測IL-1β和TNF-α的mRNA水平,發(fā)現(xiàn)與HFD模型組相比,IL-1β和TNF-α的含量在Berberine陽性藥物組和V9治療組中顯著降低,說明乳雙歧桿菌V9有效抑制了NAFLD大鼠腸道中炎性細胞因子的釋放,進而減輕了腸道炎癥。
已經(jīng)研究證明,在高脂飲食誘導的NAFLD小鼠模型中,TLRs受體在從脂肪肝變性到脂肪性肝炎的進展中起關(guān)鍵作用。腸道菌群可能通過增加炎性細胞因子分泌,激活TLRs受體以及改變膽汁酸代謝來促進與NAFLD相關(guān)的肝硬化和肝癌的發(fā)展[18-20]。通過本實驗研究發(fā)現(xiàn),乳雙歧桿菌V9有效降低了高脂飲食大鼠腸道中的TLR2和TLR9的mRNA水平,從而表現(xiàn)出抗炎活性。
腸道菌群的代謝產(chǎn)物可以通過不同機制影響NAFLD的發(fā)生。改變腸道菌群會增加腸道內(nèi)脂肪酸含量,使腸道通透性增高。進而使內(nèi)毒素通過門靜脈循環(huán)進入肝臟,導致炎癥反應(yīng),從而損傷肝細胞[21]。腸道屏障功能包括了物理、化學、生物和免疫屏障的4個方面,都與NAFLD密切相關(guān)[22]。通過檢測閉鎖小帶蛋白1(ZO-1)和緊密連接蛋白(occludin)在腸道內(nèi)的表達,發(fā)現(xiàn)乳雙歧桿菌V9可以保護腸道屏障完整并通過調(diào)節(jié)TLRs受體表達,進而改善NAFLD。關(guān)于NAFLD的診斷和治療,由于發(fā)病機制的復(fù)雜性而收到多方面限制,所以對于新藥物和治療技術(shù)的探索顯得尤為重要。本實驗研究了乳雙歧桿菌V9處理對高脂飲食誘導的NAFLD大鼠脂代謝、腸道炎癥和屏障功能的影響。采用益生菌改善NAFLD的研究較多,不同益生菌的效果和機理差異較大。本研究發(fā)現(xiàn)乳雙歧桿菌V9效果較好,但仍然需要對乳雙歧桿菌V9的活性成分進行進一步鑒定,以便更好地開發(fā)利用乳雙歧桿菌V9。
本實驗使用高脂飲食誘導建立大鼠NAFLD模型,通過觀察肝臟中脂質(zhì)代謝相關(guān)因子NEFA、TG、FAS和Fabp1的含量變化,以及腸道中IL-1β、TNF-α、TLR2和TLR9的含量變化,得出在乳雙歧桿菌V9干預(yù)下,可以改善NAFLD大鼠的脂質(zhì)代謝紊亂和腸道炎癥。通過觀察大鼠腸道組織形態(tài),以及ZO-1和Occludin的含量變化,發(fā)現(xiàn)乳雙歧桿菌V9可以保護腸道屏障完整。