微生物发酵-NLRP3轴可调控膳食纤维对肠道炎症的影响

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文章背景简介

BACKGROUND INTRODUCTION

炎症性肠病（IBD）包括溃疡性结肠炎（溃疡性结肠炎）和克罗恩病（克罗恩病），是肠道的慢性炎症性疾病，受宿主遗传学因素、饮食和肠道微生物群等影响。饮食结构的变化，比如富含单糖和脂肪的食物的消费增加，水果和蔬菜中天然膳食纤维食用的减少，被认为会导致全球范围内慢性炎症性疾病的发病率增加。膳食纤维可大致分为不溶性（如纤维素）和可溶性（如菊粉），后者容易被肠道细菌发酵，并产生大量短链脂肪酸（SCFA）。不同的纤维具有不同的发酵特性，滋养不同的细菌，产生不同的SCFA。人们认为，精加工食物中含有的纯化纤维也许与天然纤维发挥不同的功能。

NOD样受体家族成员NLRP3是一种负责蛋白水解和分泌促炎细胞因子的胞质蛋白复合物。尽管NLRP3与IBD之间有高度的相关性，但迄今为止关于其缺失是改善还是加重化学诱导的结肠炎的研究，呈现出了相互矛盾的结果。为了抵抗炎性小体活性，宿主会选择性分泌内源性抑制剂。研究表明β－羟基丁酸（BHB）是NLRP3的有效抑制剂。已知在长时间禁食期间，血液循环中BHB的水平增加，由此，降低了NLRP3的活性。一些研究表明丁酸盐的药物干预能改善肠道炎症；然而，在另一些研究中，丁酸盐的给药或者没有影响，或者加重结肠炎。

2019年1月，美国俄亥俄州托莱多大学医学和生命科学学院生理学和药理学系的Vishal Singh等人，在《Gut》（IF＝ 17．943；中科院JCR分区大类：医学 1区，小类：胃肠肝病学 1区）发表题为“Microbiota fermentation－NLRP3 axis shapes the impact of dietary fibres on intestinal inflammation”的文章。该项研究的目的是想验证这样一个假设，即在IBD病程间，含可溶性纤维的膳食干预，由于其可作为SCFA的前体，可能比含不可发酵的纤维素的膳食干预更有益。

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所用到的主要方法

METHODS

1．HE染色：病理分析

2．免疫组化：蛋白质表达（水平及位置）分析

3．阿辛蓝染色：阿利新蓝是一种阳离子染料，与酸性基团形成盐后，使胞质中的酸性粘多糖染成蓝色，定位于胞质内，文中用于鉴定杯状细胞

4．16s测序：微生物种属分析

5．PCR：基因扩增及分析

6．ELISA：蛋白质表达水平分析

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文章主要内容摘要

ABSTRACT

实验目的：富合可酵解纤维的膳食对健康有很多益处；然而，据报道，许多炎症性肠病（IBD）患者对富含可酵解纤维的食物耐受不良。在结肠炎小鼠模型中进行的膳食纤维干预实验得出了互相矛盾的结果：有些报道膳食纤维会加重IBD，而有些则报道会减轻IBD。在本研究中，作者使用菊粉或果胶等可酵解纤维替代了纤维素这种不可溶性纤维，并就其对因IL－10信号受到抑制或天然免疫缺陷而导致的免疫失调小鼠的结肠炎所产生的影响进行了分析。

实验设计：给小鼠喂食分别含有纤维素、菊粉或果胶的食物，并且每周注射IL－10受体中和单抗（αIL－10R）。通过血清学、生化学、组织学及免疫学参数评估结肠炎的发展情况。

实验结果：菊粉能加重αIL－10R诱导的结肠炎的严重程度，而果胶能缓解这种炎症。进食菊粉能加重结肠炎，且这一现象与产丁酸菌富集及盲肠中丁酸盐水平升高相关。通过甲硝唑或hops β－acids阻断丁酸盐的产生过程能缓解进食菊粉小鼠的结肠炎严重程度，而通过三丁酸甘油醋升高盲肠丁酸盐水平能加重含纤维素膳食饲喂小鼠的结肠炎严重程度。丁酸盐水平升高与IL－1β活性增加相关，而通过遗传学、药理学或饮食方式抑制NLRP3能显著地缓解结肠炎。

实验结论：这些结果不仅支持可酵解纤维能改善结肠炎这一概念，同时警示在一定程度上，益生纤维能导致肠道生态失调，并且结肠丁酸盐水平过高也许会加重IBD。