科研 | Oncotarget：黄芩汤可通过调节肠道菌群减轻葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎
一、导读
炎症性肠病（IBD）是包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）在内的结肠和小肠炎性病症。UC的主要特征为急性疼痛，呕吐，体重减轻，弥漫性粘膜炎症，腹泻和血便。累计研究表明触发UC的主要因素是免疫，细胞凋亡，遗传，物理环境和感染。人类对IBD发病机制的了解已取得重大进展，但其确切的病因尚不清楚。
肠道微生物群是负责维持人类正常生理功能的一部分。研究表明，肠道微生物可以对宿主的变化作出响应，通过从食物中获取能量来产生维生素和活性物质以抵抗病原体。宿主和肠道微生物共存有助于形成粘膜和全身性免疫系统。当肠道微生物侵入肠道组织并诱导局部或全身炎症时，粘膜免疫系统发挥多种保护机制，使宿主对侵入型细菌产生适当的免疫反应。肠道微生物群被认为是IBD病因的重要因素。黄芩汤（HQD）是一种经典的中草药制剂，广泛用于改善IBD等胃肠道疾病。有研究已经证明HQD能够抑制小鼠促炎症细胞因子的表达水平。先前的研究也表明，HQD可能通过抑制炎症和预防氧化应激诱导的细胞损伤来抑制急性/慢性结肠炎的发生和防止结肠炎相关的CRC。但HQD与结肠炎的肠道微生态之间的关系尚不清楚。因此本研究通过16SRNA基因测序的方法，探究HQD是否可通过改善肠道微生物来缓解葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎。
二、论文ID
原名：Gut microbiota drives the attenuation of dextran sulphate sodium-induced colitis by Huangqin decoction
译名：黄芩汤可通过调节肠道菌群减轻葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎
期刊：Oncotarget
IF：5.1652
发表时间：2017年
通讯作者：曹鹏
通讯作者单位：南京中医药大学附属中西医结合医院/江苏省中医药研究院细胞与分子生物学实验室
三、实验设计
四、实验结果
1. HQD能改善结肠炎并调节DSS诱导的结肠炎小鼠的结肠中的细胞因子表达水平
造模期间，每天称量小鼠体重、进行DAI评分、建模结束后测量结肠长度、进行H&E染色、检测炎症细胞因子的表达水平。结果显示，HQD在DSS诱导的结肠炎中发挥抗炎作用并且能够预防DSS诱导的结肠炎。
图1：HQD在C57BL/6小鼠中对DSS诱导的结肠炎的作用。
注：(A) 3％DSS诱导小鼠结肠炎的动物模型构建。(B) 3％DSS诱导结肠炎后小鼠体重变化。(C) DAI评分。(D) 各组结肠的照片和以及结肠长度。(E)各组小鼠结肠HE染色(×100)，以及组织学评分。(F) 通过RT-qPCR测定在结肠炎模型中，结肠中TNF-α，IL-1β，IL-6和COX-2的表达水平。
* P <0.05； ** P <0.01； *** P <0.001，与DSS治疗组相比。
数据以每组6只小鼠的平均值±SD表示。（B-F，n= 6）。HQD：黄芩汤。
2. HQD干预后肠道菌群的整体结构变化
结果显示，15个样本中总共获得746,978个有效reads和463个OTU。Rarefaction和Shannon多样性曲线平稳，表明在所有样品中，大部分多样性已经被检测到。另外，韦恩图显示，三组共有308个OTU，其中对照组和DSS组共有317个OTUs，DSS组和HQD组有338个，对照组和HQD组有347个。 PCA和PCoA分析显示，DSS组的肠道微生物群发生偏离，HQD组的微生物群没有恢复到对照组的水平。并且三组间的系统聚类树存在显着差异，HQD组水平接近于对照组。
图2：Illumina MiSeq测序数据显示HQD可以调节肠道微生物群的整体结构。
注：（A）稀疏曲线。（B）Shannon-Wiener曲线。（C）韦恩图。（D）PCA分析。（E）PCoA分析。（F）多样本聚类树。a为对照组样品，b为DSS组样品，c为DSS+ HQD组样品。 HQD：黄芩汤。
3. HQD调节小鼠肠道微生物群结构的离散程度
结果显示，HQD可以调节DSS引起的结肠炎的肠道菌群在门、纲、目、科、属水平的变化。门水平上，相对丰度最高的是Bacteroidetes， Firmicutes和 Proteobacteria；12种纲水平上的物种，包括Bacteroidetes和Clostridia，在所有的样品中存在；Deferribacteres和Epsilonproteobacteria的相对丰度在三组中显著不同。科水平上，DSS和HQD组中鉴定出Anaeroplasmatales，Enterobacteriales和Rhodospirillales，但正常组中未检测到。相反，Bacteroidales 和 Bifidobacteriales只在正常组检测出来。属水平上，DSS组的S24-7_norank相对丰度显着低于正常组。相反，DSS组的拟杆菌相对丰度显着高于正常组和HQD组。
图3：HQD干预后后小鼠肠道菌群结构
注：（A）样品在门水平上的相对丰度（B）样品在纲水平上的相对丰度（C）样品在目水平上的相对丰度（D）样品在科水平上的相对丰度（E）样品在属水平上的相对丰度
A：正常组；B:DS组；C：DSS+HQD；HQD：黄芩汤
4. HQD抑制某些细菌的生长
结果显示，HQD可以改变肠内微生物的组成，并抑制某些细菌的增殖。DSS组中Bacteroidaceae 和 Bacteroides占主要地位，HQD组中Ruminococcaceae和Anaeroplasmataceae是优势菌群。
图4：组间优势微生物的差异。
注：（A）基于LDA的分布直方图。（B）Cladogram图
A：正常组；B：DS组；C：DSS+HQD；HQD：黄芩汤
图5A-5C的结果显示DSS组中Bacteroides, Odoribacter和 Prevotellaceae_ uncultured的相对丰度显著高于正常组，但和DSS+HQD组相比差异不显著，但是Helicobacter和 Desulfovibrio这两个菌的相对丰度在HQD组显著降低。
图5：HQD对小鼠肠道微生物相对丰度的影响。
注：（A）拟杆菌内的相对丰度。（B）厚壁菌内的相对丰度。（C）变形菌门内的相对丰度。* P <0.05; ** P <0.01; *** P <0.001。数据为每组5个样品的平均值±SD（A-C，n = 5）。 HQD：黄芩汤。
5. 黄芩汤通过调节肠道菌群减轻DSS诱导的结肠炎
每天称量小鼠体重、进行DAI评分、建模结束后测量结肠长度、进行H&E染色、检测炎症细胞因子的表达水平。结果显示，在微生物耗尽的条件下，DSS诱导的结肠炎的敏感性就会增加，并且HQD不能预防DSS诱导的结肠炎。
图 6：用AB预处理后HQD对DSS诱导的结肠炎的影响。
注：（A）用AB预处理后用3％DSS诱导结肠炎的实验过程。（B）用抗生素处理后3％DSS诱导结肠炎小鼠体重的变化。（C）DAI评分。（D）每组的结肠长度。(E)各组小鼠结肠HE染色(×100)，以及组织学评分。* P <0.05; ** P <0.01; *** P <0.001。
数据表示为每组6个土壤样品的平均值±SD（B-E，n = 6）。AB，抗生素。 HQD，黄芩汤。
五、研究结论
该研究发现，HQD能显著抑制由DSS诱导的结肠炎，减轻由DSS诱导造成的小鼠体重下降、DAI评分升高，结肠缩短，组织损伤和炎性细胞因子的改变。主成分分析和主坐标分析显示组间差异明显，DSS和DSS+HQD组多样性增加。DSS+HQD组中Lactococcus的相对丰度高于DSS组，而Desulfovibrio和Helicobacter的相对丰度则降低。此外，HQD的保护作用仅在抗生素处理的小鼠中减弱。总之，研究结果表明HQD可以通过改变肠道微生物群来改善DSS诱导的炎症。
六、点评
本研究通过检测小鼠的生理指标如体重、结肠长度、结肠切片、炎性细胞因子表达和粪便肠道菌群群落结构，评估HQD对DSS诱导的结肠炎的治疗效果。本研究证明，HQD可以通过改变肠道微生物群来改善DSS诱导的炎症。
本文由微生太群友陈卓创作，莫秋芬、江舜尧编辑。