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溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis,UC）是一种慢性的、复发性的非特异性炎症性肠病。病变多位于乙状结肠和直肠,可向结肠近端扩展,甚至延及整个结肠。本病可发生于任何年龄,尤以3040岁最多见。UC病程长,常反复发作,迁延不愈,可引起肠腔狭窄、肠壁纤维化、肠穿孔,甚至诱发结肠癌。流行病学研究显示,UC发病率和患病率在全球范围内呈上升趋势,业已成为全球重大公共健康问题。UC病因和发病机制尚不明确,可能涉及环境、遗传及心理等因素,也与微生物感染、黏膜免疫系统受损等相关。生理状态下,水和溶质在肠道以跨细胞膜或细胞旁路的方式穿过单层肠上皮细胞;在UC患者,慢性腹泻可能由离子转运受损和肠上皮屏障功能障碍引起,导致肠上皮细胞―渗漏‖,这种―渗漏‖可能是UC病因的机制之一。水通道蛋白（aquaporins,AQPs）是广泛分布于哺乳动物细胞膜上、选择性地跨生物膜转运水或其他小分子溶质的膜蛋白家族。近年来大量研究证实,AQPs不仅调节体内水和电解质平衡,而且参与机体炎症反应、细胞迁徙、脂肪代谢、肿瘤相关性水肿等病理生理过程。AQP4是一种快速水通道蛋白,在中枢神经系统高表达,对脑水肿、神经信号传导、星形胶质细胞迁移等病理生理过程的调节起关键作用;AQP4也广泛分布于胃肠道,包括吸收性和分泌性肠上皮细胞。多项研究表明,在炎症状况下结肠上皮细胞AQP4 mRNA和蛋白表达急剧下调,炎症刺激缓解后又逐渐恢复至正常水平,提示AQP4参与肠道炎症反应过程。但是,AQP4在结肠炎中的作用尚不清楚,AQP4表达下调是结肠炎症反应的结果?或者机体通过下调AQP4调控结肠炎症反应?有研究提示,肠道异常菌群定植亦是驱动UC炎症和黏膜损伤的重要因素,某些微生物定植可加剧炎症,亦有微生物可能减轻炎症。肠道菌群失调和多样性降低是UC患者的共同特征。有研究表明,无菌小鼠回肠、结肠AQP4表达降低,而肠道恢复正常菌群后AQP4表达则上调,提示肠道菌群可影响肠上皮细胞AQP4表达。但是,AQP4是否通过调节肠道菌群影响结肠炎症过程尚不清楚。在本研究中,我们应用野生型CD1小鼠及AQP4基因敲除CD1小鼠,给予葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulphate,DSS）喂养诱导实验性结肠炎模型,研究AQP4对结肠炎临床表现、疾病活动指数（disease activity index,DAI）、病理学改变的影响,并初步探讨其机制;我们还研究了AQP4对小鼠结肠菌群的影响及其与结肠炎的关系。本研究初步阐明了AQP4在结肠炎中的作用及其机制,深化了对UC发病机制的认识,为将AQP4作为UC防治靶点提供了初步实验依据。第一部分 AQP4对CD1小鼠实验性结肠炎的影响及机制目的探讨AQP4对DSS诱导的小鼠实验性结肠炎的影响及其机制。方法动物及分组:AQP4基因敲除CD1小鼠(AQP4-/-)和野生型CD1小鼠(AQP4WT)各20只（810周龄、雄性、体重2535g）,分别随机分为实验组(AQP4-/-+DSS组、AQP4WT+DSS组)和对照组(AQP4-/-组、AQP4WT组),每组10只。模型制备:AQP4-/-+DSS组和AQP4WT+DSS组给予自由饮用2.5%DSS溶液7天,再自由饮水5天;对照组AQP4-/-和AQP4WT组给予正常饮水。检测指标:实验过程中,每天监测小鼠体重、腹泻、便血等;第13天处死小鼠,收集血清、完整结肠及粪便;ELISA法检测血清TNF-a、IL-6、IL-12水平;观察结肠的大体形态变化,测量结肠长度;结肠粪便行16S rRNA高通量测序;分别取距肛缘、回盲部0.5cm处的远端、近端结肠各1cm行病理组织学检查及免疫组织化学检测CD3、CD177、F4/80等表达;Western blot检测结肠NF-κB p65表达。结果1.对照组中,AQP4-/-和AQP4WT小鼠体重、DAI、结肠标本大体形态、病理组织学等指标无明显差异。2.实验组中,AQP4-/-+DSS组及AQP4WT+DSS组均呈结肠炎改变;与AQP4-/-+DSS组相比,AQP4WT+DSS组小鼠体重丢失更严重,DAI评分更高,结肠长度缩短更明显,血清促炎因子水平和组织学评分更高,结肠黏膜组织中淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞浸润更显著。3.与AQP4-/-+DSS组相比,AQP4WT+DSS组炎性结肠组织p65表达显著增加（P<0.05）;AQP4WT+DSS组结肠黏膜细胞核p-p65蛋白表达显著增加,提示AQP4基因促进NF-κB信号通路的活化。结论AQP4通过活化NF-κB信号通路促进了小鼠实验性结肠炎的发生和疾病的进展。第二部分 AQP4在结肠炎小鼠肠道菌群中的作用目的探讨AQP4对实验性结肠炎小鼠肠道菌群的影响。方法搜集结肠内容物,提取细菌总DNA,应用Illumina MiSeq平台16S rRNA高通量测序分析肠道菌群差异。结果1.对照组中AQP4-/-组和AQP4WT组结肠菌群丰度和多样性无明显差异。与AQP4WT+DSS组相比,AQP4-/-+DSS组Chao、ACE指数提高（P<0.05）,Shannon-wiener指数提高（P<0.05）,而Simpson指数降低（P<0.05）,提示AQP4-/-+DSS组菌群alpha多样性优于AQP4WT+DSS组。2.与AQP4WT+DSS组相比,AQP4-/-+DSS组Erysipelotrichaceae丰度和Firmicutes/Bacteroidetes比值显著增加。3.RDA分析提示,AQP4WT+DSS组结肠菌群与血清炎症因子IL-6、TNF-α呈正相关性,而AQP4-/-+DSS组结肠菌群与血清IL-12呈正相关性。结论在实验性结肠炎中,AQP4降低了结肠炎小鼠肠道菌群的多样性、Erysipelotrichaceae相对丰度和Firmicutes/Bacteroidetes比值,促进了结肠炎症。