【摘要】：目的鐵是生長,全身代謝和免疫反應(yīng)的必需微量元素。鐵是大多數(shù)細(xì)菌生長和繁殖的關(guān)鍵元素,膳食低鐵和鐵過量攝入都會使腸道菌群穩(wěn)態(tài)失調(diào),導(dǎo)致腸道菌群多樣性被破壞,擾亂宿主系統(tǒng)代謝,出現(xiàn)如局部病原體積聚、誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)等,從而促進(jìn)多種疾病如炎癥性腸病、癌癥的發(fā)生和發(fā)展。目前機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)對腸道菌群的影響還未被完全了解,腸道菌群對宿主鐵穩(wěn)態(tài)和鐵相關(guān)疾病的調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明。本研究擬探究機(jī)體鐵水平變化對腸道菌群的影響,并運(yùn)用腸道菌群測序數(shù)據(jù)評估肝組織內(nèi)鐵含量,為鐵代謝相關(guān)疾病的研究提供線索。方法1、給6周齡C57BL/6J雄性小鼠喂食基于Ain93G標(biāo)準(zhǔn)的缺鐵、高鐵和對照飼料,持續(xù)12周,構(gòu)建系統(tǒng)性缺鐵、鐵過載和對照小鼠模型。測量小鼠體重變化、血紅蛋白和血細(xì)胞比容,測定肝臟、小腸上皮和糞便鐵含量,熒光定量PCR探究肝臟、小腸上皮鐵代謝相關(guān)基因表達(dá)情況。2、收集小鼠糞便,分離糞便總細(xì)菌DNA進(jìn)行16S rRNA測序,將測序數(shù)據(jù)聚類成操作分類單元OTU后,進(jìn)行α多樣性、β多樣性分析和LEfSe分析以對比各組菌群多樣性,尋找差異表達(dá)的菌種。應(yīng)用BugBase算法對比細(xì)菌表型差異,PICRUSt算法預(yù)測細(xì)菌的代謝通路,RDA分析探究環(huán)境因子、樣品、菌種三者之間的關(guān)系,Co-occurrence網(wǎng)絡(luò)分析探究鐵含量變化是否引起腸道物種間相互作用的變化。3、隨機(jī)森林模型鑒定機(jī)體鐵水平變化時受影響最顯著的關(guān)鍵細(xì)菌,LASSO回歸構(gòu)建肝臟鐵含量和小腸鐵含量預(yù)測模型。結(jié)果1、分別給予小鼠缺鐵、高鐵或?qū)φ诊暳?2周,缺鐵組小鼠體重增加速度顯著慢于對照組,缺鐵組血紅蛋白含量及紅細(xì)胞壓積均低于對照組及鐵過載組,鐵過載組與對照組無顯著差異。在肝臟、小腸上皮組織和糞便鐵含量上,鐵過載組均顯著高于對照組,缺鐵組均顯著低于對照組。與對照組相比,缺鐵組小鼠小腸上皮和肝組織的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)均顯著上調(diào),鐵過載組部分基因表達(dá)下調(diào)。2、小鼠腸道菌群的α多樣性在缺鐵組和鐵過載組之間差異顯著,各組間腸道菌群的β多樣性存在顯著差異,LEfSe分析顯示存在幾十種組間差異顯著的腸道細(xì)菌。BugBase算法未發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌的表型存在組間差異,但PICRUSt算法發(fā)現(xiàn)了組間腸道細(xì)菌的總體代謝功能上存在明顯差異。RDA分析發(fā)現(xiàn)環(huán)境因子包括血紅蛋白、紅細(xì)胞比容、小腸上皮鐵含量和糞便鐵含量對樣本的分組和菌種的差異變化具有重要影響。Co-occurrence網(wǎng)絡(luò)分析顯示各組的腸道菌群網(wǎng)絡(luò)存在結(jié)構(gòu)上的差異。3、隨機(jī)森林算法鑒定出5種受系統(tǒng)鐵穩(wěn)態(tài)變化影響顯著的關(guān)鍵細(xì)菌,分別為 Parabacteroides、Pepostreptococcaceae、Akkermansia Muciniphila、Perfingens和Clostridiales。LASSO回歸分別構(gòu)建了肝臟和小腸上皮鐵含量的預(yù)測模型。結(jié)論鐵在調(diào)節(jié)機(jī)體系統(tǒng)鐵穩(wěn)態(tài)和腸道菌群的相互作用中起重要作用,鐵水平異常可擾亂腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。本研究通過生物信息學(xué)算法檢測出與機(jī)體鐵水平相關(guān)的五個關(guān)鍵菌種,用預(yù)測模型建立了腸道菌群和組織鐵水平之間的聯(lián)系,為系統(tǒng)鐵穩(wěn)態(tài)與腸道菌群之間的聯(lián)系提供了證據(jù),以及為鐵穩(wěn)態(tài)失衡和鐵異常的相關(guān)疾病如肝細(xì)胞癌的早期診斷提供了線索。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R57
【圖文】：

我們通過改變膳食鐵含量分別構(gòu)建鐵缺乏小鼠模型、鐵過載小鼠模逡逑型和標(biāo)準(zhǔn)對照小鼠模型。分別給予６周齡Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠標(biāo)準(zhǔn)飼料Ａｉｎ９３Ｇ、缺逡逑鐵詞料或高鐵飼料，喂養(yǎng)１２周（圖１－１Ａ）。結(jié)果顯示，給予缺鐵飼料喂養(yǎng)的小逡逑鼠體重增加速度最慢，而鐵過載小鼠體重增加速度最快（圖１－１Ｂ）；喂養(yǎng)１２周逡逑后，缺鐵小鼠尾靜脈血中血紅蛋白含量及紅細(xì)胞壓積均低于對照小鼠及鐵過載逡逑小鼠，與對照小鼠相比，鐵過載小鼠的血紅蛋白含量與紅細(xì)胞壓積均未顯示顯逡逑著差異。（圖１－１邋Ｃ－Ｄ）逡逑Ａ邋ｍ邐Ｂ邐Ｃ邐Ｄ逡逑Ｈ邐N上：＝Ｇ逡逑Ａｉｎ９３Ｇ／ＦｅＤ／ＦｅＥ邐Ｅ邋３0．邐」１５」邐■邋ＦｅＥ逡逑Ｗｅｅｋ邋１邐—邐？邋Ｄｉｅｔ邋ｆｅｅｄｉｎｇ邐0＞邐＂§＞邐］邐＿邐彡邋４０－逡逑Ｂｏｄｙ邋ｗｅｉｇｈｔ邐｜２５－邐１邐１０邋ｉ邐Ｍ邐Ｉ邋Ｉ邐｜邐Ａ邐Ｉ逡逑Ｂｌｏｏｄ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒ邐￥邐／邐＾邐？邐■丨逡逑｜邋Ｆｅｃａｌ邋ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邐｜＇２0｜，邐｜邐■邐■邋■邐！邋２０－丨■逡逑Ｗｅｅｋ邋１２邋N—丨邐＇＇Ｉ邐ｌｉ邐＿逡逑Ｓａｃ邋ｍｉｃｅ邋ｆｏｒ邐°５￣Ｊ￣＾￣｜５邐0ＵＢＪＢＬＭ＿逡逑ｔｉｓｓｅ邋ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邐ｗｅｅｋ逡逑ａｎｄ邋ａｎａｌｙｓｉｓ逡逑圖１－１飲食中不同的膳食鐵水平擾亂了全身鐵穩(wěn)態(tài)并改變了與鐵相關(guān)的參數(shù)水平。（Ａ）逡逑對照、缺鐵及鐵過載小鼠模型構(gòu)建模式圖。（Ｂ）三種不同鐵含量飲食下Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠的體逡逑重曲線。（Ｃ－Ｄ）三種不同鐵含量飲食下Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠的血紅蛋白和血細(xì)胞比容。每組小鼠逡逑數(shù)目ｎ＝９（＊表示ｐ＜０．０５

高于對照組（Ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ＯＴＵｓ邋ｐ＝０．０８３，香農(nóng)指數(shù)邋ｐ＝０．１７，Ｃｈａｏｌ邋指數(shù)邋ｐ＝０．０７８），逡逑但均不具有統(tǒng)計學(xué)差異，但鐵過載組顯著高于缺鐵組（Ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ＯＴＵｓ邋ｐ＝０．００６，逡逑香農(nóng)指數(shù)ｐ＝0．00１４，Ｃｈａｏｌ指數(shù)ｐ＝０．００２２），具有統(tǒng)計學(xué)差異（圖２－２Ａ）。逡逑為了顯示不同分組間菌群結(jié)構(gòu)上的差異，我們分別使用Ｂｒａｙ邋ｃｕｒｔｉｓｅ、Ｂｉｎａｒｙ逡逑ｊａｃｃａｒｄ和ｕｎｗｅｉｇｈｔｅｄ邋ｕｎｉｆｒａｃ算法進(jìn)行（３多樣性分析，并通過主坐標(biāo)分析ＰＣｏＡ逡逑來比較各組之間的腸道菌群的差異性。３種算法的結(jié)果都顯示，在ＰＣｏＡｌ軸上，逡逑對照組、缺鐵組和鐵過載組中任何兩組之間的卩多樣性都具有顯著差異（圖２－２Ｂ）。逡逑接下來我們比較三組中細(xì)菌在物種水平上的相對豐度差異，并利用熱圖顯逡逑示相對豐度具有顯著差異（ｐ＜0．0５）的物種，結(jié)果顯示，在這些菌種中，缺鐵組逡逑２８逡逑

邐頌士學(xué)位論文邐逡逑中相對豐度低的菌種，在鐵過載組中相對豐度較高；鐵過載組中相對豐度高的逡逑菌種，在缺鐵組中相對豐度較低，對照組菌種的相對豐度介于兩者之間，說明逡逑不同鐵含量飼料喂養(yǎng)的小鼠，其腸道菌群的優(yōu)勢群組成不同（圖２－２Ｃ）。逡逑另外，我們應(yīng)用線性判別分析效應(yīng)分析（ＬＥｆＳｅ分析）尋找組與組之間具有逡逑統(tǒng)計學(xué)差異的物種，并繪制系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果顯示ＬＥｆＳｅ分析確定出對照組有逡逑３４種，缺鐵組有１８種，鐵過載組有１１種細(xì)菌有相對豐度的顯著升高（圖２－２Ｄ）。逡逑

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本文編號：2743047