炎症性肠病(inflammatory bowel diseases,IBD)是一种慢性易复发的消化道炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)和克罗恩病(Crohn’s disease,CD)。患者通常表现为食欲不振、腹痛、腹泻和便血。近年来,由于发病率在全球范围内逐年上升,炎症性肠病已经引起了研究人员的广泛关注。结肠癌(colorectal cancer,CRC)是全球范围内的是第三大高发癌症,其引起的死亡率在各种人类恶性肿瘤死因中仅次于肺癌和乳腺癌。由于慢性炎症的促肿瘤作用,炎症性肠病会增加结肠炎相关性结肠癌(colitis-associated colorectal cancer,CAC)的风险。炎性结肠癌的发病涉及许多因素,包括自身基因的影响、环境与饮食方式、宿主免疫系统和共生微生物的组成等。肠道共生菌群在长期进化过程中,与宿主胃肠道组成了一个复杂的共生生态系统,是人体后天获得的“第二基因组”。在炎症性肠病和炎性结肠癌的发生发展中,肠道菌群的组成、代谢物以及微环境都密切相关。因此,干预肠道菌群是结肠炎及炎性结肠癌预防和治疗的有效策略。多酚是广泛存在于多种植物如茶、大豆、蔬菜等中的小分子化合物,属于植物体内的次生代谢物。已有研究发现,多酚类物质具有多种生理活性,如抗氧化、抗炎、抗癌、降血脂和防止动脉粥样硬化等,此外也有研究表明多酚可以作为益生元调节肠道菌群发挥有益作用。课题组前期从谷糠中提取出谷糠结合多酚(bound polyphenol of inner shell from millet bran,BPIS)。细胞和裸鼠实验表明,BPIS具有抗炎和抗肿瘤等活性作用。在此基础上,本研究继续探讨BPIS体内对结肠炎和结肠炎相关性结肠癌的影响及BPIS对肠道菌群的调控作用。主要研究内容如下:(1)BPIS处理能够重塑肠道菌群进而缓解小鼠结肠炎。通过葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导C57BL/6J小鼠,探讨BPIS对溃疡性结肠炎的影响。结果发现,BPIS可以恢复小鼠体重、降低疾病活跃指数(DAI)、抑制促炎因子的分泌;通过促进杯状细胞的成熟和黏蛋白的分泌,上调紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin和ZO-1的表达,BPIS维持肠屏障的完整。16Sr RNA测序分析显示,BPIS显著恢复肠道菌群多样性,在门水平增加了厚壁菌门(Firmicutes)、降低了拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度,在科水平增加了毛螺菌科(Lachnospiraceae)和理研菌科(Rikenellaceae)的丰度,抑制葡萄球菌科(Staphylococcaceae)的生长。此外,BPIS显著提高肠道短链脂肪酸的含量。(2)BPIS通过增加小鼠肠道中的烟酸浓度进而抑制炎症。通过LC-MS/MS非靶标代谢组学检测发现,BPIS影响结肠炎小鼠粪便代谢谱的改变,其中烟酸的浓度显著增加,通路富集分析也表明BPIS影响了烟酸及烟酰胺代谢通路。细胞实验证明,在不影响细胞存活的条件下,烟酸可以抑制LPS诱导的结肠细胞系炎症反应,降低炎症因子TNF-α和IL-1β的分泌。进一步实验结果显示,烟酸通过受体GPR109A抑制AKT和NF-κB的磷酸化激活;通过si RNA干扰GPR109A的基因表达后,烟酸对AKT-NF-κB通路磷酸化激活以及对TNF-α和IL-1β的分泌的抑制作用被消除。此外,在BPIS处理的结肠炎小鼠中也观察到磷酸化的AKT-NF-κB被明显抑制,表明BPIS通过烟酸-GPR109A-AKT-NF-κB发挥抗炎效应。(3)BPIS调控肠道菌群抑制结肠炎相关性结肠癌的效应机制。采用AOM/DSS诱导小鼠构建结肠炎性结肠癌(CAC)模型,评估BPIS荷瘤小鼠的影响。结果显示,BPIS恢复CAC小鼠结肠长度、降低肿瘤的发生率、抑制肿瘤的生长、提高小鼠的存活率。BPIS降低结肠中炎症因子TNF-α和IL-1β和浓度,显著抑制结肠癌发生相关的标志物环氧化酶2(COX-2)和EGF样模块黏蛋白受体1(EMR1)的表达。进一步实验结果表明,BPIS通过抑制抗凋亡蛋白Bcl-2,激活凋亡执行蛋白Caspase3进而促进肿瘤细胞凋亡;对肿瘤增殖标志物增殖细胞核抗原(PCNA)的免疫组化检测分析也表明BPIS处理明显抑制肿瘤的增殖。对CAC小鼠的粪便微生物组成分析发现,BPIS重塑肠道菌群结构,恢复了微生物多样性,调控门水平厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),属水平雷沃氏菌(Prevotella)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、粪球菌属(Coprococcus)等8个属细菌的相对丰度变化。(4)规则粪球菌是介导BPIS重塑肠道菌的关键物种。通过对肠道菌群进行随机森林分析,发现粪球菌属(Coprococcus)是介导BPIS调控结肠炎小鼠和炎性结肠癌小鼠肠道菌群的关键微生物,在BPIS处理的两种模型小鼠中,粪球菌属的丰度明显升高。通过人类宏基因组数据库分析发现,粪球菌属中的规则粪球菌(C.eutactus)在炎症性肠病,尤其是溃疡性结肠炎患者中丰度显著降低。对小鼠粪便进行规则粪球菌的相对定量q PCR和肠组织切片的荧光原位杂交(FISH)实验显示,规则粪球菌的丰度在BPIS处理的结肠炎小鼠中明显升高,表明BPIS可以Bone quality and biomechanics促进规则粪球菌的生长。(5)规则粪球菌通过产生乙酸促进Ig A分泌进而缓解小鼠结肠炎。在DSS诱导的结肠炎模型小鼠中,灌胃规则粪球菌可以有效缓解结肠炎此网站及相关症状,包括恢复小鼠体重、降低疾病活跃指数、增加结肠长度、抑制脾肿大和保护肠上皮结构等。规则粪球菌能降低炎症细胞因子如TNF-α和IL-1β的表达,增加抗炎因子如IL-10的浓度;通过促进杯状细胞成熟和黏蛋白的分泌、上调紧密连接的表达,规则粪球菌维护肠道上皮黏膜屏障和物理屏障的完整。规则粪球菌是一种短链脂肪酸产生菌,主要代谢产物是乙酸。规则粪球菌在体内通过增加短链脂肪酸,主要是乙酸的含量,促进肠道分泌型免疫球蛋白A(SIg A)的浓度和产Ig A的浆细胞的数量,由于SIg A与病原菌如肠selleck合成杆菌科(Enterobacteriaceae)的特异性结合作用,规则粪球菌能够重塑菌群稳态并缓解小鼠结肠炎。