东方田鼠肠道菌群抵抗弓形虫感染的机制研究

Previously studies showed that the wild mouse gut microbiota played an important role in its resisting diseases, enhancing immunity. Our previous study showed that more than 50% Reed voles in Northeastern China were infected with T. gondii. However, most of them were asymptomatic suggesting that gut microbiota in wild mouse has a role in anti-Toxoplasma infection. To determine whether the gut microbiota plays a role in the anti-Toxoplasma infection in wild mice and what role does it play, we will use metagenomics, molecular biological and immunologic technologies to study the mechanism of Reed vole gut microbiota against T. gondii infection. The functions and diversities of gut microbiota will be detected by the metagenomics sequencing. The gut microbiota of Reed vole and SPF C57BL/6 mice were transferred to germ-free C57BL/6 mice (Lab) respectively using fecal microbiota transplantation to construct gut microbiota transplanted WildR and LabR mice. After infection with T. gondii, the T. gondii burden and related immune indexes in WildR, LabR and Lab mice were evaluated to study the roles of the Reed vole gut microbiota in T. gondii infection. These findings will not only illuminate the roles of wild mouse gut microbiota during T. gondii infection but also provide a new insight for control of T. gondii infection, which will pave the way to study the relations of microbiome and host immunity.

研究表明野鼠抗病能力与肠道菌群密切相关。我们的调查显示，吉林省东方田鼠弓形虫阳性率高达50%以上，而绝大多数田鼠表观非常健康，并无明显肠道炎症反应。为明确肠道菌群在野生小鼠抗弓形虫感染中是否起到作用？起到什么作用？机制如何？本项目拟应用宏基因组学、免疫学、分子生物学等方法研究东方田鼠肠道菌群在抵抗弓形虫感染中的作用。应用宏基因组测序方法预测东方田鼠肠道菌群的多样性及功能。应用粪菌移植手段将东方田鼠和SPF C57BL/6小鼠肠道菌群移植入无菌C57BL/6实验小鼠（Lab）内，构建肠道菌群移植小鼠（WildR和LabR）体系。弓形虫包囊感染WildR，LabR和Lab小鼠，检测小鼠弓形虫的荷虫量和相关免疫指标，明确野鼠肠道菌群在小鼠抵抗弓形虫感染中的作用。预期研究成果不仅将阐明东方田鼠肠道菌群抗弓形虫感染的作用，同时为弓形虫病的防控提供新策略，推动肠道菌群与宿主免疫相关研究的发展。

研究表明野鼠抗病能力与肠道菌群密切相关。我们的调查显示，吉林省东方田鼠弓形虫阳性率高达50%以上，而绝大多数田鼠表观非常健康，并无明显肠道炎症反应。目前，肠道菌群在野生小鼠抗弓形虫感染中是否起到作用，起到什么作用本项目尚不清楚。本研究拟应用宏基因组学、免疫学、分子生物学等方法研究东方田鼠肠道菌群在抵抗弓形虫感染中的作用。研究表明东方田鼠肠道微生物组成繁杂，其携带众多未知细菌，益生菌占比丰度很高。粪菌移植WildR 小鼠的肠道微生物多样性明显高于 LabR 小鼠。分别感染10个PRU弓形虫包囊，LabR 小鼠在感染后 7 天和 35天时，肠道菌群多样性显著下降，而 WildR 小鼠的肠道菌群多样性没有显著变化。相比于 Lab 小鼠，WildR 小鼠的肠道中观察到了较高丰度的Akkermansia 菌，其并与寄生虫抗感染相关。研究表明弓形虫感染后，急性感染期小鼠脾细胞因子与正常小鼠相比表达水平均有上调趋势，其中IL-5、IL-12、IFN-γ和TNF-β差异变化极显著。同时发现，m1A、m5C、m3C、ac4C、m7G、m22G、m1G修饰与除IL-5外所检测的细胞因子呈高度正相关，Um、Ψ、m5Um、Cm、Gm和m227G修饰与大多细胞因子呈负相关。Northern blot检测急性感染小鼠肝脏tsRNAVal、tsRNAAla和tsRNAGly水平上调，且Western blot检测翻译起始因子复合物相关蛋白eIF4A、eIF4E表达下调。感染后炎性因子IL-10 和IL-13呈现急性感染期上升，慢慢转入慢性感染期炎性因子下降的趋势。体外研究结果显示，弓形虫在上述细胞中的感染能力无明显差异。用弓形虫抗原刺激细胞以后IL-5、IL-12、IFN-γ和TNF-β细胞因无显著变化。本研究的顺利实施不仅将阐明东方田鼠肠道菌群抗弓形虫感染的作用，同时为家畜弓形虫病的防控提供新策略，推动家畜肠道菌群与宿主免疫及兽医寄生虫病相关研究的发展。