Cell Discovery:微塑料通过破坏肠道微生物群-次黄嘌呤- wnt轴来抑制造血干细胞的自我更新

文摘   科学   2024-04-22 13:23   中国台湾  

Cell Discovery:微塑料通过破坏肠道微生物群-次黄嘌呤- wnt轴来抑制造血干细胞的自我更新

肠道微生物群已成为代谢、免疫系统、炎症、衰老和神经精神疾病的重要调节剂。此外,受者的微生物群密度、生物多样性和物种组成与HSCT28后治疗相关的死亡率、感染和器官衰竭有关。先前的研究表明,肠道微生物群和代谢物可以保护造血系统免受电离辐射的损害,并在造血系统中发现应激条件下的微生物群-巨噬细胞-铁轴。然而,微生物群影响造血的详细机制仍有待阐明,需要更多的证据来证明环境污染物与造血干细胞肠道微生物群之间的关系。

结果讨论:
(1)

图1(长期摄入微塑料会对造血系统造成严重损害。a,mp治疗小鼠模型示意图(每组n = 5)。b三组小鼠体重。PSL, 0.01 mg/100 μL;PSH, 0.1 mg/100 μL。c - f外周血白细胞(wbc) (c)、粒细胞(d)、淋巴细胞(e)和单核细胞(f)的数量。g LSK室的代表性流式细胞术图像(Lin - Sca-1+c-Kit+)显示了总骨髓(BM)中LT-HSC, ST-HSC, MPP2和MPP3/4的种群频率。h, i骨髓中细胞比例(h)和骨髓中绝对细胞数(i)。lt - hsc细胞周期分布(k)和同步于G0、G1和S + G2/M期的细胞比例(l)的代表性流式细胞术图像。m对照或PSH LT-HSC培养8天后cfu的代表性图像(比例尺,500 μm)(左)和统计数据(右)(每组n = 3)。n体内极限稀释分析(LDA)实验方案。o移植后16周LDA测定的功能性HSC频率(每组n = 6)。虚线表示95%的置信区间。p原发性和继发性移植的实验模式(每组n = 5)。原代移植中受体CD45.1小鼠的供体外周血嵌合。r, s原代移植受体小鼠骨髓中CD45.2+细胞的比例(r)和代表性流式细胞术图像(s)。t BM中CD45.2+细胞的绝对数量。u二次移植中的供体外周血嵌合。每个符号代表一个单独的鼠标。

作者建立了两种不同剂量的短期(1周)和长期(5周)给药MPs的小鼠模型(图1a)。三组小鼠的体重没有明显差异(图1b)。观察到长期灌胃小鼠外周血中仅PSH组的白细胞(WBCs)、粒细胞、淋巴细胞和单核细胞显著减少(图1c-f;补充图S3a-e)。然后,我们评估了MPs对造血干细胞的影响,发现长期摄入MPs显著降低了具有最高自我更新潜力的长期造血干细胞(lT - HSCs)的频率和绝对数量,以及多能祖3/4 (MPP3/4)细胞(图1g-i)。总之,这些发现表明MPs以时间和剂量依赖的方式抑制造血系统。

图2(长期摄入微塑料会破坏小鼠肠道微生物群,损害造血系统)

为了确定长期摄取MPs是否会改变肠道微生物群,作者收集了control、PSL和PSH小鼠的粪便,进行16s rDNA测序(图2e;补充表S1)。观察到暴露于PS改变了微生物的组成,这反映在三组之间的差异操作分类单位(otu)上(图2f)。
主坐标(PCoA)和UniFrac差异距离分析表明,摄入MPs的小鼠体内的细菌群落与对照组小鼠不同(图2g, h)。基于上述结果,我们假设MP摄入引起的肠道变化可能会对造血系统造成损害。为了测试这种可能性,作者进行了粪便微生物群移植(FMT),其中野生型受体C57BL/6小鼠用抗生素预处理,并用对照或PSH小鼠的粪便物质重组(图2i)。来自PSH小鼠的FMT导致受体小鼠中HSPCs的比例和绝对数量减少(图2j - 1),并且相对于对照小鼠,lt - hsc的凋亡率增加,G0期缩短(图2m - 0;补充图S7)。
综上所述,这些数据表明MPs会影响结构和肠道微生物群,导致造血系统的恶化。



(2)

图3(在微塑料摄入小鼠中,里氏杆菌明显减少,并参与造血。

图4(次黄嘌呤可改善MPs对造血干细胞的作用。

研究表明,Rikenellaceae或次黄嘌呤可以改善MPs对HSC的不良影响。

图5(微塑性模型造血干细胞缺陷与Wnt信号通路缺陷有关。)

图6(供体中的微塑料和肠道微生物群与患者造血干细胞移植的结果显著相关。)

综上所述,在小鼠中发现的MPs、Rikenellaceae和次黄嘌呤之间的联系也适用于HSCT的人类供体,并与移植成功相关。

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总结:

微塑料(MPs)是全球生物圈中普遍存在的污染物,通过吸入或摄入进入人体,对人体健康构成重大风险。最近的研究表明,MPs存在于骨髓中并损害造血系统。然而,MPs影响造血干细胞(HSC)的具体机制及其在造血干细胞移植(HSCT)中的临床意义在很大程度上仍然是难以捉摸的。在这里,作者建立了长期摄入MPs的小鼠模型,发现MPs对造血系统造成了严重的损害。口服灌胃MPs或从MPs处理的小鼠粪便中移植微生物群明显破坏造血干细胞的自我更新和重建能力。在机制上,MPs并不直接杀死造血干细胞,但破坏了肠道结构和通透性,最终改善了肠道中Rikenellaceae和次黄嘌呤的丰度,并使骨髓造血干细胞中的HPRT-Wnt信号失活。

总的来说,该研究揭示了造血干细胞中MPs的有害作用和机制,为预防MPs的造血损伤提供了潜在的策略,并为临床实践中选择合适的造血干细胞供体提供了基本的批评。

如对文章感兴趣,请阅读原文: DOI: 10.1038/s41421-024-00665-0


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