基于高通量测序分析早产认知障碍大鼠肠道菌群结构特征

发布时间：2020-11-19 01:16

　　 目的分析早产认知障碍大鼠肠道菌群结构特征,探讨肠道菌群改变与早产认知障碍的关系。方法给孕16～17 d Sprague-Dawley大鼠连续2 d腹腔注射脂多糖(LPS)建立认知障碍模型,以腹腔注射PBS为对照。孕21 d行剖宫术,将早产大鼠随机分配给代母鼠喂养。于生后30 d利用Morris水迷宫中的定位航行实验对早产大鼠进行认知评估,并分为早产认知障碍组(n=21)与正常对照组(n=10)。采用苏木精-伊红染色观察两组大鼠海马病理改变,提取各组大鼠粪便进行16S rRNA测序并分析。同时对两组大鼠肠道菌群进行主成分分析(PCA)。结果与对照组相比,早产认知障碍大鼠海马可见大量神经元变性坏死;肠道菌群丰富度及多样性降低(P0.05);门水平上变形菌门丰度增加(P0.05);目、科、属水平上,普氏菌属、乳杆菌属等丰度显著降低,葡萄球菌科、寡养杆菌属等丰度显著增加(P0.05)。PCA显示两组大鼠在肠道菌群构成上差异明显。结论早产认知障碍大鼠肠道菌群结构发生明显变化,可为早产认知障碍导致的微生态变化的治疗及干预提供依据。[中国当代儿科杂志,2019,21(7):701-707]
【部分图文】：

笛?在定位航行实验前，早产认知障碍组大鼠平均体重为109±8g，正常对照组大鼠平均体重为106±7g，两组大鼠平均体重比较差异无统计学意义（t=1.08，P>0.05）。在定位航行实验第5天，早产认知障碍大鼠找到平台的平均时间为40±5s，明显长于正常对照组（18±4s），差异有统计学意义（t=13.29，P<0.05）。2.2两组大鼠海马神经元病理变化正常对照组大鼠海马神经元结构清晰，大小正常，细胞核呈淡蓝染色，呈圆形、椭圆形排列。早产认知障碍组大鼠海马神经元数目明显减少，细胞排列不整齐，可见大量神经元变性坏死。见图1。图1两组大鼠海马神经元病理变化（苏木精-伊红染色）正常对照组大鼠海马神经元结构清晰，大小正常，细胞核呈淡蓝染色；早产认知障碍组大鼠海马神经元数目明显减少，细胞排列不整齐，可见大量神经元变性坏死。正常对照组早产认知障碍组×100×400

多样性结果分析与正常对照组相比，菌群丰富度指标Chao1指数及Ace指数在早产认知障碍组显著降低（P<0.05）；而代表菌群多样性的Shannon指数在早产认知障碍组也显著低于正常对照组（P<0.05），Simpson指数在两组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。见表1。表2两组大鼠肠道菌群门水平优势菌群比较（x±s，%）组别n拟杆菌门厚壁菌门变形菌门螺旋菌门正常对照组1060±1630±125.2±2.43.0±2.0早产认知障碍组2151±2029±1214.0±11.73.2±2.3t值1.220.172.330.30P值0.2340.8670.0270.768图2两组大鼠肠道菌群门水平分布横坐标表示所有样本，纵坐标表示每个菌门的相对丰度。早产认知障碍组：LS1~LS21；正常对照组：LT01~LT10。表1两组大鼠肠道菌群丰富度及多样性指标比较（x±s）组别nChao1AceShannonSimpson正常对照组10359±21352±153.8±0.50.08±0.05早产认知障碍组21335±25332±203.2±0.50.06±0.03t值2.612.843.361.25P值0.0140.0080.0020.2212.4两组大鼠肠道菌群门水平差异性分析所有样本菌群主要由拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、螺旋菌门（Spirochaetae）构成，这4个菌门包含了所有样本丰度98.4%的肠道细菌。其中，拟杆菌门和厚壁菌门为大鼠肠道菌群的优势菌群。早产认知障碍组拟杆菌门、厚壁菌门及螺旋菌门丰度与正常对照组比较差异无统计学意义（P>0.05），变形菌门丰度较正常对照组显著增加（P<0.05）。见图2，表2。2.5两组大鼠肠道菌群目、科、属水平差异性分析目、科、属水平上能检测到的菌种有97种，取含量前30种进行绘图比较。与正常对照组比较，早产认知障碍组大鼠肠道中条件致病菌寡养杆菌?

?秆〕鋈现?习??鼠。本研究结果发现，与正常对照组大鼠相比，在定位航行实验中，早产认知障碍大鼠找到平台的平均时间明显延长，提示存在认知障碍。海马是脑边缘系统的重要组成部分，是负责情感和认知功能的关键脑区[13]。海马神经损伤会显著影响大鼠学习记忆能力及认知功能。本研究中大鼠海马组织HE染色结果发现，早产认知障碍大鼠海马组织神经元数目明显减少，细胞排列不整齐，可图4主成分分析第一主成分（PC1）=28.87%表示PC1对样品差异的贡献值；第二主成分（PC2）=19.17%表示PC2对样品差异的贡献值。图3两组大鼠肠道菌群目、科、属水平分布横坐标表示所有样本，纵坐标表示每个菌群的相对丰度。早产认知障碍组：LS1~LS21；正常对照组：LT01~LT10。表3两组大鼠肠道菌群目、科、属水平优势菌群比较[M（P25，P75），%]组别n普氏菌属乳杆菌属拟杆菌目寡养杆菌属普雷沃氏菌属正常对照组1018.9(17.6,28.6)3.1(1.9,4.3)4.8(3.6,5.9)0.01(0,0.03)2.2(1.1,3.0)早产认知障碍组216.2(3.8,10.4)1.0(0.4,3.2)2.0(0.7,4.2)2.14(0.12,4.92)0.2(0.1,1.6)U值28.0051.0051.0013.0046.00P值0.0010.0230.022<0.0010.012嗜冷杆菌属副杆菌属葡萄球菌科肠球菌属梭菌目另枝菌属0(0,0)0.9(0.7,1.0)0(0,0.01)0.01(0.01,0.02)0.62(0.54,0.81)0.66(0.40,0.77)0.42(0.03,2.89)0.6(0.4,0.8)0.50(0.03,1.28)0.28(0.07,1.39)0.21(0.15,0.45)0.36(0.22,0.60)13.5055.007.0024.0039.0056.00<0.0010.035<0.001<0.0010.0040.039相对丰度（%）1009080706050403020100其他狭义梭菌属颤杆菌科另枝菌属梭菌目未分类菌属肠球菌属肠单胞菌属未分类葡萄球菌科副杆菌属未分类巴斯德氏菌科支原体科
【参考文献】

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【共引文献】

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