植物乳杆菌激活NHE8信号通路并在炎症性肠病中发挥保护作用可能的机制探究

Development of basic research in probiotics is relatively lagging behind the probiotic industry in China. The research group completed the first whole genome sequencing work of Lactobacillus plantarum JDM1. In previous studies, the newly discovered sodium hydrogen transporter family member NHE8 was found involve in the maintenance of the intestinal mucosa, and L. plantarum JDM1 can activate the expression of NHE8. So we put forward the hypothesis: L. plantarum JDM1 could upregulate the expression NHE8 to regulate the intestinal mucin synthesis and participate in maintaining the normal structure of intestinal mucus layer,thus maintaining the integrity of the intestinal mucosa, may be is one of the mechanism in the treatment of inflammatory bowel disease . To verify this hypothesis, we will explore how L. plantarum JDM1 regulate the secretion of mucin in colon and whether NHE8 is the keypoint in this pathway in different animal models. And at the cellular level, we will explore possible signal transduction mechanism of L. plantarum JDM1 on the regulation effects of NHE8 and MUC2 expression . These results will be helpful to the understanding of mechanisms of L. plantarum JDM1 protecting the intestinal mucosal integrity, also could further understanding of NHE8 in the gut function, providing new scientific basis for this probiotic strain isolated from China in the treatment of inflammatory bowel disease.

我国益生菌基础研究相对滞后于益生菌产业的发展。本课题组与美国亚利桑那大学医学院胃肠病学研究室在前期研究中发现，最新确认的钠氢转运体家族成员NHE8参与维持肠粘膜的完整性，而植物乳杆菌JDM1能够显著激活NHE8的表达。本课题组提出假说：植物乳杆菌可能通过上调NHE8的表达来调节肠道粘蛋白合成并参与维持肠道粘液层的正常结构，从而保持肠粘膜的完整性，可能是其对炎症性肠病治疗作用的机制之一。本课题组在对该菌株已进行全基因组测序的基础上，拟从体内和体外系列实验证实该假说。在不同小鼠模型中探究植物乳杆菌JDM1对NHE8及杯状细胞分泌粘蛋白的调节作用。并在细胞水平观察植物乳杆菌JDM1对NHE8及MUC2表达的调节作用并探究可能的信号转导机制。这些结果将有利于从新的视角认识植物乳杆菌JDM1保护肠粘膜完整性可能的机制，同时也能够进一步深入认识NHE8在肠道中的功能。

本项目对两种益生菌制剂植物乳杆菌JDM1和嗜酸乳杆菌NCFM、乳双歧杆菌HN019（NCFM/HN019）与益生元的组合对肠道炎症的抑制作用及其机制进行了研究。.在细胞水平，发现了植物乳杆菌JDM1能够下调由于鼠伤寒沙门菌14028刺激所引起的细胞炎症因子表达升高。当用siRNA抑制细胞NHE8的表达时，细胞对植物乳杆菌的黏附增高，炎症因子表达升高，而当应用JDM1进行处理时，细胞炎症因子表达水平降低，并且两种益生菌制剂均能上调NHE8的表达，激活粘蛋白分泌相关蛋白DRA的表达。在另一种益生菌制剂——嗜酸乳杆菌NCFM、乳双歧杆菌HN019与益生元混合产品（NCFM+HN019）处理细胞后也出现了相似的结果，并且混合制剂对于细胞的炎症水平抑制更显著。提取JDM1的各种组分处理细胞，未发现有明显作用，提示活菌在细胞水平起到保护作用。在动物水平研究发现，两种益生菌制剂均能够缓解感染所致的炎症反应，上调因感染所致的NHE8的表达降低。但在NHE8-/-小鼠中，两种益生菌均不能下调炎症因子的表达，提示益生菌对炎症的下调作用与NHE8相关。NCFM+HN019组还能够上调野生型小鼠由于感染所致的肠道紧密连接蛋白OCLN的表达。但在动物水平，未观察到益生菌对DRA蛋白的调节作用。本研究还对益生菌对肠道微生物群的调节作用进行了研究，结果发现NCFM+HN019组能够显著调节感染小鼠肠道微生物群的构成与丰度，使之更接近正常小鼠微生物群。本研究还对益生菌对肠道炎症反应的抑制作用可能的机制进行了探索，对小鼠组织进行蛋白质组分析，发现抑炎反应与PPAR-γ通路被激活有关，并进行了初步验证。.本研究的结果揭示，益生菌对肠道的保护作用与调节肠上皮细胞NHE8的表达相关，这种调节作用可能与PPAR-γ通路被激活有关，这种抗炎作用具有菌株特异性。以上研究为益生菌在肠道炎症性疾病中的应用提供了理论基础。