高原红细胞增多症病程中肠道微生物作用的探索研究

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目的:高原红细胞增多症(High Altitude Polycythemia,HAPC)是一种高海拔地区常见的慢性疾患,长久以来一直影响着高原地区人群的健康。学界也对其进行了大量的研究,但是至今仍未有明确论述来阐明其发病机制。随着近年来对肠道微生物研究的不断深入,研究者发现肠道菌群与人体的健康和疾病息息相关。本研究旨在探究高原红细胞增多症病程中肠道微生物所发挥的作用,为阐明该疾病的发病机制提供一定的理论参考依据。方法:1.高原红细胞增多症大鼠模型的建立:将7周龄雌性SD大鼠随机分为常氧组和低氧组。将低氧组大鼠于每天8小时在模拟海拔6000米的低压氧仓内进行低氧暴露,持续28天。对大鼠进行血液学和病理学分析。检测大鼠血清中缺氧诱导因子-1(HIF-1α和HIF-1β)、血管内皮生长因子(VEGF)、促红细胞生成素(EPO)、白细胞介素-6(IL-6)等细胞因子的含量。联合高通量测序和非靶向代谢组学技术深入分析肠道菌群的结构、功能和代谢水平。2.粪菌移植实验:将7周龄雌性SD大鼠随机分为常氧组、低氧组、抗生素诱导菌群紊乱组(以下简称抗生素常氧组)、抗生素诱导菌群紊乱伴低氧暴露组(以下简称抗生素低氧组)和粪菌移植组(以下简称移植组)。常氧组在平原常氧环境下正常饲养,低氧组每天进行低压低氧暴露(方法同前),抗生素常氧组、抗生素低氧组、移植组大鼠先在其饮水中添加复合抗生素诱导肠道菌群紊乱,随后抗生素低氧组同时进行低氧暴露(方法同前),移植组恢复正常饮水并通过粪菌移植实验进行HAPC肠道菌群的定植,抗生素常氧组方法不变继续饲养。实验过程中收集各组大鼠的血液、组织器官、粪便等样本进行血液学、病理学、细胞学以及16S r DNA扩增子测序等分析。将4周龄雌性SD大鼠用低铁饲料、去离子水在平原常氧条件下饲养来建立缺铁性贫血大鼠模型。而后通过HAPC肠道菌群的定植观察大鼠造血功能的变化情况。结果:1.高原红细胞增多症大鼠模型的建立:(1)与常氧组相比,低氧暴露后的大鼠出现HAPC临床表现,血红蛋白含量大于190g/L达到高红血症诊断标准;肠道组织结构损伤;血清中HIF-1α、HIF-1β、VEGF、EPO等与HAPC发病机制相关的因子出现了明显的升高;炎性因子白细胞介素-6明显升高;肠道菌群α多样性降低但与常氧组组之间并未产生统计学差异(p>0.05),而两组间β多样性从低氧暴露之初就开始产生差异。(2)进一步通过宏基因组学分析了HAPC大鼠肠道菌群结构和功能,通过组间差异物种分析分别在门、属、种水平上找了31、328、1142个差异物种,并且发现HAPC大鼠肠道菌群在代谢、遗传信息加工、细胞进程和有机系统等方面相关的基因出现了较高的表达。(3)非靶向代谢组学的分析结果显示,HAPC大鼠肠道菌群的糖酵解和糖质新生、酪氨酸代谢、果糖/甘露糖代谢和甲状腺激素合成等代谢途径与常氧组产生了显著的改变。2.粪菌移植实验:(1)通过粪菌移植实验将HAPC大鼠肠道菌群正常定植在移植组大鼠肠道中。(2)大鼠在定植HAPC肠道菌群后,血清中HIF-1α、HIF-1β、VEGF、EPO等与HAPC发病机制相关的因子出现了明显的升高。炎性因子白细胞介素-1β、2、6、8等也明显升高;血清Fe、TRF、SF、TIBC升高,HEPC降低。(3)在用抗生素诱导肠道菌群紊乱或者定植HAPC肠道菌群以后,大鼠脾脏和肠系膜淋巴结中淋巴细胞的分化情况产生了差异(p<0.05)。(4)缺铁性贫血大鼠在定植了HAPC肠道菌群后,贫血和缺铁情况得到改善。结论:1.高原红细胞增多症病程中,大鼠肠道菌群结构会发生显著改变,菌群基因功能在代谢、遗传信息加工、细胞进程和有机系统等方面表现出较高的表达。代谢组学分析提示大鼠肠道的糖代谢、酪氨酸代谢和甲状腺激素合成等代谢途径发生改变。2.使用HAPC大鼠肠道菌群对平原常氧环境下的大鼠进行定植,可使大鼠血清中与HAPC发病机制相关的因子以及部分白细胞介素水平升高,同时也影响了肠系膜淋巴结和脾脏淋巴细胞的分化。说明在低氧环境下,肠道菌群的紊乱在HAPC发病机制中发挥着一定的影响作用,但是其具体作用机制还需进行进一步研究。3.缺铁性贫血大鼠在进行HAPC大鼠肠道菌群进行定植后,贫血和缺铁情况得到改善,说明HAPC肠道菌群中有能够改善机体造血功能和铁代谢的物种,后续的研究应着眼于特异性物种的挖掘。
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