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客观的西方饮食是一个克罗恩病(CD)的危险因素。癌胚antigen-related细胞粘附分子6 (CEACAM6)异常表达在CD患者。这允许adherent-invasive大肠杆菌(AIEC)移植肠道黏膜,导致炎症。我们评估的影响高脂肪、高糖(HF / HS)西方饮食对肠道微生物群组成,屏障完整性和对感染的易感性转基因表达人类CEACAMs CEABAC10老鼠。
设计结肠微生物群组成和易感性的CEABAC10老鼠AIEC LF82细菌感染被确定在传统或高频/ HS饮食的老鼠。肠屏障功能和炎症反应是评估通过研究渗透率、紧密连接蛋白和粘蛋白表达和本地化,通过确定组织学评分和水平的细胞因子释放。
结果高频/ HS饮食导致WT失调和转基因CEABAC10老鼠,与特定的增加大肠杆菌人口在HF /供养CEABAC10老鼠。这些老鼠显示黏液层厚度减少,肠道通透性增加,感应的Nod2和Tlr5基因转录,TNFα分泌增加。这些修改导致更高的能力AIEC细菌移植肠道粘膜,引起炎症。
结论西方饮食诱发肠道微生物群组成的变化,改变宿主体内平衡和促进基因易感小鼠肠道AIEC殖民化。这些结果支持CD的多因素疾病病因学和CD发病机制强调饮食的重要性。
- 饮食——胃肠道感染
- 炎症性肠病的基础研究
- 肠道屏障功能
- 肠道炎症
来自Altmetric.com的统计
本研究的意义
已知在这个问题上是什么?
癌胚antigen-related异常细胞粘附分子6 (CEACAM6)表达式允许adherent-invasive大肠杆菌(AIEC)细菌殖民回肠黏膜的克罗恩病(CD)的病人,然后引发炎症。
流行病学研究表明,西方饮食,特别是其成分和脂肪含量,是一个风险因素发展的CD。
失调被报道在许多CD患者。在动物模型中,fat-high高糖饮食大大修改肠道微生物群组成。
增加肠道渗透性与CD患者。在动物模型中,高脂肪的饮食增加肠道通透性。
高脂肪饮食诱导慢性炎症,改变肠道微生物群的被认为是触发。
有什么新发现吗?
西方饮食会导致微生物群组成类似的转变与观察在CD患者中,与增加mucin-degrading细菌瘤胃球菌属扭矩,组拟杆菌/普氏菌。大肠杆菌人口特别提拔CEACAM-expressing小鼠接受西方饮食。
西方饮食调节先天免疫基因表达,改变肠道通透性屏障功能影响杯状细胞数量减少,粘蛋白表达和粘液厚度在CEACAM-expressing老鼠。
西方饮食影响宿主体内平衡和肠道微生物群,使细菌AIEC更好的殖民肠道黏膜,导致一个强大TNFα促炎细胞因子的释放。
它会如何影响临床实践在可预见的未来吗?
这些数据支持了多因子的病因学的CD,其中包括病原体殖民在一个遗传病人有西化的生活方式。食物摄入量强烈参与肠道微生物群组成,从而改变饮食习惯可以减少入侵细菌的比例CD患者肠道粘膜的敏感。
背景和目的
炎症性肠病(IBD),特别是克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎,是原因不明的慢性疾病,影响约150 - 000在西方国家每100人200例。一些基因、免疫和环境因素都有罪。1 - 3很多调查都集中在定义它与西方生活方式相关的因素可以解释新疾病,如炎症性肠病患病率的增加。那些建议是改善卫生,使用抗生素和饮食习惯的改变。有越来越多的证据表明,新慢性疾病,如炎症性肠病、肠道菌群的变化,称为生态失调的状况。有趣的是,微生物群落与不同疾病亚型;细菌群体的组成、丰度是不同的CD和溃疡性结肠炎患者和colonic-CD之间和ileal-CD病人,4,5这表明这些疾病亚型的微生物群扮演不同的角色。虽然细菌病原学的CD的含义已经证明,6,7很难确定是否失调是一个后果,疾病的原因或因素。失调在CD患者的特点是减少厚壁菌门,8 - 14特别是Faecalibacterium prausnitzii和增加肠杆菌科,特别是大肠杆菌。9,12,14日至17日黏液溶解的物种瘤胃球菌属扭矩和瘤胃球菌属gnavus据报道也被更普遍、更丰富的CD患者。11,12,18在亚种级别,adherent-invasive大肠杆菌(AIEC)致病型更频繁地发现在ileal-CD患者比健康对照组9,19日至22日并已全面与CD发病机制的许多特征,这表明它的病原学的角色而不是炎症的结果。
西方饮食,富含脂肪、动物蛋白质,n-6多不饱和脂肪酸和精制糖,被认为是一个风险因素发展的CD。23有趣的是,CD患者通常表现出小肠周围爬行脂肪的积累,代谢活跃,诱发肿瘤坏死因子(TNF)α和il - 6的版本。24食源性肥胖和代谢紊乱动物模型开发的研究表明,高脂肪、高糖饮食(HF / HS)戏剧性地改变肠道微生物群组成。25随后失调有至关重要的作用在渗透率增加,最终导致慢性炎症和代谢紊乱。26这些观察表明,环境因素,影响肠道菌群可能会引发疾病。
癌胚antigen-related细胞粘附分子6 (CEACAM6)充当AIEC通过受体1型菌毛。27CD患者中,谁更容易被AIEC殖民化,尤其是回肠参与的疾病,显示CEACAMs的异常表达。在转基因小鼠CEABAC10表达人类CEACAMs AIEC殖民CEACAM6 - 1型pili-dependent,促进肠道炎症。28然而,没有证据的假定的影响CEACAM6超表达对整个肠道微生物群落。在这个工作中,我们的目标是(我)定义CEABAC10小鼠的微生物群调查人类的表达是否CEACAMs可能导致失调类似CD患者中观察到;(2)调查的影响高频/ HS西方饮食的肠道菌群与粘膜内稳态CEABAC10老鼠,和(3)确定西方饮食对肠道微生物群和主机内稳态的影响可以促进AIEC殖民化CEABAC10老鼠。
方法
老鼠的饮食,感染和伦理语句
已雌性小鼠C57BL / 6从查尔斯河实验室购买了繁殖和杂合子CEABAC10 FVB / N转基因雄性29日保持在特定的无菌条件下大学动物保健设施d 'Auvergne(法国克莱蒙费朗)。Litter-mates > 8日的回交被用于实验。动物分离性和基因型在4 - 5周的年龄。笼子里是保护与粪便颗粒过滤器,以避免污染。动物协议批准委员会的研究和伦理问题CEMEAA(拉西'ethique en matiere d 'experimentation animale,奥弗涅)。
纯化饮食230高频(安全行业,法国)作为西方饮食。它的热量摄入5317千卡/公斤和营养成分(千卡/公斤)13.1%的蛋白质,60.6%的油脂和26.3%的碳水化合物,主要是蔗糖,因此含有高水平的脂肪和单糖。传统的饮食(Conv)购买的安全。每一项饮食都是12周10-12-week-old老鼠。
10的老鼠口头挑战9LF82应变连续三天。细菌的持久性是评估在1、2和3天postinfection粪便样本。LF82细菌被电镀系列稀释在Luria-Bertani枚举(磅)琼脂包含50µg /毫升氨苄青霉素和20µg /毫升红霉素和孵化一夜之间在37°C。确认菌株鉴定,我们确认没有氨苄西林、红霉素耐药细菌存在于鼠标微生物群。此外,PCR实验使用AIEC LF82特定引物证实,氨苄西林、红霉素耐药细菌与AIEC LF82。
微生物多样性分析
组织从近端结肠被磷酸缓冲盐(PBS)和用于微生物群分析。基因组DNA提取和纯化NucleoSpin组织(Macherey-Nagel GmbH & Co .)按照制造商的指示。优化细菌DNA提取,一夜孵化与裂解缓冲(在这种情况下,组织是完全水溶性),执行和裂解温度增加到95°C的革兰氏阳性细菌,这是很难溶解。用于进一步的分子分析包括基因组DNA真细菌通过变性梯度凝胶电泳分析,量化相关的细菌定量PCR和团体真细菌测序使用454 GS FLX的平台。我们有针对性的16 s rDNA这些技术来研究微生物多样性在肠道粘膜。引物、探针和程序指定在线补充信息和在线补充表S1。
肠道通透性测量
体内肠道渗透性测量在6周的饮食的口服异硫氰酸荧光素FITC-dextran 4 kDa(σ),并进一步检测荧光在等离子体所描述的其他地方。30.牺牲后,成孔claudin-2蛋白表达是由免疫荧光染色观察组织学检查在结肠组织如前所述。30.
定量PCR的宿主基因
PBS-washed结肠组织相邻部分用于微生物群分析被用于宿主基因量化。总RNA分离使用试剂盒根据制造商的指示(表达载体)。一微克的总RNA作为模板使用RevertAid逆转录酶(表达载体)互补脱氧核糖核酸的合成。宿主基因量化Nod2和toll样受体(Tlr) 5为了测试先天免疫激活,Muc2和Tff3功能和学习障碍真沸点作为参考基因数据正常化。特定的引物对设计在两个不同的外显子跨度大intronic地区(见在线补充表S2)。互补脱氧核糖核酸的定量pcr进行使用由于“快速上手”项目SYBR绿色(罗氏)和以下项目:95°C 5分钟;40 95°C的周期20年代,56.4°C 30年代和20年代72°C;72°C 7分钟;和融化曲线从60°C到95°C 20分钟。样本量化管家一式三份和正常化真沸点基因,在相同的量化为每个基因定量PCR板。
IgA量化
收集粪便颗粒在7周的饮食和储存在−20°C到分析。冻丸解冻了,干的70分钟35°C,和单一化T10基本Ultra-Turrax 1毫升的PBS包含antiprotease鸡尾酒(罗氏)和0.001%的叠氮化钠。匀浆在1500 g离心20分钟(4°C)和上层清液在1000 g re-centrifuged 10分钟和保持在−80°C到分析。免疫球蛋白(Ig)量化在上层清液稀释(1:10 0)ELISA使用anti-mouse IgA克隆C10-3女士antimouse IgA Ms-Biotine克隆C10-1和纯化IgA克隆m18 - 254 (BD Pharmingen)。
粘液疣状,杯状细胞染色
段的远端结肠是固定的没有洗水的Methanol-Carnoy固定剂。组织是在无水甲醇洗两次在石蜡包埋31日,切成4µm部分。的部分使用二甲苯de-waxed替代(σ)和水分。粘液疣状,抗原被微波加热检索0.01柠檬酸缓冲pH6和背景被5%的牛血清白蛋白。部分是沾染了兔子anti-MUC2 h - 300(圣克鲁斯生物技术有限公司)稀释1:15 0 5%牛血清白蛋白。PBS洗后,部分被孵化1 h和一只山羊anti-rabbit Alexa萤石488 -共轭二次抗体(表达载体)补充与赫斯特(σ)。幻灯片是安装使用Mountex安装介质(CellPath)。组织的视觉使用共焦显微镜蔡司LSM 510元(卡尔蔡司)。杯状细胞和阿尔新蓝染色,高碘酸,希夫reactif Hemalun,如前所述。32色后,最终dehydratation一步是安装之前执行Eukitt和观察。
组织学炎症细胞因子得分和量化
的远端部分结肠切除和4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,切成5μm切片和染色)。结肠炎的组织学严重性分级在盲评的病理学家后标准描述了其他地方。30.TNFα,IL-1βIL-12p70释放文化上层清液的结肠标本24 h后的孵化37°C下5%的股份有限公司2量化了ELISA(研发系统)根据制造商的指示。
统计数据
对定量数据,未配对Mann-Whitney U双尾检验是用于统计比较。对于定性数据,如应急表、χ2方法使用。组设计UniFrac焦磷酸测序数据的分析比较与相对位置的主成分分析(PCA)情节轴(P1和P3) Mann-Whitney U双尾检验。与GraphPad棱镜V.5.01进行了统计分析。
结果
肠道菌群与CEABAC10老鼠
结肠微生物群进行比较的丰富和组成CEABAC10 (N = 10)和野生型(WT) (N = 10) 10周大C57BL / 6小鼠。WT之间没有差异观察和大量的转基因老鼠总细菌(真细菌)与结肠粘膜(图1)或的leptum梭状芽胞杆菌,大肠杆菌和Bacteroides-Prevotellaspp。聚类分析真细菌指纹通过变性梯度凝胶电泳表明,转基因和WT老鼠dendogram混合(图1B)。这表明CEABAC10老鼠,与WT老鼠相比,没有一个特定的组合与结肠粘膜相关的细菌。厚壁菌门,变形菌门和拟杆菌门通过焦磷酸测序,确定所有样本中成为主流。只有8.4%的序列仍未分类。这些非机密的细菌是否代表小说血统仍有待确定。一些大量的细菌类群差异WT和转基因小鼠观察但并没有统计上的支持。然而,厚壁菌门更丰富的WT老鼠(45.9% vs 31.5%),变形菌门更加丰富CEABAC10老鼠(35.6% vs 24.8%;图1C)。在物种组成、转基因CEABAC10老鼠,与WT老鼠相比,并没有显示失调(图1D)。总之,这些结果表明,人类CEACAM表达在这种小鼠模型并不足以造成严重的肠道菌群的变化。
肠道菌群在CEABAC10和WT老鼠。组由10 WT和CEABAC10成熟的雄性老鼠,由基因型为两个笼子里,所有的传统饮食。(一)大量的细菌群体在结肠组织:定量PCR的16 s总细菌(真细菌),标准化与18岁从老鼠,用于正常化活检大小,和其他细菌群体,标准化对总细菌丰度。意义是衡量Mann-Whitney U双尾检验(代表值和范围)。(B)结肠细菌作文和inter-cage变异:分层聚类的距离,使用曲线为主,相关性和未加权的算术平均值dendogram pair-group方法施工、总细菌的16 s rDNA扩增子通过变性梯度凝胶电泳分离。每种类型的圆圈表示一个不同的笼子里。(C和D)结肠细菌组成454 -焦磷酸测序。(C)意味着类群的相对多度WT(外环)和CEABAC10(内环)。(D)主成分分析的未加权的UniFrac结肠细菌的距离从四个WT(蓝色方块)和四个CEABAC10(红圈)老鼠。
西方饮食对肠道菌群的影响
高频/ HS饮食,鉴于在12周,导致减少了大量的细菌与结肠粘膜CEABAC10和WT小鼠(p < 0.05;图2类群丰富的)。比较分析揭示失衡WT和转基因小鼠接受HF / HS的饮食,而不是一个统计显著性水平(图2B)。例如,大量的序列属于门拟杆菌门提高高频/ HS diet-treated老鼠老鼠的菌株(22.7%的序列CEABAC10高频/ HS CEABAC10 Conv vs 16.1%。;21.5% WT高频/ WT Conv HS vs 11.6%。;图2B)。变形菌门有关CEABAC10遗传背景和高频/ HS饮食(CEABAC10高频/商品:30.0%;CEABAC10 Conv: 35.6%;WT高频/商品:33.1%;WT Conv: 24.8%;p = NS)。相比之下,UniFrac焦磷酸测序数据的分析证明,高频/ HS饮食改变物种组成这两种基因型(p≤0.01),以及随后在WT失调不同,CEABAC10小鼠(p≤0.01;图2C)。
西方饮食的影响在CEABAC10和WT小鼠肠道菌群组成。组由13 CEABAC10和九WT 24-week-old雄性老鼠喂食高脂肪、高糖(HF / HS)西方饮食对12周(分别为6和5老鼠)或传统饮食(Conv。)(分别为7和四只老鼠)。(一)总在结肠组织中细菌丰度:定量PCR的16 s总细菌(真细菌)和18岁从老鼠样本量正常化。(B和C)结肠细菌组成454 -焦磷酸测序。(B)主要类群的相对多度平均值为每个组。(C)主成分分析的未加权的UniFrac距离从四个WT-Conv结肠细菌的。(红圈),四个CEABAC10-Conv。(橙色三角形),五WT-HF / HS(绿色方块)和五个CEABAC10-HF / HS(蓝色三角形)男性。(D)大量的相关细菌类群:定量PCR的16 s rDNA相关细菌组标准化总细菌。意义是衡量Mann-Whitney U双尾检验(代表值和范围)。
量化的一些相关的细菌群体qPCR (图2D)表明,高频/商品推广的过度生长Bacteroides-Prevotella种虫害在这两种基因型,特别是在CEABAC10小鼠(p = 0.035)。C leptum没有明显受到高频/ HS饮食小鼠模型。这两个mucin-degrading物种R gnavus和R扭矩丰富的高频/ HS CEABAC10治疗和WT老鼠,但只有水平的意义吗R扭矩(p < 0.05)。有趣的是,大肠杆菌人口尤其增加CEABAC10小鼠接受HF / HS饮食(p = 0.008)。双歧杆菌属spp。F prausnitzii和球菌样的梭状芽胞杆菌稀少mucosa-associated中细菌的小鼠模型(数据未显示)。
这些观察表明,西方饮食诱发mucosa-associated微生物群失调。微生物群组成,特点是在特定的高数量的增加大肠杆菌在人类CEACAMs老鼠表达,不同于人类CEACAMs WT老鼠不表达。
西方饮食对肠道内稳态的影响
在传统的饮食情况下,CEABAC10老鼠,在先前的研究中,29日,30.增加了渗透率对WT小鼠(p = 0.012)。反过来,高频/ HS饮食本身导致WT小鼠肠道通透性增加(p = 0.002)。这两个因素的结合,CEABAC10基因型和高频/ HS饮食,导致肠道通透性显著增加对其他组(WT Conv: p < 0.001;WT高频/ HS: p = 0.004;CEABAC Conv: p = 0.034;图3),确认主机遗传学和饮食产生累积效应。出于这个原因,我们进一步的实验关注定义肠道屏障功能的变化发生在CEABAC10小鼠接受西方饮食。
西方饮食的影响在CEABAC10老鼠屏障功能。(A)肠道渗透性FITC-dextran量化评估血清5 h后胃内的政府在WT CEABAC10老鼠有或没有高脂肪、高糖饮食(HF / HS)。WT传统饮食(Conv) = 10 WT高频/ h = 21日CEABAC10 Conv。= 13, CEABAC10高频/ h = 18。(B) Immunofluorescent染色成孔蛋白在两个代表claudin-2 CEABAC10老鼠(总老鼠分析:Conv。= 6和高频/ h = 6)。(C)相对的mRNA水平Muc2由RT-qPCR (5 CEABAC10 Conv.和5 CEABAC10高频/ HS老鼠)。(D) Immunofluorescent染色粘蛋白2(红色)在两个代表CEABAC10老鼠(总老鼠分析:Conv。= 3和高频/ h = 3)。(E)阿尔新蓝杯状细胞染色(总老鼠分析:Conv。= 7和高频/ h = 5)。(F)相对的mRNA水平Klf4(5 CEABAC10 Conv.和5 CEABAC10高频/ HS老鼠)。(G)相对的mRNA水平Tff3(5 CEABAC10 Conv.和5 CEABAC10高频/ HS老鼠)。
成孔紧密连接蛋白claudin-2,强烈表达了在CD患者中,30.高度表达CEABAC10结肠肠上皮细胞的小鼠与高频/ HS与小鼠相比传统饮食(图3B)。西方饮食也改变了黏液层。事实上,相对的mRNA水平Muc2基因显著(p = 0.002)在小鼠的结肠粘膜低高频/ HS饮食(图3C),观察到mucin-2 immunofluorescent染色,主要糖蛋白结肠杯状细胞,分泌的黏液层薄在老鼠是一个高频/ HS比老鼠的饮食传统饮食(图3D)。阿尔新蓝的杯状细胞的染色显示,杯状细胞的数量降低小鼠的结肠粘膜中高频/ HS饮食比传统饮食的老鼠(图3E)。此外,的mRNA水平Klf4,它可以表达一种特定于杯状细胞谱系的转录因子,降低小鼠的粘膜中高频/ HS饮食(图3F)。总之,这些数据可能解释较低数量的粘液在HF / HS饮食的老鼠。此外,mRNA水平Tff3基因(三叶草因素3、肽和黏蛋白相互作用形成粘液屏障,促进粘膜愈合)低高频/ HS-treated CEABAC10老鼠比CEABAC10小鼠接受传统的饮食(p = 0.060;图3G)。此外,粪便IgA的水平(p = 0.001) CEABAC10小鼠接受HF / HS饮食是高于CEABAC10传统饮食的老鼠(图4A)。这些结果表明,西方饮食给老鼠表达人类CEACAMs诱发变化导致更薄和更少的保护黏液层。这可能允许微生物群到达肠道上皮细胞,随后引起慢性炎症。
西方饮食对CEABAC10小鼠免疫功能的影响。17 (A) IgA在粪便颗粒CEABAC10传统饮食(Conv)和16 CEABAC10高脂肪、高糖(HF / HS)老鼠。(B)相对的mRNA水平Nod2和Tlr5由RT-qPCR (5 CEABAC10 Conv.和五个CEABAC10高频/ HS老鼠)。(C) TNFα,IL-1βIL-12p70 CEABAC10小鼠结肠组织的水平(7 CEABAC10 Conv。11 CEABAC10 HF / HS饮食)。意义是衡量Mann-Whitney U双尾检验(代表值和范围)。
CEABAC10小鼠接受西方饮食改变肠道屏障,这可能引起的先天免疫反应的变化。我们研究了某些标记的免疫功能与CD患者。33,34我们量化的mRNA水平细胞内受体NOD2,承认从细菌胞壁二肽墙,TLR5,承认鞭毛蛋白。转基因小鼠接受HF / HS,与那些传统的饮食相比,显示更高Nod2和Tlr5结肠组织中的mRNA水平(p < 0.05;图4B)。这些受体发挥作用的抗原和NF-κB信号之间的关系和增殖作用(MAP)激酶途径,激活导致的促炎细胞因子的分泌。因此我们评估TNFαIL-1β和结肠IL-12p70水平样本和观察到西方饮食导致释放TNFαIL-1β和IL-12p70 CEABAC10小鼠的结肠粘膜(图4C)。
AIEC殖民化和诱导炎症CEABAC10小鼠的肠道接收高频/ HS饮食
转基因老鼠在HF / HS饮食有屏障功能受损,TNFα分泌增加,免疫反应改变,因此可以更容易感染AIEC。因此,我们测试了假设CEABAC10小鼠接受HF /海关会比美联储更容易被AIEC应变LF82殖民传统饮食。粪便在CEABAC10 LF82细菌计数显著高于高频/ HS-treated小鼠比CEABAC10传统饮食的老鼠在1天(p < 0.001), 2 (p < 0.001)和3 (p = 0.005) postinfection (图5A)。这表明,高频/ HS饮食可以提高AIEC应变LF82殖民老鼠肠道。
西方饮食的影响在adherent-invasive肠道炎症大肠杆菌(AIEC) -CEABAC10受感染的老鼠。(A) AIEC殖民由量化AIEC应变LF82的粪便后1、2和3天postinfection电镀和菌落计数磅琼脂补充与氨苄青霉素和红霉素(CEABAC10传统饮食(Conv) = 11, CEABAC10高脂肪、高糖(HF / FS) = 20)。(B)组织学得分中位数和范围从3天postinfection CEABAC10小鼠结肠组织对待传统或高频/ HS饮食。(C)小鼠的频率呈现神秘的脓肿(CEABAC10 Conv。= 7, CEABAC10高频/ FS = 9);赛峰的例子)/染色在第三天postinfection结肠组织部分获得。箭头显示了一个神秘的脓肿。(D) TNFαLF82——感染小鼠结肠组织的水平(7 CEABAC10 Conv, 19 CEABAC10和未受感染的老鼠(7 Conv。11 HF / HS))。Mann-Whitney U双尾检验申请定量数据。
结肠粘膜的炎症信号测量在第三天postinfection感染的老鼠。组织学检查CEABAC10高频/ HS饮食的老鼠或者类似的传统食物显示炎症评分两组(CEABAC10 Conv: 3.34±2.44;CEABAC10高频/ HS: 4.60±2.51;p = NS;图5B)。有趣的是,我们观察到一个更高比例的感染转基因小鼠呈现神秘的脓肿在动物与一个高频/ HS饮食比传统饮食(图5C)。这些研究结果表明,小鼠表达人类CEACAMs感染AIEC LF82开发温和结肠炎的临床症状,这些症状可能加重西方饮食。有趣的是,LF82-infected高频/供养CEABAC10小鼠显著增加TNF-α分泌相对于其他组(图5D),这表明,饮食和AIEC感染有累积效应在CEABAC10小鼠结肠炎症。
讨论
我们提出一个新颖的小鼠模型,结合饮食、遗传易感性和细菌感染,以更好地了解这些因素之间的相互作用在CD的病因学。我们使用一种新的模式的转基因小鼠CEACAM-expressing C57BL / 6(背景)美联储是西式饮食富含脂肪和单糖,感染LF82 AIEC压力。这个模型,在这个模型中炎症比之前的那么严重,28,30.不过可能更具代表性的CD发病机理和允许我们获得的结果强烈支持CD病因学的多因子的理论。在这里,我们报告说,西方饮食给老鼠表达人类CEACAMs引起肠道菌群的组成变化,导致主机改变和免疫屏障,从而创建一个微环境,帮助AIEC殖民肠道和进一步加剧炎症反应。
在与西方生活方式相关的因素中,饮食有主导作用影响肠道菌群的组成,正如前面比较微生物群的一项研究报告的儿童来自非洲和欧洲的农村地区。35此外,饮食有一个明确的作用在塑造动物模型的肠道菌群。25,26反过来,肠道微生物生态失调似乎发挥重要作用在许多临床条件包括炎症性肠病。23,36,37CD患者增加了表面CEACAM6回肠黏膜的表情。27,28我们在这里显示,人类CEACAM表达CEABAC10转基因老鼠没有改变结肠微生物群的构成。然而,西方饮食高度调节肠道微生物群落,以及由此产生的失调WT与CEABAC10老鼠不同,这表明遗传背景可能发挥作用在塑造人类肠道微生物群在一定条件下。在全社区的肠道微生物群的变化观察到细菌总数降低,更大拟杆菌- - - - - -普氏菌种虫害丰富和黏液溶解的细菌的数量>高10倍R扭矩与西方饮食有关。我们还观察到CEABAC10-treated老鼠在HF / HS饮食降低了Muc2表达式,它可能导致薄黏液层。的增加R gnavus也观察到西方饮食组而不是一个水平的意义。据我们所知,这改变黏液溶解的细菌水平没有以前观察到类似的研究。,这些发现表明,协会的黏液溶解的细菌与高频/ HS饮食需要进一步调查。走出我们的研究最重要的结果是,西方饮食引起的失调CEABAC10老鼠的大肠杆菌人口特别增加了。更高的大量AIEC CD患者的特点,21尤其是那些与回肠疾病。AIEC能够绑定到糖化蛋白质如CEACAMs和殖民地的粘膜表面。27,38因此,AIEC,作为机会致病菌,受益于微环境中创建西方diet-treated CEABAC10老鼠。感兴趣的,观察到的失调在西方diet-treated CEABAC10老鼠在CD患者很相似,18,39,40以重量的假说的西方饮食的作用和发病的遗传背景的CD。
基因参与先天免疫调节CEABAC10小鼠接受西方饮食,mRNA水平的增加即可见一斑Tlr5和Nod2。这些基因与CD,有关33,34和高频饮食报道诱导NOD2蛋白表达41和大多数TLR基因表达上调。42增加这些模式识别受体的表达与TNFα合成增加,表明抗原识别在西方饮食小鼠激活炎症级联,导致慢性炎症。反过来,增加IgA水平在西方饮食的老鼠显示响应的主机失调期间出现的细菌种类,这或许可以解释总细菌数越低。43慢性炎症与TNFα合成可能会有很多对宿主生理和肠道菌群的影响。我们证明环境创造了小鼠的肠粘膜中表达人类CEACAMs美联储AIEC的西方饮食促进了殖民,AIEC受益于西方饮食的低度炎症CEABAC10小鼠肠道内持续。AIEC殖民化的高频/供养CEABAC10老鼠与TNFα分泌的增加,小肠的分泌炎性细胞因子强烈CD患者。44西方饮食与微生物群足以诱发肠道炎症介导通过NF-κB TNFα合成激活。45CEABAC10 TNFα的数量大于高频/ HS-infected在未受感染的老鼠,老鼠比表明AIEC LF82感染负责加重炎症的迹象。这个假设是高度可信的自AIEC应变LF82毒性机制之一是其生存和巨噬细胞内复制,产生大量TNFα。46神秘的脓肿也更频繁地发现感染了CEABAC10小鼠接受HF / HS饮食,经常观察到在IBD患者。47
西方饮食的另一个效果,特别是在CEABAC10老鼠,是肠道通透性增加。CD患者肠道通透性增加48和发炎的地区的特点是紧密连接蛋白的改变模式。我们发现增加Claudin-2成孔蛋白的表达,这是在CD患者中,30.与肠道通透性增加CEABAC10小鼠接受HF / HS饮食。Cani等26表明,肠道菌群组成的变化的主要因素是参与渗透率增加高频喂老鼠,引发慢性炎症。反过来,这种慢性炎症可以加重肠道通透性自促炎细胞因子TNFα可以驱动Claudin-2超表达。49西方饮食也改变屏障功能下降Mucin-2,Klf4和Tff3表达式以及黏液层厚度和结肠黏膜杯状细胞数量。低muc2信使rna水平已观察到在IBD患者50和异常的粘蛋白合成与这些疾病的病理生理学,由于减少黏液层厚度允许细菌更容易到达上皮。相比之下,三叶草的因素通常是增加诱导炎症恢复损坏的情况发生的损伤,51因此TFF3的水平可能削弱屏障功能下降,从而导致粘膜损伤的敏感性。
我们的结果指出,一个主要的西方饮食对肠道菌群的影响调制和主机内稳态的破坏。我们证明,基因易感宿主,西方饮食让主人更可能overcolonised大肠杆菌和AIEC当礼物。成功的肠道殖民AIEC致病型导致大量TNFα释放增加,加重炎症过程(图6)。
模型显示西方饮食的影响微生物群组成和增加炎症炎症性肠病的上下文中。
确认
我们感谢博士Abdelkrim Alloui动物保健(法国克莱蒙费朗动物设施)和克劳德Darcha组织学分级(Anatomie et cytologie pathologiques,楚,克莱蒙费朗,法国)。作者要感谢迭戈Morgavi博士(INRA, Theix)允许我们在他的实验室,执行DGGE亚尼克坐浴盆博士和他的团队(平台吉娜,克莱蒙费朗CHU)执行454 -测序和CICS平台(大学奥弗涅)技术援助和组织准备显微镜分析。我们感谢杰弗里·瓦母语为英语的编辑。
引用
补充材料
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补充数据
仅这个web文件已经由英国医学杂志出版集团从一个电子文件提供的作者(年代)和没有对内容进行编辑。
在这个数据补充文件:
- 数据补充1——在线补充
脚注
MM-M和JD同样对本文亦有贡献。
贡献者嗯参与数据采集、统计分析和解释,写的手稿。JD参与数据采集、分析、解释和写的手稿。ND和EB参与数据采集。FR和RB执行biostatistical焦磷酸测序数据的分析。ADM获得资金和至关重要的知识内容的修订后的手稿。NB获得资金,设计和监督。
资金本研究支持的Ministere de la矫揉造作的et de la Technologie Inserm (UMR Inserm大学d 'Auvergne U1071), INRA (usc - 2018)和由该协会f . Aupetit (AFA)地区奥弗涅(新Chercheur, 2010 - 2012),从框架ANR ERA-NET Pathogenomics (ColiEvol项目,2009 - 2012年)。
相互竞争的利益一个也没有。
伦理批准本研究进行了研究委员会的批准和伦理问题的CEMEAA(拉西'ethique en matiere d 'experimentation animale,奥弗涅)。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。