Ассоциативный анализ кишечной микробиоты

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9225 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Гиперактивация осей гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA) и оси гипоталамо-гипофиз-щитовидная железа (HPT) была обнаружена при остром высотном заболевании, но роль кишечной микробиоты и метаболитов неизвестна. Мы использовали взрослых самцов крыс Sprague-Dawley на моделируемой высоте 5500 м в течение 3 дней в гипобарически-гипоксической камере. Затем были проведены ИФА и метаболомный анализ сыворотки и 16S рРНК, а также метаболомный анализ образцов фекалий. По сравнению с группой нормоксия, уровень кортикотропин-рилизинг-гормона (CRH), адренокортикотропного гормона (ACTH), кортикостерона (CORT) и тироксина (tT4) в сыворотке крови был увеличен в группе гипоксии, тогда как уровень тиреотропин-рилизинг-гормона (TRH) был снижен. Bacteroides, Lactobacillus, Parabacteroides, Butyricimonas, SMB53, Akkermansia, Phascolarctobacterium и Aerococcus были обогащены группой гипоксии, тогда как [Prevotella], Prevotella, Kaistobacter, Salinibacterium и Vogesella были обогащены группой нормоксиса. Метаболомный анализ показал, что острая гипоксия существенно влияет на метаболизм липидов в фекалиях и сыворотке. Кроме того, мы обнаружили, что пять фекальных метаболитов могут опосредовать перекрестное взаимодействие между TRH, tT4 и CORT с [Prevotella], Kaistobacter, Parabacteroides и Aerococcus, а 6 сывороточных метаболитов могут опосредовать влияние TRH и tT4 на [Prevotella] и Kaistobacter с помощью причинно-медиаторного анализа. В заключение, это исследование предоставляет новые доказательства того, что ключевые метаболиты опосредуют перекрестные взаимодействия между микробиотой кишечника с осью HPA и HPT при острой гипобарической гипоксии.

При быстром восхождении равнинных людей на высоту выше 2500 м обычно возникает острая горная болезнь (ОГБ), которая протекает с некоторой комбинацией симптомов, включая бессонницу, утомляемость, головокружение, анорексию и тошноту со рвотой1. Желудочно-кишечные проблемы2 могут влиять на микробиоту кишечника у групп населения, подвергающихся воздействию на большой высоте. Было обнаружено, что Prevotella обогащается в фекалиях тибетцев на большой высоте (3600 м), тогда как Bacteroides - в фекалиях ханьцев3. Тибетцы, живущие на высоте 4800 м, имеют флору, обогащенную бактериями, продуцирующими бутират3. У участников экспедиции, оказавшихся на высоте более 5000 м, наблюдалось значительное снижение количества кишечных пробиотиков, таких как бифидобактерии, в фекалиях, и значительное увеличение количества кишечных патогенных бактерий4.

Нейроэндокринная гиперактивность может быть вовлечена в регуляцию иммунной функции, сосудистого стресса, энергетического обмена, эмоций и сна5,6. Несколько исследований продемонстрировали изменения в концентрации различных гормонов на большой высоте, включая повышение уровня норадреналина и кортизола7,8, резкое повышение уровня тиреотропного гормона (ТТГ), тироксина (tT4), свободного тироксина (fT4), трийодтиронина (tT3) и свободный трийодтиронин (fT3)9,10,11, который затем может постепенно восстанавливаться или снижаться при хронической гипоксии10,11,12. Однако механизмы активации осей HPA и HPT при острой гипобарической гипоксии (АГГ) до сих пор недостаточно изучены.

Интересно, что наша предыдущая работа показала, что микробиота кишечника, гормоны оси HPA и оси HPT значительно изменились у крыс на моделируемой высоте 5500 м, особенно в острой фазе13. Механизмы до сих пор полностью не выяснены, хотя корреляция между гормонами и кишечной микробиотой была обнаружена с помощью корреляционного анализа Спирмена.

Как потенциальный эндокринный орган, микробиота кишечника производит метаболиты с сигнальными функциями или химические вещества с гормональными свойствами, такие как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), нейротрансмиттеры, предшественники нейроактивных соединений, желчные кислоты и метаболиты холина, желудочно-кишечные гормоны и бактериальные компоненты14. , 15. Метаболиты секретируются бактериями в просвет кишечника и через кровь транспортируются к эффекторным органам (например, головному мозгу). В свою очередь, бактерии в кишечнике могут реагировать на гормоны хозяина, которые влияют на гомеостаз микробиоты и выработку метаболитов, потенциально влияя на патологическое состояние хозяина. Например, повышенный уровень норадреналина стимулирует рост непатогенной комменсальной кишечной палочки и других грамотрицательных бактерий в кишечнике16. Изменения в микробном составе кишечника и его проницаемости также влияют на гормоны оси HPA и оси HPT17. Такие перекрестные взаимодействия между хозяином и микробиотой кишечника могут быть чувствительны к стрессу окружающей среды и играют важную роль в адаптации к гипоксии.