肠道菌群对颅内动脉瘤形成的潜在影响

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最近有研究表明,炎症在决定疾病的病程和严重程度方面起着关键作用,肠道微生物群通过炎症反应影响到动脉粥样硬化病、糖尿病和缺血性卒中等各种疾病的进展和结果。肠道微生物群可能通过调节代谢和免疫调节轴来影响疾病的进程。

近日发表在Hypertension上的一篇文章揭晓了肠道菌群对颅内动脉瘤形成的潜在影响。文章指出,临床和动物研究表明炎症和炎症细胞在颅内动脉瘤的病理生理过程中起着至关重要的作用。通过调节血管炎症,肠道微生物可能影响颅内动脉瘤的病程。

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材料与方法

◆ 诱导动脉瘤

使用10到12周龄的C57BL/6J小鼠进行实验。诱发颅内动脉瘤通过联合诱导全身性高血压和一次注射弹性蛋白酶(35毫米单位;mU)到右侧基底池的脑脊液。小鼠在动脉瘤诱导后3周或出现与动脉瘤性蛛网膜下腔出血相关的神经症状时被安乐死。在解剖显微镜(×10)下,通过对Willis环及其主要分支的检查,观察颅内动脉瘤的形成。颅内动脉瘤被定义为在Willis圈或其主要的主要分支的血管壁的局部向外凸出。

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典型动脉瘤如上图所示,在注射弹性蛋白酶的同时大脑动脉轻微扩张。

◆ 耗竭肠道微生物

使用万古霉素(0.5g/l)、甲硝唑(1g/l)、氨苄西林(1g/l)和新霉素(1g/l)组成的抗生素混合物。在第一次实验中,从动脉瘤诱导前3周开始灌入抗生素,一直持续到实验结束。在第二个实验中,在动脉瘤诱导前3周开始灌入抗生素,在动脉瘤诱导前1天停止。每天对粪便样本进行好氧和厌氧培养。此外,在琼脂平板上培养粪便样品,每天进行细菌快速检测。

◆ 组织学

为定量测定巨噬细胞浸润大脑动脉情况,8~10只小鼠在动脉瘤诱导后第4天进行安乐死。取1条大脑中动脉横断面,用抗鼠CD 68染色检测巨噬细胞。通过计数每单位面积(0.01平方毫米)的阳性细胞数来评估巨噬细胞浸润情况。

◆ 实时聚合酶链反应分析

于动脉瘤诱导后14天采集大脑动脉(包括动脉瘤)的总RNA。检测炎症相关细胞因子(单核细胞趋化蛋白-1,IL-1β,IL-6,诱导型一氧化氮合酶和肿瘤坏死因子-ɑ的mRNA表达水平。


研究结果

◆ 动脉瘤及肠道微生物关系统计分析结果如下:

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  • 肠道微生物区系在动脉瘤诱导前3周开始口服抗生素治疗,持续6周。

  • 肠道微生物在抗生素治疗后减少了颅内动脉瘤的形成。

  • 无症状曲线(Kaplan-Meier分析曲线)。抗生素对肠道微生物群的耗竭提高了无症状生存。

  • 诱发DOCA-盐高血压和服用抗生素的小鼠的收缩压。在我们的模型中,抗生素治疗不影响血压水平。

  • 为了排除抗生素直接影响动脉瘤形成的可能性,抗生素治疗在动脉瘤诱导前3周开始,在动脉瘤诱导前1天停止治疗。

  • 即使抗生素治疗在动脉瘤诱导前1天停止治疗,肠道微生物群的减少也会导致动脉瘤的形成减少。

• 肠道微生物耗竭对动脉瘤形成过程中炎症反应的影响如下:

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  • 苏木精-伊红染色和CD 68染色显示两组均有弹性层破裂,这是颅内动脉瘤的典型组织学表现。

  • 巨噬细胞定量结果显示,肠道微生物枯竭组巨噬细胞数量较完整肠道微生物组减少。

  • 肠道微生物耗竭降低了Willis环炎症细胞因子的mRNA表达。


讨论

该发现表明肠道微生物通过调节局部炎症而影响颅内动脉瘤的病理生理。肠道细菌进入大脑动脉的转运可能是另一种潜在的机制。然而,在该研究中,研究者没有在模型中检测到大脑动脉中的细菌DNA。

肠道微生物群的操纵可能通过影响血压或脑脊液中弹性蛋白酶的活性而影响动脉瘤的形成。然而,研究没有发现任何影响血压或弹性蛋白酶活性的抗生素治疗。

环境因素可能在颅内动脉瘤的病理生理过程中起着非常重要的,远大于遗传因素的作用。在临床上,肠道微生物群可能是揭示环境因素共同作用的生物标志。


结论

本研究存在若干局限性。首先,实验依靠抗生素治疗枯竭肠道微生物群。而且,只测试了粪便中可培养的肠道微生物群。使用无菌条件下饲养的无菌小鼠(gnotobitic小鼠)可能是对研究方法的补充。然而,由于小鼠颅内动脉瘤模型手术的复杂性,目前使用gnotobitic小鼠具有很大的挑战性。第二,肠道微生物群在动脉瘤破裂发展中的潜在作用无法评估,因为形成率的显著差异使研究者难以比较破裂率。第三,在本研究中,没有评估血浆炎症介质的水平或大脑动脉的结构变化。第四,因为肠道微生物的组成在人和实验动物之间可能有根本的不同,需要对有无颅内动脉瘤的人肠道微生物进行比较分析,以确定肠道微生物对颅内动脉瘤病理生理学的确切贡献。


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