益生菌对铅致学习记忆损伤的修复效应及其机理研究

论文摘要

目的:慢性铅暴露可引起以学习记忆损伤为特征的一系列神经退行性疾病的发生,儿童对铅暴露尤其敏感,血铅超标可导致儿童智力发育迟缓。益生菌制剂在发酵乳制品、功能性食品中应用广泛,对人体具有显著的健康调节效应。前期报道表明,益生菌的摄入可通过调整肠道菌群改善精神疾病,本文旨在探究是否可以通过该策略改善慢性铅暴露导致的典型学习记忆损伤,同时探明脑中表观遗传学因素在益生菌调节学习记忆过程中的作用。方法:在本实验中我们设置对照组、铅暴露组、铅暴露加益生菌摄入组、益生菌摄入组等四组。铅暴露方式为,在妊娠期大鼠饮水中给予低水平铅暴露（125ppm）,益生菌摄入方式为每只大鼠每天额外给予1010活菌单位的益生菌补充,幼鼠出生后继续接受暴露或益生菌定殖直至成年（PND 68）。造模完成后,利用水迷宫等行为学实验以及海马区神经元的树突棘形态来评估各组大鼠的学习记忆能力。此外,通过16S rRNA测序分析该暴露和修复条件下的肠道微生物组成,并分别通过蛋白质印迹和ELISA评估H3K27me3（组蛋白三甲基化）和免疫因子白介素6的表达情况,同时利用遗传和药物干预手段验证其在所述肠-脑通讯中的介导作用。结果:1)益生菌定殖可调节肠道健康并挽救慢性铅暴露引起的学习记忆损伤。慢性铅暴露引起发育期和成年期大鼠肠道菌群结构发生改变,主要表现为肠道菌群多样性降低,厚壁菌与拟杆菌的丰度及其相对比例的改变。益生菌摄入则维持了肠道菌群的相对稳态,使菌群结构整体上与对照更为接近。行为学实验结果显示慢性铅暴露对空间记忆及工作记忆能力的损害,益生菌摄入帮助大鼠在一系列行为学检测中取得更好成绩。海马区神经元树突棘形态的检测同样显示出益生菌对铅神经毒性的挽救效果;2)表观遗传调控元件EZH2-H3K27me3在益生菌修复铅神经损伤的过程中发挥重要作用。益生菌定殖修复了铅暴露引起的H3K27me3水平降低,敲低EZH2（组蛋白甲基化）下调H3K27me3水平后益生菌抵抗铅神经毒性的效应随之消失,而上调H3K27me3则显示出与摄入益生菌相同的神经保护作用;3)炎性因子IL-6（白介素6）建立了肠道菌群与铅神经损伤的通讯。益生菌使铅暴露引起的大鼠血清和海马中IL-6水平的异常升高恢复至正常。通过腹腔注射托珠单抗（一种IL-6受体拮抗剂）阻断IL-6对下游信号的传递,显著上调了铅组大鼠海马EZH2水平,并缓解了铅暴露引起的记忆损伤。结论:本研究结果表明,重塑肠道菌群是缓解慢性铅暴露引起的记忆功能障碍的新策略。在益生菌对学习记忆损伤的修复过程中,从边周到中枢神经系统的炎症-表观遗传途径,即IL-6-EZH2-H3K27me3,是介导所述脑肠通讯改善学习记忆状态的关键途径。这些发现为使用益生菌改善学习记忆损伤提供了实验证据,同时拓展了以脑中表观遗传变化为特定肠-脑作用机制研究的新视角。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 益生菌
•     1.1.1 益生菌的分类
•     1.1.2 益生菌的益生效应
•     1.1.3 益生菌制剂应用现状
•   1.2 神经系统疾病与肠道微生物
•     1.2.1 神经退行性疾病
•     1.2.2 学习记忆及损伤
•     1.2.3 铅的神经毒性
•     1.2.4 肠道微生物与神经系统的关联
•   1.3 课题背景意义及内容
•     1.3.1 研究背景和意义
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 技术路线图
• 第二章 益生菌对肠道菌群结构及学习记忆损伤的修复作用
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 主要仪器
•     2.1.2 主要试剂和药品
•     2.1.3 相关引物
•     2.1.4 实验动物及样品采集
•     2.1.5 实验菌株
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 提取粪便总DNA
•     2.2.2 绝对荧光定量聚合酶链式反应
•     2.2.3 肠道微生物测序分析
•     2.2.4 高尔基染色（Golgi-COX）实验
•     2.2.5 Morris 水迷宫实验
•     2.2.6 Y 迷宫实验
•     2.2.7 双道原子荧光法检测组织及血液铅含量
•   2.3 数据分析
•   2.4 实验结果
•     2.4.1 益生菌修复铅引起的发育期大鼠肠道菌群改变
•     2.4.2 益生菌修复铅引起的成年大鼠肠道菌群改变
•     2.4.3 益生菌定殖修复铅引起的大鼠学习记忆能力损伤
•     2.4.4 益生菌定殖部分修复铅引起的神经元树突棘密度降低
•   2.5 讨论
•   2.6 结论
• 第三章 益生菌修复铅神经损伤的机制
•   3.1 实验材料
•     3.1.1 主要仪器
•     3.1.2 主要试剂和药品
•     3.1.3 相关抗体
•     3.1.4 实验动物
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 蛋白制样
•     3.2.2 BCA法检测蛋白液浓度
•     3.2.3 蛋白免疫印迹实验
•     3.2.4 组织免疫荧光实验
•     3.2.5 PC12 细胞培养
•     3.2.6 细胞脂质体转染实验
•     3.2.7 细胞分化实验
•     3.2.8 酶联免疫吸附试验
•   3.3 数据分析
•   3.4 实验结果
•     3.4.1 益生菌定殖修复铅暴露引起的H3K27me3 水平降低
•     3.4.2 EZH2-H3K27me3 介导益生菌定殖修复铅神经损伤的作用
•     3.4.3 白介素6 介导EZH2 以及学习记忆的改变
•   3.5 讨论
•   3.6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖洁

导师: 徐毅

关键词: 益生菌,肠道微生物,铅暴露

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,轻工业手工业

单位: 合肥工业大学

分类号: TS201.3

总页数: 79

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