科研 | 褪黑素可通过肠道菌群调节小鼠断奶压力
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导读
褪黑素由色氨酸合成并影响多种分子途径，包括睡眠、昼夜节律、免疫功能、细胞凋亡、增殖和氧化应激。因此，褪黑激素高度塑造肠的各种生理功能并调节各种肠疾病的发病机理并不令人惊讶。然而，褪黑素是否通过肠道菌群调节肠道生理学和肠道疾病的发病机制尚不清楚。
断奶是一种非常有压力的事情，因为哺乳动物此时经历了肠道形态学和生理功能的显着改变，以及肠道菌群的转变、饮食的变化以及社会和环境生活条件。
本研究探讨了褪黑激素对断奶应激小鼠的保护作用，并研究了褪黑素对断奶小鼠肠道菌群及其代谢的影响。
原名：Melatonin alleviates weanling stress in mice: involvement of intestinal microbiota
译名：褪黑素可通过肠道菌群调节小鼠断奶压力
期刊：Journal of Pineal Research
IF：10.391
发表时间：2017年
通讯作者：Yulong Yin
作者单位：中科院
1 补充褪黑素可促进断奶小鼠的体重增加并改善其肠道形态
褪黑素的补充显著促进了断奶小鼠的体重的增加，对食物和水的摄入没有产生影响(图1A)。众所周知断奶压力会诱导小肠形态学的改变，因此本研究对肠道形态也做了检测。结果表明褪黑素的补充增加了回肠中的绒毛长度和绒毛与隐窝比例，且减少了隐窝长度(图1B)。
但是，褪黑素的补充对断奶小鼠回肠中细胞增殖和凋亡、杯状细胞和潘氏细胞以及血清生化指标几乎没有影响。
图1 褪黑素可促进断奶小鼠体重增长及肠道形态学的改变
2 补充褪黑素改变了断奶小鼠的肠道菌群
褪黑素的补充增加了断奶小鼠的丰度且一些菌的丰度也有变化。在门水平上，拟杆菌门的丰度显著增加(图2A)；在目水平上，拟杆菌目的丰度明显下降但乳酸菌目的丰度明显增加(图2B)；在属水平上，乳酸菌属的丰度明显增加(图2C)。通过LEfSe分析发现，褪黑素的补充明显提高了Lactobacillus intestinalis, Lactobacillus johnsonii 和Lactobacillus reuteri的丰度，但导致普雷沃菌科丰度的下降(图2D)。
图2 断奶小鼠补充褪黑素后肠道菌群的组成
为了进一步验证褪黑素对乳酸菌增长的影响，本研究做了体内增值和结肠循环增殖试验。所有试验都表明了褪黑素促进了乳酸菌的增长(图3A和B)，但对Lactobacillusreuteri的影响较小(图3C)。20ug/ml的褪黑素可促进早期Lactobacillus johnsonii的增长，但在其他阶段没有太大影响(图3D)。
总而言之，褪黑素改变了断奶小鼠的肠道菌群，主要包括微生物菌群的丰度以及乳酸菌的丰度的增加。
图3 褪黑素对乳酸菌的影响
3 补充褪黑素改变断奶小鼠肠道菌群的代谢物
正如图4A和B所示，两组样品粪便中褪黑素的含量没有显著性差异，但通过PCA分析，发现两组的代谢产物是有明显差异的(图4C)。通过OPLS-DA模型筛选两组样品的差异代谢标志物，由图4D可看出该模型具有良好的预测性能。两组样本代谢产物中有16种代谢物可作为潜在的代谢标志物。同增长组相比，褪黑素组中有16种代谢物的浓度明显改变(图4E)。KEGG分析显示褪黑素对微生物代谢物的影响很大，主要包括氨基酸代谢、多环芳烃降解、芳香化合物和药物代谢的降解(图4F)。
总的来说，褪黑素的补充可改变断奶小鼠肠道菌群的代谢产物。
图4 褪黑素影响断奶小鼠肠道菌群代谢
4 补充褪黑素不能促进抗生素治疗的断奶小鼠的体重增加
对断奶小鼠进行一周的抗生素治疗，结果显示对其体重没有影响，但明显降低了粪便中乳酸菌的含量(图5A和B)。补充褪黑素对抗生素治疗的断奶小鼠的体重和粪便中乳酸菌含量的影响较小(图5A和B)。同样地，补充褪黑素对进行两周抗生素治疗的断奶小鼠的体重和粪便中乳酸菌含量的影响也较小(图5C和D)。
在无菌小鼠中也得到同样的结果。褪黑素补充对断奶无菌小鼠体重的影响也较小(图5E)。同样地，对回肠中绒毛长度、隐窝长度以及绒毛和隐窝的比例都没有较大的影响(图5F和G)。
因此，由此看出，褪黑素通过肠道菌群缓解断奶压力。
图5 没有肠道菌群褪黑素不能提高体重
4 补充褪黑素可通过肠道菌群减少断奶小鼠ETEC的感染
褪黑素的补充明显降低了断奶小鼠空肠中ETEC的含量，但无法抑制抗生素治疗的小鼠空肠中的ETEC定植(图6A)。肠道中IL-17和SIgA对抑制肠道感染具有至关重要的作用。因此本研究分析了空肠中IL-17和SIgA的含量来探讨褪黑激素抑制空肠ETEC定殖的可能分子机制。结果显示褪黑素的补充对空肠中IL-17和SIgA的含量的影响较小，对抗生素治疗的小鼠空肠中IL-17和SIgA的含量的影响也是如此(图6B和C)。
总的来说，褪黑素的补充可以降低断奶小鼠空肠中ETEC的含量，但对抗生素治疗的小鼠是没作用的。
图6 褪黑素影响断奶小鼠的ETEC感染
本研究主要发现，褪黑素补充可明显缓解小鼠断奶压力，包括体重的增加、肠道形态学的改善以及ETEC定植的减少。此外，褪黑素的补充不仅增加肠道菌群的丰度，还明显改变肠道菌群的组成及代谢。更重要的是，在抗生素治疗的小鼠模型中，褪黑素补充不能改变断奶小鼠的体重增长和ETEC定植。
该研究试验设计非常细致，工作量很大。文章书写的也很详细，写作手法还有实验思路非常适合科研小白参考。本译文只显示了褪黑素对断奶小鼠有影响的地方，原文中还阐述了没影响的地方作为补充，感兴趣的朋友可通过公众号查看原文。
本文由董小橙编译，江舜尧和董小橙编辑。