姜黄素对大鼠脊髓损伤后微生物多样性及脊髓转录组学影响的研究

发布时间：2020-04-28 11:56

【摘要】：目的:观察大鼠脊髓损伤后行为学和脊髓组织形态学的影响,利用高通量测序技术探讨姜黄素对盲肠组织微生物多样性及代谢通路的影响,同时探究姜黄素对大鼠脊髓损伤后基因表达的影响及通路,为姜黄素可用于治疗脊髓损伤提供理论依据。方法:1、使用HI-0400脊髓打击器制备SD大鼠脊髓损伤模型,分为5组:(1)假手术对照组(Sham)10只,脊髓损伤模型组(SCI)、模型+姜黄素组(CUR 50 mg/kg)、模型+姜黄素组(CUR 100 mg/kg)、模型+姜黄素组(CUR 200 mg/kg)共4组,每组各10只。分别在术后1 d、3 d、5 d、7 d、14 d采用神经功能学BBB评分及Rivlin斜板试验对大鼠进行行为学评价,HE染色观察大鼠脊髓组织形态学的变化;2、术后14 d通过主动脉灌注后,取Sham组、SCI组和CUR组大鼠的盲肠组织,提取组织中微生物的总DNA,对16S rDNA的V3+V4可变区进行高通量测序,通过分析α及β多样性、菌群的相对丰富程度、LEfSE法寻找差异物种,分析姜黄素对大鼠脊髓损伤后微生物菌群多样性的影响。通过KEGG代谢途径分析姜黄素促进大鼠脊髓损伤修复的可能代谢通路;3、术后14 d通过主动脉灌注后,采用Illumina测序平台对大鼠脊髓进行转录组测序,对靶点进行表达量统计,分析Sham组、SCI组和CUR组三组大鼠基因表达的差异,筛选差异表达基因,通过KEGG功能分析对相关基因进行注释,获得核心富集基因,从而分析姜黄素对大鼠脊髓后基因表达的影响及可能的作用机制。结果1、大鼠行为学:通过BBB评分、斜板试验发现大鼠脊髓损伤5 d后,BBB评分和斜板试验角度均有上升,姜黄素给药组显著高于模型组,中等剂量100 mg/kg的姜黄素较小剂量50 mg/kg改善效果明显,具有显著性差异(P0.05);与大剂量(200 mg/kg)比较则无显著性差异(P0.05)。通过HE染色发现姜黄素给药组受损脊髓神经元变性坏死和炎性反应明显减轻,组织内空腔显著减少。2、微生物多样性:(1)菌群差异:脊髓损伤后盲肠组织菌群丰度受影响明显的菌群包括:厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、肠杆菌科、韦荣球菌科、志贺菌属、拟杆菌属等;姜黄素治疗脊髓损伤菌群丰度影响明显的有:ε-拟杆菌门、螺杆菌科、乳酸杆菌科、螺杆菌属、乳酸杆菌属等。(2)KEGG分析:Model组与CUR组比较,主要通路差异在碳水化合物代谢、膜转运、细胞运动、能量代谢、信号传导,其中碳水化合物代谢途径的差异最为明显。3、转录组分析:sham组与SCI组比较:(1)采用DEseq软件进行差异筛选共得到6394个差异表达基因,其中有3148个基因表达上调,3246个基因表达下调;(2)通过GO功能分析得出差异表达基因富集于24个GO条目中,主要包括代谢进程、生物学调节、细胞进程、发育进程、单体、刺激反应、细胞、细胞组分、结合、催化活性、分子传感器活性等;(3)通过KEGG通路途径分析得到差异表达显著富集在神经活性配体-受体相互作用、成骨细胞分化、MAPK信号通路、轴突导向、细胞生长和凋亡、细胞黏附等通路中。Model组与CUR组比较:(1)差异表达基因的数量为3500,其中上调基因有1876个;显著下调基因有1624个;(2)3028个差异表达基因可以注释到25个GO条目中,包括细胞过程、生物学调节、代谢进程、多细胞生物进程、信号通路、细胞器、大分子复合物、细胞组分、结合、催化活性、分子传感器活性等;(3)通过KEGG通路途径分析得到差异表达基因显著富集在TNF信号通路、吞噬体、MAPK信号通路、成骨细胞分化、细胞黏附分子等通路中。结论:1.中等剂量姜黄素100 mg/kg经腹腔注射可使脊髓损伤后肢体运动功能明显改善,对受损脊髓有一定的保护及修复作用;2.大鼠脊髓损伤后肠道菌群多样性增加,应用中等剂量姜黄素后肠道菌群的多样性及肠道菌群丰度改变,与ε-拟杆菌门、螺杆菌科丰度增高,变形菌门、放线菌门丰度下降有关,极有可能是通过碳水化合物代谢通路实现的。3.SCI组与空白对照组比较共有3148个上调基因及3246个下调基因;姜黄素给药组与SCI组比较共有1876个上调基因与1624个下调基因,主要包括炎症、免疫相关的基因显著下调。姜黄素治疗脊髓损伤可能是通过下调TNF信号通路、吞噬体、MAPK信号通路、成骨细胞分化、细胞黏附分子通路等实现的。
【图文】：

实验结果鼠脊髓损伤后观察术后 3 h 大鼠清醒，假手术对照组大鼠后肢关节出现轻微活动，，能够组大鼠后肢瘫痪，两个前肢可爬行，无进食及进水需求。术后 1 d大鼠基本恢复正常，四肢协调性较好，饮食恢复正常；模型组和姜主要靠前肢拖着身体贴地爬行，身体不平衡，尿潴留严重。术后 5开始出现后肢运动，但髋膝关节及足部诸关节均有不同程度僵硬，见明显后肢活动，少数大鼠排尿功能恢复。大鼠未见褥疮现象，SC现红肿。在术后由于排尿时膀胱破裂死亡的大鼠共 4 只：其中 SCI 组 mg/kg）组 1 只，CUR（100 mg/kg）组 1 只，CUR（200 mg/kg）组亡率 8％。

为学观察B 评分表 1-2.各组大鼠术后不同时间点 BBB 评分结果（ X±S ，n=9）BB scores at different time points after operation in each group of rats（ X ±S，n=9）Sham SCICUR（50mg/kg）CUR（100mg/kg）CUR（200mg/kg）20±0.76 1.3±0.671.4±0.70 1.0±0.82 1.3±0.8220.625±0.52 4.0±1.123.6±1.00 4.0±1.22 4.0±0.8720.5±0.53 6.3±1.126.3±0.87 6.9±1.54 7.0±1.4120.375±0.74 9.0±1.009.5±1.33 11.7±2.12 13.8±2.68*20.125±0.64 10.8±1.0912.5±1.51 17.9±2.67* 17.8±3.15* CUR 组与 SCI 组相比，具有统计学意义（P＜0.05）
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R285.5

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本文编号：2643434