2018-08-31
最近，派森諾生物與青島大學合作，在《Food & Function》（影響因子3.289）上發表文章，揭示巖藻多糖如何影響乳腺癌大鼠的腸道菌群和腸道屏障功能。
研究背景
近期，一種從褐藻中獲取的復雜硫酸多糖-巖藻多糖，被認為是一種蛋白益生元。據報道，日服巖藻多糖可以改變腸道菌群，減緩環磷酰胺誘導的腸道粘膜損傷。巖藻多糖可以維護一個更加均衡的腸道菌群，減少宿主中的抗原負載和炎癥反應，血清脂多糖結合蛋白表達水平的降低證實了這點。
研究前期已經檢驗過巖藻多糖對乳腺癌細胞有抗癌效應，而且日服巖藻多糖可以抑制大鼠中DMBA（7,12-二甲基苯并[a]蒽）誘發的腫瘤。同時發現日常補充巖藻多糖可以縮短腫瘤的潛伏期，減輕腫瘤重量。但是，巖藻多糖對乳腺癌大鼠中整個腸道菌群和腸道屏障作用的影響仍是難以確定。
本研究通過腸組織病理學分析和16S rRNA基因高通量測序，研究日服巖藻多糖如何調整DMBA誘導的乳腺癌大鼠中的腸道菌群，并檢測巖藻多糖對腸道屏障作用的影響。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq平臺
測序模式：16S rRNA基因V3-V4區
實驗設計：
實驗對象 | 處理方式 | 組名 | 樣品數 |
雌性大鼠 | 皮下注射1mL吐溫 | C | 15 |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw） | M | 15 | |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw）+巖藻多糖（200mg/kg bw） | F1 | 15 | |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw）+巖藻多糖（400mg/kg bw） | F2 | 15 |
研究結果
1.巖藻多糖對乳腺癌大鼠空腸組織粘膜形態的影響
從圖1的HE染色結果可以看出，對照組大鼠的腸道的絨毛比較平滑，其腺體也是正常的，而在模型組中大鼠的腸壁受損，絨毛也剝落了，丟失了絨毛結構，同時絨毛高度和腺窩高度的比值也降低了。在日服巖藻多糖后，小腸絨毛的形態學結構得到改善。腸壁是完成的，且結構是清晰的，說明巖藻多糖可以一定程度上修復粘膜損傷。
圖1 不同實驗處理條件下，大鼠空腸組織的粘膜形態
2. 巖藻多糖對大鼠直腸粘膜屏障功能的影響
ELISA結果表明，模型組大鼠的血漿內毒素，DAO和D-LA的含量要顯著高于對照組，而在日服巖藻多糖后，內毒素，DAO和D-LA的含量顯著減少了。說明巖藻多糖可以改善腸道屏障作用的損傷，有效減少內毒素，DAO和D-LA滲透到門脈循環。
圖2 血漿指標的ELISA數據
3. 巖藻多糖對緊密連接的蛋白表達的影響
蛋白免疫印跡數據顯示模型組大鼠中ZO-1，咬合蛋白，閉合蛋白-1和閉合蛋白-8的含量要顯著低于對照組。但是日服巖藻多糖后，特別是F2組和模型組相比，這些緊密連接蛋白的表達水平顯著增加了，說明巖藻多糖可以修復腸道屏障功能。
圖3 巖藻多糖對緊密連接蛋白表達的影響
4 .巖藻多糖對ERK1/2和p38 MAPK磷酸化作用的影響
由于ERK1/2和p38 MAPK信號通路和腸道屏障作用相關，可以通過蛋白免疫印跡法，檢測大鼠空腸組織中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化作用，以說明巖藻多糖對腸道屏障作用的影響。模型組大鼠的p-ERK1/2和p38 MAPK含量顯著低于對照組。而在日服巖藻多糖后，ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化作用顯著高于模型組。
圖4 巖藻多糖對ERK1/2和p38 MAPK磷酸化的影響
5 . 16S rRNA基因高通量測序分析
挑選對照組，模型組和巖藻多糖組（日服400mg/kg bw的巖藻多糖）共15個樣本做16S rRNA基因高通量測序，研究腸道菌群的微生態特征。
通過韋恩圖分析，發現三個分組共有2606個OTUs，在對照組，模型組和巖藻多糖組分別特有3222和75個OTUs。PLS-DA和Beta多樣性分析結果說明對照組，模型組和巖藻多糖組之間是有顯著差異的。
圖5 巖藻多糖對大鼠腸道菌群的影響
聚類分析結果顯示Bacteroidetes和Firmicutes是各個分組中主要的門，但是組成結構還是有差異的。Bacteroidetes在巖藻多糖組的豐度達到81.5%，高于對照組和模型組。而Firmicutes在模型組中的豐度是21.9%，高于對照組。在巖藻多糖處理后，Firmicutes的豐度減少到了14.8%。還發現在巖藻多糖組，Bacteroidetes/Firmicutes的豐度比值是5.52%，高于對照組和模型組，該比值的降低意味著菌群不平衡，說明巖藻多糖可以改善乳腺癌大鼠的菌群失衡。
在屬水平的物種組成分析中，可以看到乳腺癌大鼠的腸道菌群發生了明顯變化。和對照組相比，Anaerovibrio，Selenomonas，Collinsella，Coprococcus，Oscillospira和Sporosarcina的相對豐度是顯著比較高的，而Parabacteroides，5-7N15，Bacteroides和CF231的豐度是顯著比較低的。值得注意的是Prevotella的相對豐度在各分組中是最高的，Prevotella是膳食纖維發酵罐，也同時影響短鏈脂肪酸的產生。巖藻多糖處理可以顯著增加Prevotella的豐度，減少Sutterella的豐度。另外在巖藻多糖組中，Collinsella，Coprococcus，Oscillospira和Sporosarcina是低于模型組的，而Parabacteroides和Blautia是高于模型組的。
圖6 門水平物種組成分析
圖7 屬水平物種組成分析
總結
日服巖藻多糖增加了腸道微生物的多樣化，同時改變了細菌菌群的組成，減少了Bacteroidetes，增加了Firmicutes。在屬水平，巖藻多糖增加了SCFA的生產者-Prevotella的豐度。研究提議巖藻多糖的使用可以作為乳腺癌蛋白保護作用的腸道菌群調節器，同時日服巖藻多糖，通過增強p38 MAPK和ERK1/2的磷酸化作用，豐富了TJ蛋白的表達，可以起到修復腸道屏障作用。
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
參考文獻
Xue M, Ji X, Liang H, et al. The effect of fucoidan on intestinal flora and intestinal barrier function in rats with breast cancer[J]. Food & Function, 2018, 9(2).
原文鏈接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/fo/c7fo01677h
