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宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性
发布:益生菌与健康网 发布时间:2021年03月11日 来源:互联网 人气值:

在上一期中,我们选取了一篇Cell介绍了肠道微生物菌群通过代谢饮食中胆碱类物质产生TMAO导致血小板超反应性,最终影响病人血栓风险,然后总结了宿主与肠道微生物之间互相作用的几个方面(点击查看),今天反过来,我们以这篇文章为例:The Host Shapes the Gut Microbiota via Fecal MicroRNA.Cell Host Microbe(IF 12.3 ). 2016 Jan 13;19(1):32-43. doi: 10.1016/j.chom.2015.12.005.看microRNA在宿主调控肠道微生物中的作用

先看文章的模式图:

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

文章主要发现:

1.microRNA是啮齿类和人粪便的重要组成成分;

2.粪便中microRNA的主要来源是小肠上皮细胞和Hopx+细胞;

3.microRNA通过进入细菌并调控细菌基因表达,从而影响细菌生长;

4.粪便microRNA对于维持肠道菌群正常至关重要;

下面我们根据文章的fig顺序介绍文章思路:

一、粪便中microRNA的分离、鉴定

作者首先分离了小鼠和人粪便中的RNA,并对RNA大小进行测定,然后通过nanostring数字表达谱芯片(关于该技术的介绍点击查看)对其中的microRNA进行检测,从小鼠566条microRNA中检测到了283条microRNA,人的800条microRNA中检测到了181条,其中有17条microRNA在两个物种中共同检测到;

考虑到囊泡然后分析了胞中microRNA的表达,发现两者microRNA表达谱有较高的一致性;

进一步对不同肠道区域的microRNA进行检测,结果发现microRNA含量与菌群含量成反比;

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

二、明确粪便中microRNA的主要来源细胞

由于小肠上皮细胞 (IECs)可以分泌囊泡(囊泡),而Villin蛋白是IEC的标识蛋白,因此作者构建了Vil-CreTg/Dicer1fl/fl敲除小鼠,以特异性敲除IEC中DICER酶,而DICER酶是microRNA产生过程中的关键蛋白,并比较敲除组与对照组小鼠粪便中microRNA的差异;

然后,作者又用同样的方式对Paneth cells和goblet cells中DICER进行敲除,并比较敲除组与对照组小鼠粪便中microRNA的差异;

结果发现IEC和Hopx+细胞是microRNA的主要来源,而且两者产生的microRNA是不同的。

当然,作者排除了淋巴细胞产生microRNA的影响;

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

三、IEC细胞的microRNA缺陷组小鼠的肠道微生物菌群失衡

然后作者通过MiSeq平台进行16SrRNA基因V4区进行测序,以检测分析Dicer1DIEC组与对照组肠道微生物菌群,并分析两组微生物β多样性,结果发现Dicer1DIEC组与正常组小鼠相比,肠道菌群的物种组成发生较大变化,而且组内样品间差异也较大。

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

四、宿主microRNA影响微生物生长

作者选取了Fusobacterium nucleatum (Fn)和大肠杆菌E.coli作为菌株研究,并通过两菌的序列进行microRNA序列比对,结果发现了包括hsa-miR-1226-5p,hsa-miR-1226-5p等在内的microRNA靶基因结合序列,并通过qPCR进行验证发现这些microRNA在宿主粪便中存在;

然后,进行了两菌的体外培养,并进行了microRNA mimics和非特异性序列干预,结果发现mimics干预组的菌生长增快;

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

五、宿主microRNA进入细菌并干预细菌RNA表达

 

作者通过GFP标记菌和cy3标记microRNA,并通过荧光显微镜观察microRNA在细菌中的定位,结果发现microRNA与细菌的核酸共定位;

然后进行microRNA和突变序列干预,并检测16srRNA、yegH、RNaseP、rutA 等mRNA的表达和细菌的扩增,结果发现相关microRNA不仅促进增殖,还调控相应RNA的表达;

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

六、野生型小鼠粪便microRNA移植给IEC microRNA缺陷小鼠,恢复其菌群多样性

为了进一步证明microRNA调控小鼠肠道菌群中的角色,作者将野生型小鼠粪便microRNA移植给IEC microRNA缺陷小鼠,并通过16SrDNA多样性和qPCR检测接受者小鼠微生物多样性,结果发现抑制后小鼠菌群恢复了野生型小鼠的菌群多样性。

进一步的,为了证明某些特定的microRNA可以体内调节菌群变化,作者将人工合成的microRNA通过饮水饲喂小鼠,结果发现小鼠粪便中E.coli丰度增加。

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

七、野生型小鼠粪便microRNA移植RescueDicer1DIEC缺陷小鼠的DSS结肠炎

Dicer1DIEC缺陷小鼠LT-β,Zo-1等蛋白表达下调使其更易于的结肠炎,于是作者首先建立DSS结肠炎模型,然后将野生型小鼠粪便的RNA抑制给模型小鼠,结果发现:RNA的移植成功Rescue了DSS结肠炎的表型。

宿主通过microRNA调控肠道微生物多样性

文章到此就结束了,最后理一下这篇文章的亮点:

1.宿主与肠道菌群相互作用,菌群可以通过代谢物等影响宿主,宿主也通过饮食、药物等影响菌群,这篇文章选的是大家非常熟悉的microRNA为宿主调控肠道菌群的关键分子;

2.在鉴定到microRNA以后,为了确定其来源,作者同样检测了囊泡/外泌体中microRNA的表达,并以此推断microRNA的来源细胞,我们在第四季介绍过外泌体,大家可以查看;

3.为了验证宿主粪便microRNA对菌群的影响,作者完成几部分实验:16S rRNA多样性测序加分析、DICER酶细胞特异性敲除小鼠、粪便RNA移植实验等等,这些实验是我们在做肠道微生物研究时常用的。

4.关于微生物多样性的测序分析,我们没有展开介绍,下次请依凡为大家系统介绍相关实验流程和分析。


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