IF 14.3,双氢青蒿素治疗结肠炎的机制研究

文摘   2024-07-30 08:43   美国  

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武汉大学中南医院消化内科赵秋团队

2024年7月11日于

Advanced Science(IF=14.3)

发表中药学研究论文

Dihydroartemisinin Modulates Enteric Glial Cell Heterogeneity to Alleviate Colitis

双氢青蒿素调节肠道神经胶质细胞异质性以缓解结肠炎

(原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202403461)


PDF获取:公众号内回复“双氢青蒿素”。


    研究亮点与发现:

    双氢青蒿素(DHA)慢性结肠炎具有显著的治疗效果,主要体现在以下六个方面:

  1. 调节肠胶质细胞的异质性

  2. 肠道屏障功能的恢复

  3. 调控细胞周期及其凋亡

  4. 改善肠道菌群失调

  5. 调控炎症细胞因子

  6. 增加肠胶质细胞内神经营养因子GDNF的水平


重点摘要

图片摘要:展示DHA如何通过调节GFAP+/S100β+ EGCs的表型转换为GFAP+ EGCs或诱导GFAP+/S100β+ EGCs凋亡,同时抑制GFAP+ EGCs向GFAP+/S100β+ EGCs的转变来缓解结肠炎。DHA对EGC异质性的调节作用是通过微生物产物或代谢产物/TLR4/NF-κB/iNOS信号轴介导的,伴随着c-Fos的激活。



研究背景:

      溃疡性结肠炎 (UC) 传统上被定义为局限于粘膜的弥漫性浅表炎症。

       UC 和克罗恩病 (CD) 是炎症性肠病 (IBD) 的两种主要类型,其特征是一组慢性、复发性和炎症性疾病。

       青蒿素来源于草本植物青蒿,是一种倍半萜内酯过氧化物。其活性代谢物双氢青蒿素(DHA)被广泛用于疟疾治疗。

       双氢青蒿素(DHA)缓解结肠炎的确切治疗作用仍未完全了解。

目的:

      我们旨在探讨结肠炎的发病机制和治疗策略

       借鉴 GVB 和 ENS 的见解,我们深入研究了肠道屏障功能的基本驱动因素以及 EGC 在此过程中的作用。

       此外,我们关注DHA作为UC的潜在治疗方法,旨在阐明其恢复双重肠道屏障功能和缓解慢性结肠炎的能力及其与EGC异质性和肠道菌群多样性的关系。

方法:

    研究使用了DSS(Dextran Sulfate Sodium)诱导的慢性结肠炎小鼠模型,并通过对小鼠和人类结肠组织的分析,以及细胞培养和分子生物学技术来探究DHA的治疗效果和机制。


研究结果:

    1、双氢青蒿素与肠炎治疗

     双氢青蒿素(DHA)能有效恢复肠道双重屏障功能缓解肠道炎症

     DHA能够抑制胶质纤维酸性蛋白(Glial Fibrillary Acidic Protein, GFAP),阳性的肠胶质细胞(Enteric Glial Cells, EGCs)向GFAP和S100B双阳性EGCs的转变,并促进这些细胞重新分化为GFAP阳性EGCs。

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图3: DHA保护结肠炎中的双重肠道屏障功能

A: 动物实验建模流程图。

B: 各组小鼠结肠组织中紧密连接的TEM图像。

C: PV1(红色)在CD31(绿色)染色的结肠血管上的免疫荧光图像,DAPI(蓝色)染色细胞核。

D-F: CD31+细胞、PV1+细胞和CD31+/PV1+细胞在结肠组织中的量化。

G-I: 通过测定FITC在小鼠肝脏和脾脏中荧光强度来评估GVB的完整性。



  2、肠胶质细胞的异质性

    研究表明,肠胶质细胞(EGCs)肠炎中表现出显著的异质性,其中GFAP阳性/S100B阳性的EGCs在炎症结肠组织中的数量增加肠道上皮屏障(Intestinal Epithelial Barrier, IEB)和肠道血管屏障(Gut Vascular Barrier, GVB)的破坏有关。

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图1: 肠炎中双重肠道屏障损伤

A, B: 对照组和慢性DSS诱导的结肠炎小鼠的粘膜和固有层中IEB(紧密连接蛋白ZO-1和Occludin)和GVB(粘附连接蛋白β-catenin和PV1)的蛋白表达水平的西方印迹分析。

C: 对照组和慢性DSS诱导的结肠炎组血清中70 kDa荧光素标记的地克司蓝(FD70)浓度。

D-E: 通过透射电子显微镜(TEM)观察对照组和慢性DSS诱导的结肠炎小鼠结肠组织中的杯状细胞和紧密连接。

F-I: 免疫荧光图像显示PV1(红色)表达在CD31(绿色)染色的结肠血管上,DAPI(蓝色)染色细胞核。量化CD31+细胞、PV1+细胞和CD31+/PV1+细胞的数量。

J-M: 健康个体和UC患者结肠组织中PV1表达的免疫荧光图像,量化CD31+细胞、PV1+细胞和CD31+/PV1+细胞的数量。


图2: 肠炎组织中GFAP+/S100β+ EGCs的增加

A: EGCs参与GVB形成并与IEB紧密相关。

B-E: GFAP(红色)和S100β(绿色)在对照组和慢性DSS诱导的结肠炎小鼠粘膜下丛的全切片染色和量化。

F-K: 在结肠粘膜和固有层中GFAP+ EGCs、S100β+ EGCs和GFAP+/S100β+ EGCs的百分比。

L-O: 健康个体和UC患者全层结肠切片中EGCs的免疫荧光图像。




    3、双氢青蒿素的作用机制

     双氢青蒿素通过诱导GFAP阳性/S100B阳性EGCs细胞周期在G0/G1阶段停滞,并通过增加这些细胞的凋亡来发挥其抗炎作用。

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图5: DHA诱导炎症状态下GFAP+/S100β+ EGCs的细胞周期停滞和凋亡

A: DHA处理与未处理炎症样本的火山图,显示显著差异表达基因(DEGs)。

B: DHA处理后炎症EGCs的DEGs的KEGG通路富集分析。

C: 与细胞周期、DNA复制、细胞衰老和同源重组相关的DEGs的热图。

D-E: 有无DHA处理的炎症EGCs的细胞周期分析。

F-G: 炎症EGCs的细胞凋亡分析。

H-I: DHA处理的炎症EGCs中凋亡相关蛋白(Bax、Cleaved Caspase-3、Bcl-2)的蛋白质印迹分析。



  4、肠道微生物菌群的调节:

     双氢青蒿素通过改善肠道菌群失调来调节EGCs的异质性,这一机制进一步证实了DHA在治疗肠炎中的多方面潜力。

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图4: DHA在结肠炎中调节EGC表型

A: 不同小鼠组粘膜下丛中GFAP(红色)和S100β(绿色)的全切片染色和量化。

B-D: GFAP+ EGCs、S100β+ EGCs和GFAP+/S100β+ EGCs的量化。

E: 小鼠结肠原代EGCs提取用于流式细胞术分析的示意图。

F-G: 在结肠炎小鼠的结肠粘膜和固有层中GFAP+ EGCs和GFAP+/S100β+ EGCs的百分比。

H-I: TNF预处理的EGCs在有无DHA处理下的炎症条件下EGCs表面标志物(GFAP和S100β)的蛋白质印迹分析。


图6: DHA通过调节肠道菌群多样性来调节EGC异质性

A: 各组小鼠肠道菌群的Chao1指数显示微生物群落的α-多样性。

B-G: 不同分类水平上微生物群落组成的热图。

H: 主坐标分析(PCoA)显示肠道菌群的β-多样性。

I-J: 线性判别分析(LDA)显示不同组别间差异丰富的属。

K-L: LPS预处理的EGCs在有无DHA处理下GFAP、S100β和细菌产物相关信号分子(c-Fos、TLR4、NF-κB、iNOS)的西方印迹分析。


    

       研究强调了DHA在改善肠道菌群失调、调节EGC异质性、维持肠道屏障完整性方面的多方面治疗潜力,为炎症性肠病的新治疗策略提供了有希望的途径。

结论:

    在这项研究中,我们阐明了肠炎期间微生物群多样性变化诱导的EGC表型改变调节双重肠道屏障的完整性和肠道炎症的严重程度方面的关键作用。

       证实双氢青蒿素通过重塑结肠炎的肠道微生物群稳态调节EGCs的异质性从而缓解结肠炎的进展

       具体而言,双氢青蒿素诱导GFAP/S100β EGCs转化为GFAP EGCs阻止GFAP EGCs转化为GFAP/S100β EGCs,同时促进GFAP/S100β EGCs的凋亡


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