戊菌唑对小鼠肠道微生物群和代谢的影响

2020/10/26 11:48:35

研究方案:32个雄性小鼠,分成4组,取粪便及血清样本,每组重复8个样。

检测方式:粪便检测16s;血清检测LC-MS/MS

技术路线图:

1、戊菌唑及其异构体对肠道微生物的影响

16s测序PCOA分析可以看出暴露在(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑对小鼠肠道微生物群的影响(图2a)。PC1、PC2和PC3的变异率分别为20.58%、13.53%和8.26%。(±)-戊菌唑治疗组与对照组微生物群有分离情况,其他治疗组和对照组之间没有明显的分离。此外,与(±)-戊菌唑和(+)-戊菌唑治疗组不同,暴露于(-)-戊菌唑导致小鼠肠道微生物群的丰富性和多样性显著降低(图2b-c)。

线性判别分析组间有显著差异的特定分类群(图3a),产生了枝状体(图3b)。对照组小鼠细菌分类组的组成变化不大。但(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑治疗组的细菌分类组成存在显著差异。特别是(±)-戊菌唑治疗组小鼠在厚壁菌门、理研菌科、瘤胃球菌科和颤螺菌属均有不同程度的变化。相反,RF32、α-变形杆菌、普雷沃菌科和普雷沃菌属在(-)-戊菌唑处理的小鼠中存在差异。脂原菌科、伯克氏菌目、β-变形杆菌属和萨特菌在(+)-戊菌唑治疗组表现出差异。这些结果表明小鼠的肠道微生物群对(±)-戊菌唑,(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑敏感。

图2. 各治疗组肠道微生物群的主坐标分析、丰富度和多样性

图3. 不同群体中不同细菌类群的显著差异

2.细菌群落分析

不同组小鼠的微生物群根据分类分析而有所不同(图4)。在门水平上,(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑治疗组的主要微生物门相对丰度有显著差异(图4a)。与对照组相比,(±)-戊菌唑暴露后,变形杆菌的相对丰度显著降低,类杆菌相对丰度显著增加。此外,(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)戊菌唑暴露后,主要微生物科和属水平的相对丰度受到干扰(图4c-d)。在属水平上(±)-戊菌唑处理组中,类杆菌、螺旋杆菌、丹毒滴虫科和拟杆菌科的相对丰度显著下降,而(+)-戊菌唑治疗组,RF32、普雷沃菌和YS2的相对丰度显著增加。一般来说,在(±)-戊菌唑,(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑暴露后,观察到差异肠道微生物群反应。

3.戊菌唑及其异构体对小鼠血清代谢的影响

采用LC-MS/MS方法测定血清代谢谱,检测到182个代谢物。在PCA图中观察到,良好的分离趋势(图5a)。(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑治疗组小鼠血清代谢谱紊乱。通过PLS-DA和排列图模型鉴定了显著改变的代谢物。与对照组相比,治疗组的PLS-DA图有显著差异(图5b-d)。暴露在(±)-戊菌唑,(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑后,62种代谢物的相对丰度发生了显著变化(图6a)。与对组相比,(±)-戊菌唑治疗组,29种代谢物的相对丰度显著增加。(+)-戊菌唑治疗组23种代谢物的相对丰度发生了显著变化。12种代谢物相对丰度显著增加,11种代谢物相对丰度显著下降。(-)-戊菌唑治疗组36种代谢物相对丰度的变化。17种代谢物显著增加,而19种代谢物的相对丰度显著降低。

总的来说,接触(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑后5种代谢物发生了显著变化。(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑暴露导致15种代谢物发生显著变化。与(±)-戊菌唑相比,在(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑治疗组中10大代谢物发生变化(图6b)。参与色氨酸代谢、脂质和葡萄糖代谢以及肠道微生物群代谢的16种代谢物相对丰度有显著变化(图6c)。血清代谢组学显示,(±)-戊菌唑、(+)-戊菌唑和(-)-戊菌唑破坏了小鼠的代谢谱。


图5. 所有组的PCA评分图和每两组的PLS-DA评分图

4.代谢途径的分布

对小鼠的生物代谢网络进行分析,在(±)-戊菌唑治疗组中,组氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸、精氨酸和脯氨酸代谢等三种代谢途径发生了显著改变(图7a)。在(-)-戊菌唑治疗组中,精氨酸和脯氨酸代谢、苯丙氨酸、β-丙氨酸和苯丙氨酸生物合成、酪氨酸和色氨酸代谢等4条代谢途径发生了显著改变(图7c)。但这些代谢途径不受(+)-戊菌唑暴露的影响(图7b)。


图7. 代谢途径分析

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