2,6-二氯-1,4-苯醌诱导小鼠肠道菌群改变及炎症反应的作用机制研究

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目的:饮水消毒副产物(disinfection byproduct,DBPs)是指在饮用水消毒的过程中,消毒剂与水中有机物发生反应产生的化学物质,可通过饮用水进入人体,影响机体健康。近年来,人们在饮用水、泳池水中检测出新型饮水消毒副产物2,6-二氯-1,4-苯醌(2,6-dichloro-1,4-benzoquinone,DCBQ),检出率高且毒性作用强,但相关的体内毒性作用研究较少,因此,探究DCBQ的体内毒性作用及机制十分必要。本研究旨在研究DCBQ对小鼠的肠道损伤作用及免疫功能的影响,通过检测肠道菌群和相关代谢物的变化,及小肠组织中相关基因的表达,揭示DCBQ暴露对小鼠的毒性作用及机制,为完善DCBQ的毒理学研究提供科学依据。方法:选择清洁级ICR小鼠40只,雌雄各半,体重18~22 g。随机分为4组:溶剂对照组(等体积医用麻油),DCBQ低剂量组(31.25 mg/kg,1/16 LD50)、中剂量组(62.5 mg/kg,1/8 LD50)和高剂量组(125 mg/kg,1/4 LD50),每组10只,雌雄各半。每日经口灌胃染毒,连续染毒4周。每日观察染毒小鼠摄食进水状态,每3日记录体重;染毒结束后处死小鼠,采血离心收集血清;无菌环境下收集小鼠粪便、肠内容物;收集脾脏组织等称重记录,计算脏器系数;HE染色观察小肠组织形态变化;ELISA检测血清中免疫因子IL-12、IL-4、IL-6、IFN-γ、TGF-β和ROR-γt含量;流式细胞术检测脾脏组织T helper 1(Th1)、Th2、Th17和Treg细胞分型;免疫组化染色观察小肠组织总巨噬细胞、1型巨噬细胞和2型巨噬细胞的表达情况;实时定量荧光PCR检测小肠组织中NF-κB、IL-1β、IL-17、IL-10、IL-13、CCL11、IL-12和CCR5 m RNA的表达;16S r RNA高通量检测肠道菌群构成;液质联用(High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,LC-MS)检测相关代谢物变化。结果:1.DCBQ对小鼠的一般毒性作用:与对照组相比,DCBQ高剂量组小鼠第9、18、21和24日体重显著下降(P<0.01),DCBQ中剂量组脑脏器系数显著上升(P<0.01),DCBQ中剂量组与高剂量组肝脏脏器系数显著下降(P<0.01)。2.DCBQ暴露小鼠肠道组织形态学观察:与对照组相比,DCBQ低、中和高剂量组小鼠肠道组织固有层出现淋巴细胞、嗜酸性粒细胞等炎症细胞浸润,且高剂量组小肠组织绒毛结构破坏。3.DCBQ暴露对小鼠免疫功能的影响(1)与对照组相比,DCBQ中、高剂量组血清IL-4和IL-6水平明显上升(P<0.01),DCBQ低、中、高剂量组IFN-γ与ROR-γt含量显著下降(P<0.01)。(2)与对照组相比,所有DCBQ染毒组脾脏Th1和Th17细胞百分比显著下降(P<0.01),Treg细胞百分比显著上升(P<0.01);DCBQ低和中剂量组脾脏Th2细胞百分比显著上升(P<0.01);且3个剂量组Th1/Th2比值显著下降(P<0.01),Th17/Treg比值明显下降(P<0.01)。(3)与对照组相比,DCBQ中和高剂量组的总巨噬细胞、1型巨噬细胞(M1)及2型巨噬细胞(M2)含量均显著上升(P<0.01),且DCBQ中剂量组M2/M1比值明显上升(P<0.01)。(4)与对照组相比,DCBQ中和高剂量组NF-κB、IL-1β、IL-17、IL-10和CCL11的m RNA表达明显上升(P<0.01),3个剂量组IL-13的m RNA表达明显上升(P<0.05),3个剂量组IL-12和CCR5的m RNA表达明显下降(P<0.01)。4.DCBQ暴露对小鼠肠道菌群的影响(1)与对照组相比,DCBQ染毒组肠道菌群构成有显著差异(P<0.05)。(2)与对照组相比,DCBQ染毒组变形杆菌门丰度显著降低(P<0.05),拟普雷沃菌丰度显著升高(P<0.05),普雷沃氏菌科丰度显著升高(P<0.05)。(3)与对照组相比,DCBQ染毒组变形杆菌门、拟普雷沃菌、普雷沃氏菌科等多种肠道差异菌与免疫因子具有相关性(P<0.01)。5.DCBQ暴露对小鼠肠道代谢物的影响(1)与对照组相比,DCBQ染毒组出现42种差异代谢物(P<0.05),分别影响不饱和脂肪酸合成、嘌呤代谢、氨基酸的合成与代谢、脂质代谢等28条代谢通路(P<0.05)。(2)与对照组相比,DCBQ染毒组变形杆菌门、拟普雷沃菌、普雷沃氏菌科、孪生球菌属等多种肠道差异菌与差异代谢物具有相关性(P<0.05)。结论:1.DCBQ暴露可以引起小鼠体重降低,脏器系数改变。2.DCBQ暴露可导致小鼠肠道组织出现炎症细胞浸润,损伤小肠正常结构。提示DCBQ可能引起肠道炎症反应,进而引起肠道损伤。3.DCBQ显著影响免疫功能,干扰Th1介导的免疫反应与Th2介导的免疫反应之间的平衡。4.DCBQ暴露可改变小鼠肠道菌群构成,且肠道差异菌与免疫因子有关。提示DCBQ可能通过引起肠道菌群改变进而干扰小鼠的免疫反应。5.DCBQ暴露可改变小鼠肠道代谢物,且差异代谢物与差异菌密切相关。提示DCBQ可能通过改变肠道菌群相关的代谢通路干扰小鼠的免疫反应。
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