2018-08-31
最近，派森诺生物与青岛大学合作，在《Food & Function》（影响因子3.289）上发表文章，揭示岩藻多糖如何影响乳腺癌大鼠的肠道菌群和肠道屏障功能。
研究背景
近期，一种从褐藻中获取的复杂硫酸多糖-岩藻多糖，被认为是一种蛋白益生元。据报道，日服岩藻多糖可以改变肠道菌群，减缓环磷酰胺诱导的肠道粘膜损伤。岩藻多糖可以维护一个更加均衡的肠道菌群，减少宿主中的抗原负载和炎症反应，血清脂多糖结合蛋白表达水平的降低证实了这点。
研究前期已经检验过岩藻多糖对乳腺癌细胞有抗癌效应，而且日服岩藻多糖可以抑制大鼠中DMBA（7,12-二甲基苯并[a]蒽）诱发的肿瘤。同时发现日常补充岩藻多糖可以缩短肿瘤的潜伏期，减轻肿瘤重量。但是，岩藻多糖对乳腺癌大鼠中整个肠道菌群和肠道屏障作用的影响仍是难以确定。
本研究通过肠组织病理学分析和16S rRNA基因高通量测序，研究日服岩藻多糖如何调整DMBA诱导的乳腺癌大鼠中的肠道菌群，并检测岩藻多糖对肠道屏障作用的影响。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq平台
测序模式：16S rRNA基因V3-V4区
实验设计：
实验对象 | 处理方式 | 组名 | 样品数 |
雌性大鼠 | 皮下注射1mL吐温 | C | 15 |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw） | M | 15 | |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw）+岩藻多糖（200mg/kg bw） | F1 | 15 | |
皮下注射DMBA（10mg/100g bw）+岩藻多糖（400mg/kg bw） | F2 | 15 |
研究结果
1.岩藻多糖对乳腺癌大鼠空肠组织粘膜形态的影响
从图1的HE染色结果可以看出，对照组大鼠的肠道的绒毛比较平滑，其腺体也是正常的，而在模型组中大鼠的肠壁受损，绒毛也剥落了，丢失了绒毛结构，同时绒毛高度和腺窝高度的比值也降低了。在日服岩藻多糖后，小肠绒毛的形态学结构得到改善。肠壁是完成的，且结构是清晰的，说明岩藻多糖可以一定程度上修复粘膜损伤。
图1 不同实验处理条件下，大鼠空肠组织的粘膜形态
2. 岩藻多糖对大鼠直肠粘膜屏障功能的影响
ELISA结果表明，模型组大鼠的血浆内毒素，DAO和D-LA的含量要显著高于对照组，而在日服岩藻多糖后，内毒素，DAO和D-LA的含量显著减少了。说明岩藻多糖可以改善肠道屏障作用的损伤，有效减少内毒素，DAO和D-LA渗透到门脉循环。
图2 血浆指标的ELISA数据
3. 岩藻多糖对紧密连接的蛋白表达的影响
蛋白免疫印迹数据显示模型组大鼠中ZO-1，咬合蛋白，闭合蛋白-1和闭合蛋白-8的含量要显著低于对照组。但是日服岩藻多糖后，特别是F2组和模型组相比，这些紧密连接蛋白的表达水平显著增加了，说明岩藻多糖可以修复肠道屏障功能。
图3 岩藻多糖对紧密连接蛋白表达的影响
4 .岩藻多糖对ERK1/2和p38 MAPK磷酸化作用的影响
由于ERK1/2和p38 MAPK信号通路和肠道屏障作用相关，可以通过蛋白免疫印迹法，检测大鼠空肠组织中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化作用，以说明岩藻多糖对肠道屏障作用的影响。模型组大鼠的p-ERK1/2和p38 MAPK含量显著低于对照组。而在日服岩藻多糖后，ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化作用显著高于模型组。
图4 岩藻多糖对ERK1/2和p38 MAPK磷酸化的影响
5 . 16S rRNA基因高通量测序分析
挑选对照组，模型组和岩藻多糖组（日服400mg/kg bw的岩藻多糖）共15个样本做16S rRNA基因高通量测序，研究肠道菌群的微生态特征。
通过韦恩图分析，发现三个分组共有2606个OTUs，在对照组，模型组和岩藻多糖组分别特有3222和75个OTUs。PLS-DA和Beta多样性分析结果说明对照组，模型组和岩藻多糖组之间是有显著差异的。
图5 岩藻多糖对大鼠肠道菌群的影响
聚类分析结果显示Bacteroidetes和Firmicutes是各个分组中主要的门，但是组成结构还是有差异的。Bacteroidetes在岩藻多糖组的丰度达到81.5%，高于对照组和模型组。而Firmicutes在模型组中的丰度是21.9%，高于对照组。在岩藻多糖处理后，Firmicutes的丰度减少到了14.8%。还发现在岩藻多糖组，Bacteroidetes/Firmicutes的丰度比值是5.52%，高于对照组和模型组，该比值的降低意味着菌群不平衡，说明岩藻多糖可以改善乳腺癌大鼠的菌群失衡。
在属水平的物种组成分析中，可以看到乳腺癌大鼠的肠道菌群发生了明显变化。和对照组相比，Anaerovibrio，Selenomonas，Collinsella，Coprococcus，Oscillospira和Sporosarcina的相对丰度是显著比较高的，而Parabacteroides，5-7N15，Bacteroides和CF231的丰度是显著比较低的。值得注意的是Prevotella的相对丰度在各分组中是最高的，Prevotella是膳食纤维发酵罐，也同时影响短链脂肪酸的产生。岩藻多糖处理可以显著增加Prevotella的丰度，减少Sutterella的丰度。另外在岩藻多糖组中，Collinsella，Coprococcus，Oscillospira和Sporosarcina是低于模型组的，而Parabacteroides和Blautia是高于模型组的。
图6 门水平物种组成分析
图7 属水平物种组成分析
总结
日服岩藻多糖增加了肠道微生物的多样化，同时改变了细菌菌群的组成，减少了Bacteroidetes，增加了Firmicutes。在属水平，岩藻多糖增加了SCFA的生产者-Prevotella的丰度。研究提议岩藻多糖的使用可以作为乳腺癌蛋白保护作用的肠道菌群调节器，同时日服岩藻多糖，通过增强p38 MAPK和ERK1/2的磷酸化作用，丰富了TJ蛋白的表达，可以起到修复肠道屏障作用。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
参考文献
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).
原文链接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/fo/c7fo01677h
