• 免費服務熱線
  • 400-065-6886
  • 電話:86(0)512-6295 9990
  • 傳真:86(0)512-6295 9995
公司公告

AG娱乐APP微生物項目文章:嗎啡誘導的條件性位置偏愛不同階段腸道菌群的變化

發稿時間:2020-12-06來源:AG娱乐APP生物

西安交通大學衛健委法醫學重點實驗室和生物證據研究院近期在神經科學著名期刊《Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psychiatry》上發表了嗎啡誘導的條件性位置偏愛不同階段中腸道菌群變化的文章。在這項研究中AG娱乐APP生物有幸承擔了樣品的相對定量擴增子測序和生信分析工作。在恭喜客戶又發表文章同時,我們想跟大家分享一下文章的研究思路。



物質成癮是一種涉及遺傳和環境因素的慢性複雜疾病。在上述因素的共同調控下,腸道微生物群的擾動已被證明在許多神經精神疾病的發展中起著至關重要的作用,包括成癮。然而,在嗎啡成癮的不同階段,腸道微生物群的變化特征仍然沒有闡明。在本研究中,我們收集小鼠在嗎啡誘導的條件性位置偏愛(CPP)的獲得期(對照組和嗎啡組)、消退期和恢複期的糞便樣本,用16S rRNA擴增子測序檢測腸道微生物組成。我們觀察到嗎啡處理後,菌群豐富度增加,禁食4周後降低。嗎啡誘導CPP後,Verrucomicrobia數量增加,Bacteroides數量減少,消退期呈恢複趨勢。確定了表征嗎啡CPP不同階段的幾個特征菌屬。CPP不同階段豐度差異微生物類群的功能主要集中在氨基酸代謝途徑上。綜上所述,我們的發現將擴展腸道微生物失調與阿片類藥物誘導的獎勵或強化行為之間的聯係。



物質成癮的特征是強迫性藥物尋求或服用、戒斷症狀和複發的循環。根據2018年世界毒品報告,全球超過3400萬人受到非法和處方類阿片成癮的影響,阿片濫用致死人數占物質濫用死亡總人數的76%,然而,阿片類藥物成癮不同階段的機製仍不清楚。雖然環境因素也是重要的基礎,但大多數研究都集中在遺傳和神經生物學方麵。腸道是外部物質成分(如飲食和口服藥物)與內部生態係統溝通的最大門戶和場所,在遺傳和環境因素的共同調控下,腸道微生物群的失調已被證明有助於神經精神疾病的發展,如抑鬱症、自閉症譜係障礙(ASD)、精神分裂症和物質成癮。便秘,腹脹,惡心和嘔吐經常發生在使用阿片類藥物治療疼痛的個體中。嗎啡給藥後,大鼠和小鼠的胃腸運動均受到抑製。除阿片類藥物對腸神經係統肌間神經叢的調節外,阿片類藥物使用者的胃腸道症狀在一定程度上可能是藥物引起的腸道微生物群擾動的影響。腸道微生物群及其代謝產物如5-羥色胺和5-羥色胺酸已被證明是調節胃腸道平滑肌運動的因素。越來越多的證據表明,阿片類物質會引起腸道微生物群組成的變化。持續嗎啡治療可誘導小鼠糞腸球菌數量增加,導致小鼠產生鎮痛耐受。間斷注射嗎啡後,瘤胃球菌相對豐度增加,乳酸菌減少。阿片類藥物引起的腸道微生物群改變可能與腸道上皮完整性受損、屏障通透性增加、免疫反應失調和細菌易位有關。此外,阿片類藥物對中樞神經係統的影響還可以通過交感神經和副交感神經/迷走神經(稱為自主神經係統)以及下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸等神經內分泌係統調節腸道微生物組分。腸道微生物群的變化反過來也可以調節成癮行為。抗生素治療可減少腸道微生物群,提高小鼠對可卡因行為影響的敏感性。腸道微生物群對成癮性疾病的調節可能有幾個潛在的機製:首先,腸道微生物可以與宿主神經內分泌係統相互作用,從而改變成癮行為;其次,多巴胺和5-羥色胺在物質成癮的突觸可塑性、獎賞和強化效應中起著重要作用,腸道微生物群是體內多巴胺和血清素的來源,這些神經遞質可以作為腸道微生物群通過腸-腦軸調節成癮的介質;此外,壓力狀態和抑鬱是成癮發生的重要危險因素,腸道微生物群的擾動被認為在壓力和抑鬱中具有致病作用,因此,腸道微生物可以通過這些消極情緒狀態間接影響成癮行為;此外,一些微生物的代謝物,如丙酸鹽,可以通過腸道-血液和血液-腦屏障,導致神經活性作用,可能影響成癮的發展。腸腦軸為腸道菌群與物質成癮之間的相互作用提供了途徑。然而,對阿片類藥物成癮的不同階段中腸道微生物組的特征組成知之甚少。在本研究中,建立了嗎啡誘導的CPP的獲取,消退和恢複的小鼠模型。通過16S rRNA擴增子測序檢測腸道菌群的多樣性和群落豐富度。對嗎啡誘導的CPP不同階段的微生物組成進行了差異分析,以更全麵地了解嗎啡誘導CPP各階段對應的代表性微生物群概況。利用KEGG數據庫對CPP階段間豐度差異的微生物群落類群進行功能富集分析。我們的研究發現,嗎啡誘導的CPP的獲得、消退和恢複引起腸道微生物群的差異性變化,包括Verrucomicrobia 和Bacteroide,它們主要在氨基酸代謝的功能途徑中富集。



實驗設計

成年雄性C57BL/6 J小鼠,8周齡(N=20,體重21.2-24.1g),每個單獨通風的籠子(IVC)放置3-4隻(對照組和嗎啡組分別安置),在12/12h明暗循環下(早上7:00到晚上7:00亮起),並且可以自由獲得無菌食品和水,室溫保持在23±2°C,濕度保持在55±5%。在實驗前,所有小鼠適應7天,並生理鹽水注射3d(適應注射)。所有動物程序均獲西安交通大學動物護理與使用委員會批準,並符合《英國動物(科學程序)法》第1986條和美國國立衛生研究院實驗室動物護理和使用指南(NIH出版物第8023號,修訂版1978)。CPP預處理前腹腔注射嗎啡(10mg/kg)或生理鹽水。本研究采用三階段CPP程序,包括獲得、消退和恢複。CPP裝置有兩個隔室(每個隔室30×16×35cm)。A隔室的背景為1厘米寬黑白相間的水平條紋和網格地板。B隔室背景1厘米寬黑白相間的縱向條紋,地板光滑,這兩個部分可以通過打開或關閉閘門來連接或隔離。通過DigBehv軟件記錄並分析每個隔間中停留的時間。對於獲得階段,第1天,讓小鼠習慣性地在兩個隔室之間自由移動15分鍾,在第2天,讓小鼠探索兩側,以確定基線偏好(預適應),並記錄每側停留的時間;在第3、5、7、9、11、13天,給小鼠注射嗎啡(嗎啡組)或生理鹽水(對照組),然後關在A隔室45min,在第4、6、8、10、12、14天,所有小鼠(對照組和嗎啡組)均注射生理鹽水,然後將其關在B室45min(條件反射);在最後一次注射後24小時,讓小鼠自由進入整個裝置,不進行任何注射,持續15分鍾(偏好試驗);對於消退階段,嗎啡組的小鼠被關在籠子裏,沒有任何注射,在偏好試驗之後(在第22、29、36、43天等),每周都會對位置偏好進行測試,以確定嗎啡誘導的CPP是否消退。24小時後,在沒有CPP效應的情況下,小鼠注射嗎啡一次,然後進行位置偏愛試驗(恢複試驗)。在每個位置偏愛測試中,小鼠被隨機放置在儀器的兩側。

糞便樣品收集和DNA提取

在嗎啡誘導的CPP獲得期(對照組和嗎啡組)、消退期和恢複期(每次行為測試後6h)用腹部按摩法收集每隻小鼠的糞便標本,然後,立即用液氮冷凍糞便樣本,並在−80°C下儲存直至使用。使用QIAamp DNA Stool Mini Kit進行DNA提取,糞便DNA在−80°C下保存,直到擴增。

高通量測序和分析

16S rRNA擴增子測序(V3-V4),由AG娱乐APP提供服務。


嗎啡誘導的CPP的獲得、消退和恢複

嗎啡組與對照組比較,嗎啡組大鼠成功地建立了位置偏愛(P<0.0001)。然後,嗎啡組小鼠在禁食嗎啡數周,直到CPP效應消失。在第43天(禁食4周後)將小鼠放回CPP室時,小鼠對任何一側都沒有持續的偏好(預適應與消退,P=0.828)。第44天,小鼠在恢複試驗前用10mg/kg嗎啡預處理。我們的結果表明,恢複期的CPP評分明顯高於預適應階段(P=0.015)(圖1A)。

CPP不同階段群落多樣性的變化

關於總的α多樣性,在嗎啡誘導的CPP的不同階段之間,微生物組群落的豐富度和多樣性均存在顯著差異(FDR值見表S1A)。成對比較顯示,與對照組相比,重複的嗎啡條件反射可導致較高的豐富度,但不會導致群落的多樣性(表S1B)。禁食四周後,物種豐富度和多樣性(Shannon指數)與獲得階段相比有所下降(表S1C)。雖然一次嗎啡激發成功地觸發了CPP,但我們沒有觀察到微生物群落在恢複期和消退期之間的變化(表S1D)(圖1B)。對於微生物群落的β多樣性,PCoA結果顯示嗎啡誘導的CPP的不同階段通過非參數方差分析(P=1E-04,圖1C)可明顯的分別聚集在一起。嗎啡CPP組(獲得期)與對照組明顯分離。相對於獲得期,消退期與對照組更為相似。與獲得期相比,在恢複期和消退期之間發現了更多的重疊,這種現象在主坐標分析(PCA)圖中更為明顯(圖S1)。       


    


CPP階段間的物種豐度差異

在門水平上,嗎啡CPP組Verrucomicrobia的平均豐度顯著高於對照組(FDR=0.022,表S2A)。Bacteroidetes(FDR=0.022)在消退期較高,Verrucomicrobia(FDR=0.022)和Candidatus_Saccharibacteria(FDR=0.011)在消退期低於獲得期(表S2B)。然而,在恢複期與消退期沒有發現差異(FDR>0.05,表S2C)。恢複期的Candidatus_Saccharibacteria豐度(FDR=0.005)低於獲得期(表S2D)(圖2A)。在屬水平上,嗎啡CPP組(獲得期)Bacteroides的豐度(FDR=0.025)低於對照組(表S2E)。消退期低於獲得期,Bacteroides(FDR=0.026)和Coprobacter(FDR=0.011)豐度較高,Akkermansia,Saccharibacteria_genera_incertae_sedis,Eisenbergiella,Ruminococcus (all FDRs = 0.011)豐度較低(表S2F)。然而,消退期和恢複期之間沒有顯著差異(FDR>0.05,表S2G)。與獲得期相比,在恢複期,Bacteroides(FDR=0.016)和Coprobacter(FDR=0.013)的豐度更高,而Eisenbergiella (FDR = 0.013),Saccharibacteria_genera_incertae_sedis (FDR = 0.016) 和 Clostridium_XlVa (FDR = 0.016)的豐度較低(表S2H)(圖2B)。



CPP不同階段的生物標誌物

LEfSe分析被用來確定最能描述嗎啡CPP各個階段的特殊分類群。根據相應的LDA評分,Bacteroides,Parabacteroides,Clostridium_XlVb,Eisenbergiella,Anaerotruncus,RhizobiumBilophila為對照組的代表屬。Alistipes,Anaerovorax,Clostridium_IV,Ruminococcus,AestuariispiraAkkermansia是嗎啡CPP組獲得期最豐富的屬。消退期是以Parvibacter/Coprobacter的比例過高來區分的。在恢複期,Lactobacillus,Anaerovorax,Escherichia_Shigella是代表性的菌屬(圖3A和B以及表S3)。



CPP階段間差異富集微生物群的功能詮釋

就菌群功能富集程度,與對照組相比,在CPP組的獲得期,信號轉導機製和複製、重組和修複蛋白在內的通路增加,而煙酸和煙酰胺代謝,氮代謝和氰胺酸代謝途徑減少(圖4A和表S4A)。與獲得期相比,在消退期,包括組氨酸代謝、丙氨酸、天冬氨酸和穀氨酸代謝、氨基酸相關酶、蛋白質輸出和核糖體生物生成的途徑增加,雙組分係統途徑減少(圖4B和表S4B)。與消退期相比,在恢複期,離子偶聯轉運體和糖酵解/糖異生的途徑增加,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、細菌分泌係統、精氨酸和脯氨酸代謝以及氧化磷酸化有所降低(圖4C和表S4C)。與獲得期相比,在恢複期,核糖體生物發生、嘌呤代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、氨基酸相關酶、DNA修複重組蛋白和丙氨酸、天冬氨酸和穀氨酸代謝途徑增加,雙組分係統減少(圖4D和表S4D)。




相關鏈接:


谘詢溝通請聯係

18964693703

創新基因科技,成就科學夢想



Copyright © 2012-2021 AG娱乐APP基因科技(蘇州)有限公司    All Rights Reserved