腹泻型肠易激综合征大鼠肠道菌群和肠道屏障功能的变化及相关分子机制的研究

目的:腹泻型肠易激综合征(diarrhea irritable bowel syndrome,IBS-D)是一种临床常见的功能性肠病,这种疾病的高发病率严重影响患者的生活质量,对卫生医疗资源造成很大的压力。IBS-D的病理生理学机制较为复杂。目前,其发病机制尚不明确。IBS-D患者常存在明显的胃肠动力异常,表现出轻度或者严重的腹泻并伴随出现腹痛等症状。研究发现肠道屏障功能的破坏以及肠道微生态的改变是其发病的重要原因。本实验旨在探讨IBS-D大鼠肠道微生态的组成改变以及与肠道屏障相关的紧密连接蛋白的变化,为IBS-D发病机制提供实验数据和理论基础。实验方法:将Wistar雄性大鼠随机分为对照组和模型组,对大鼠进行胃肠电极埋置手术,分别于胃窦、十二指肠、结肠部位埋置电极,检测两组大鼠胃肠肌电活动的改变。除此之外,对胃肠动力检测还应用了胃排空肠推进和结肠排珠实验;模型评价还包括腹壁撤退反射评分(abdominal withdrawal reflex,AWR)实验、HE染色、大鼠粪便含水量的检测;采用ELISA技术检测血浆中D-乳酸的含量;通过旷场实验以及糖水偏嗜实验评价IBS-D大鼠的焦虑抑郁程度;采用16SrRNA方法检测了肠道微生态的组成;通过偶氮酪蛋白方法检测粪便中丝氨酸蛋白酶的活性;运用分子生物学技术检测水通道蛋白(aquaporin,AQP3和AQP8)、咬合蛋白(occludin)、闭合蛋白4(claudin-4)以及蛋白酶激活受体2(protease activated receptor,PAR2)和细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)的表达,并对AQP3和claudin-4蛋白进行组织定位分析。结果:与对照组相比,模型组大鼠精神出现轻度萎靡,毛发杂乱,体重增长缓慢或略有降低,大便呈现松软状,甚至出现稀便,并且肛周被大便污染。随着建模天数的增加,这些变化更加显著。模型组大鼠AWR评分明显升高(P<0.001),粪便含水量增加(P<0.01),HE染色显示结肠黏膜结构完整,未出现明显的炎性细胞浸润。胃肠动力检测结果显示模型组大鼠移行性综合肌电活动紊乱,结肠肌电活动加强(P<0.05),胃排空减慢,肠推进加快(P<0.05),结肠排珠时间明显缩短(P<0.05)。以上变化表明IBS-D模型建模成功。ELISA检测发现模型组血浆中D-乳酸的含量明显升高(P<0.05)。肠道菌群的检测结果显示门水平上,与对照组相比IBS-D大鼠拟杆菌门降低,放线菌门升高。属水平丰度结果显示,与对照组相比模型组中乳酸杆菌属明显降低(P<0.05)。不确定的瘤胃球菌属、Intestinimonas属、肠球菌属升高。模型组大鼠粪便中丝氨酸蛋白酶活性明显升高(P<0.05)。qPCR检测发现模型组大鼠结肠组织AQP3和AQP8 mRNA表达均明显降低(P<0.01),occludin和ZO-1 mRNA表达也降低,但claudin-4 mRNA表达明显升高。Western blot检测发现AQP3、AQP8、occludin及claudin-4的表达情况与qPCR检测结果一致。同时发现PAR2和ERK的表达均明显升高(P<0.05)。结论:1.IBS-D大鼠出现明显的胃肠动力紊乱,胃运动抑制,小肠和结肠活动增强。具体表现为胃排空减慢,肠推进加快,结肠排珠时间缩短,结肠肌电活动增强。2.IBS-D大鼠可能由于水通道蛋白AQP3和AQP8、紧密连接蛋白occludin和ZO-1表达降低以及claudin-4表达升高,出现了明显的结肠屏障作用异常,导致稀便甚至腹泻。3.IBS-D大鼠肠道菌群失衡,表现为部分有益菌减少,致病菌明显增多,这种改变可能通过增强丝氨酸蛋白酶活性,进而激活PAR2/ERK信号通路,使紧密连接蛋白表达异常,导致肠道屏障功能改变。