1.腸道AKK菌參與人類和小鼠膿毒癥進(jìn)展
首先,研究人員對假手術(shù)和盲腸結(jié)扎穿刺法(CLP)構(gòu)建的膿毒癥小鼠的糞便進(jìn)行了2bRAD-M測序,以探索腸道微生物群與膿毒癥發(fā)生和發(fā)展之間的潛在聯(lián)系。
在種水平上,與假手術(shù)組相比,CLP組的糞便中AKK豐度降低(圖1 A),隨后熒光定量PCR檢測中小鼠糞便中AKK的相對豐度也驗證這一發(fā)現(xiàn)(圖1 B)。重要的是,與小鼠模型一致,如圖1 C所示,61份膿毒癥患者糞便樣本的AKK豐度明顯低于27份對照樣本。為了闡明AKK在膿毒癥進(jìn)展中的作用,作者將高AKK和低AKK兩組人類糞便移植到受體小鼠中并進(jìn)行CLP手術(shù)。有趣的是,接受高AKK豐度糞便的小鼠的存活時間往往略高于接受低AKK的小鼠(圖1 E),盡管其他細(xì)菌也可能參與膿毒癥的進(jìn)展,但這些數(shù)據(jù)表明,AKK細(xì)菌至少在一定程度上發(fā)揮了保護(hù)作用。因此,腸道AKK水平可能參與膿毒癥的進(jìn)展。
2.活A(yù)KK能夠保護(hù)致死性膿毒癥小鼠
接下來,為了確定AKK對膿毒癥的直接影響,作者用PBS、活A(yù)KK或死AKK處理小鼠,然后進(jìn)行假手術(shù)或CLP手術(shù)。圖1 F-H提示,活A(yù)KK,而不是滅活A(yù)KK可以減輕膿毒癥引起的器官損傷和致死性。上述數(shù)據(jù)表明,AKK的保護(hù)作用可能取決于活細(xì)菌產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)。然后,作者評估了來自活A(yù)KK的培養(yǎng)上清液是否能緩解膿毒癥。圖1 I-K提示,與對照相比,自活A(yù)KK的培養(yǎng)上清液可以減輕膿毒癥引起的器官損傷和致死性。LPS誘導(dǎo)的膿毒癥模型中的數(shù)據(jù)同樣驗證了上述觀點(圖1 L-O)。總之,這些發(fā)現(xiàn)清楚地表明,活的AKK可能通過產(chǎn)生保護(hù)性物質(zhì),在小鼠模型中有效地挽救了致命性膿毒癥。
圖1 腸道AKK在小鼠模型中對致命性膿毒癥具有保護(hù)作用[1]
3.活A(yù)KK產(chǎn)生新型的三肽Arg-Lys-His(RKH)
為了進(jìn)一步探索活A(yù)KK分泌的保護(hù)性物質(zhì),作者對空白培養(yǎng)基和活A(yù)KK培養(yǎng)基的培養(yǎng)上清液進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)一種新的三肽RKH在活的AKK上清液中顯著富集,并在非靶向代謝組學(xué)分析中表現(xiàn)出最大的倍數(shù)變化(圖2 C-D)。靶向驗證揭示RKH在活A(yù)KK培養(yǎng)基顯著高表達(dá)(圖2 E),且在膿毒癥病人中RKH含量顯著下降(圖2 H)。
重要的是,作者引入賽業(yè)生物提供的無菌(germ free)小鼠并對其進(jìn)行AKK菌定植,發(fā)現(xiàn)AKK菌定植組小鼠中血漿和盲腸內(nèi)容物RKH含量顯著回升(圖2 F-G)。為了探索RKH對致命性膿毒癥的潛在治療作用,在CLP手術(shù)前/ LPS注射前給小鼠服用RKH,結(jié)果提示(圖2 I-O),AKK活性產(chǎn)物RKH可以在小鼠模型中預(yù)防致命性膿毒癥。
圖2 活A(yù)KK產(chǎn)生的Arg-Lys-His(RKH)對小鼠致命性膿毒癥的保護(hù)作用[1]
4.RKH預(yù)防膿毒癥引起的系統(tǒng)性炎癥
就細(xì)胞因子風(fēng)暴而言,系統(tǒng)性炎癥是膿毒癥發(fā)病期間死亡的主要因素之一。作者對Sham對照組,CLP組以及CLP+RKH處理組的小鼠腹腔灌洗液進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。結(jié)果顯示RKH處理后,與CLP組相比其中全基因表達(dá)發(fā)生改變,且其中的炎癥因子表現(xiàn)下降趨勢(圖3 A-B)。進(jìn)一步的,研究人員發(fā)現(xiàn)活A(yù)KK,AKK培養(yǎng)上清以及RKH處理能夠明顯降低系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)以及腹腔巨噬細(xì)胞富集(圖3 C-G)。此外,細(xì)胞體外刺激的結(jié)果顯示RKH能夠降低LPS誘導(dǎo)的多種巨噬細(xì)胞促炎反應(yīng)。綜上,RKH可能通過抑制膿毒癥引起的系統(tǒng)性炎癥發(fā)揮保護(hù)作用。
圖3 RKH預(yù)防膿毒癥引起的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)[1]
TLRs在膿毒癥進(jìn)展過程中對入侵病原體的系統(tǒng)反應(yīng)起著重要作用。圖4 A-B提示,RKH能夠顯著抑制巨噬細(xì)胞中TLR4下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。作者使用FITC熒光素標(biāo)記的LPS處理巨噬細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)RKH能夠顯著抑制LPS的結(jié)合(圖4 C)。結(jié)合上述結(jié)果,作者猜測RKH能夠與LPS競爭性結(jié)合TLR4,并通過表面等離子共振技術(shù)(圖4 D),酶解實驗(圖4 E),熱穩(wěn)定實驗(圖4 F)和分子對接技術(shù)(圖4 I)驗證了此觀點。
更重要的是,免疫沉淀(IP)實驗的數(shù)據(jù)顯示,RKH是通過抑制TLR4-MD2和TLR4-TLR4的二聚化來實現(xiàn)對TLR4下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制(圖4 G-H)。此外,根據(jù)分子對接結(jié)果提示的RKH結(jié)合位點進(jìn)行突變的實驗結(jié)果提示TLR4上的ARG264、LEU293、ASP294和LYS362可能是RKH抑制TLR4二聚的潛在功能結(jié)合位點。最后,作者引入TLR4-/-小鼠對上述觀點進(jìn)行驗證。小鼠進(jìn)行CLP手術(shù)后,RKH對生存率,臟器損傷和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)沒有保護(hù)作用。這些結(jié)果表明,RKH對致命性膿毒癥的保護(hù)作用,至少部分是通過抑制TLR4信號傳導(dǎo)而發(fā)生的。
圖4 RKH直接靶向TLR4并阻斷TLR4激活[1]
6.RKH延長膿毒癥巴馬豬模型的存活時間并減少過度炎癥和器官損傷
為了進(jìn)一步擴(kuò)大RKH在臨床上治療膿毒癥的潛力,作者采用了巴馬豬膿毒癥大動物模型。圖5提示,在巴馬豬膿毒癥模型中,RKH處理能夠顯著延長生存率,降低血清中多種損傷指標(biāo),緩解多臟器損傷以及減弱炎癥反應(yīng)。
圖5 RKH延長膿毒癥巴馬豬模型的存活時間并減少過度炎癥和器官損傷[1]
7.RKH負(fù)調(diào)控膿毒癥患者巨噬細(xì)胞的促炎活性
最后,為了進(jìn)一步評估RKH對人類免疫細(xì)胞促炎活性調(diào)節(jié)的效力,從膿毒癥患者中提取外周血單核細(xì)胞,并在體外分化為巨噬細(xì)胞。圖6 A提示,RKH能夠顯著降低巨噬細(xì)胞IL-6的mRNA水平。此外,RKH不影響膿毒癥患者淋巴細(xì)胞正常功能(包括凋亡和細(xì)胞因子產(chǎn)生)。
圖6 RKH負(fù)調(diào)控膿毒癥患者巨噬細(xì)胞的促炎活性[1]