基于肠道菌群和代谢组学阐释麻黄多糖防治PM2.5诱导加重哮喘的作用机制

Due to haze occurs frequently all over China, fine particles of PM2.5 directly invade respiratory system which can be used as allergens to induce or aggravate allergic asthma. The research group has confirmed that ephedra polysaccharide coupled with effective component pure ephedra polysaccharide B4 has obvious immunosuppressive effect, and both of them have obvious therapeutic effect on allergic asthma induced by ovalbumin (OVA). Therefore, in this project, ephedra polysaccharide active ingredient B4 were used as the research object, and the allergic asthma model was induced by PM2.5 combined with OVA in mice. Firstly, 16s rDNA High-throughput Test technique and microbial Diversity Analysis method were employed to study on the effects of ephedra polysaccharides on allergic Asthma related bacterial Community. Secondly, effect of Ephedra polysaccharides on short chain fatty acid (SCFAs) of intestinal Microflora metabolites was determined by GC-MS. Lastly, the effects of ephedra polysaccharide on the whole metabolites of intestinal Microflora were studied by UPLC-HR-MS metabolomics technique, and different biomarkers were found. In a word, to explore the protective mechanism of ephedra polysaccharide on PM2.5 induced and exacerbating lung injury of allergic asthma, the research results may also provide a new scientific understanding for Ephedra polysaccharides to exert their pharmacodynamics and control allergic asthma.

灰色雾霾在我国各地频繁发生，PM2.5细颗粒物直接入侵呼吸系统，可作为致敏原诱发或加重过敏性哮喘。课题组前期已证实麻黄多糖具有明显的免疫抑制作用，其主要有效成分为麻黄纯多糖B4，且二者均对卵蛋白(OVA)致过敏性哮喘具有明显的治疗作用。因此，本项目以麻黄多糖有效成分B4为研究对象，通过PM2.5复合OVA诱导加重小鼠过敏性哮喘模型，首先，采用16S rDNA高通量测试技术及微生物多样性分析方法研究麻黄多糖对过敏性哮喘相关菌群的调整作用，其次，应用GC-MS测定麻黄多糖对肠道菌群代谢产物短链脂肪酸(SCFAs)的影响，最后，通过UPLC-HR-MS代谢组学技术研究麻黄多糖对肠道菌群整体代谢产物的影响，发现差异性生物标志物。总之，探讨麻黄活性多糖防治PM2.5诱导加重过敏性哮喘肺损伤的保护作用机制，研究成果可能为麻黄多糖类药物发挥药效途径和防治过敏性哮喘的发病机制提供新的科学认识。

麻黄是我国应用历史悠久的常用中药，现已有不少研究证明麻黄具有显著的免疫抑制作用，且中医在临床上也经常在治疗自身免疫性疾病，如过敏性哮喘、慢性肾炎、类风湿性关节炎（风湿痹症）等的方剂中配伍应用麻黄。近几年中医治疗“雾霾咳”、中药复方防治急性肺损伤等的方剂中亦配伍应用麻黄。故本项目首先建立PM2.5复合OVA诱导加重小鼠过敏性哮喘模型，并采用一系列药效学指标证实模型成功，同时证实麻黄多糖B4具有改善过敏性哮喘模型小鼠的病理指标。继而，采用16S rDNA高通量测试技术及微生物多样性分析方法研究麻黄多糖对过敏性哮喘相关菌群的调整作用，经过麻黄多糖干预后，各给药组小鼠肠道菌群门、目、科、属、种5类ASVs地位丰度明显降低，放线菌门相对丰度在一定程度上有所降低，Chao1指数、shannon指数、observed species指数均显著降低。其次，采用GC-MS技术对小鼠肠内容物样品进行SCFAs数据的采集，通过SCFAs标准曲线，最终确定了小鼠肠内容物中含有乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸和异己酸，麻黄多糖B4显著调节小鼠肠内容物中SCFAs的含量。最后，通过UPLC-HR-MS代谢组学技术研究麻黄多糖对肠道菌群整体代谢产物的影响，通过模型组与给药组代谢通路分析，确定可能相关通路11个，其中糖基磷脂酰肌醇(GPI)-锚定生物合成、鞘脂代谢和甘油磷脂代谢对代谢轮廓的影响较大，这3条代谢通路均与支气管哮喘或者炎症反应相关。本项目证实了麻黄活性多糖具有防治PM2.5诱导加重过敏性哮喘肺损伤的保护作用，并进一步揭示了其作用机制，为麻黄多糖类药物发挥药效途径和防治过敏性哮喘的发病机制提供新的科学认识。项目组成员共参加国内外学术会议2次，做大会报告2次，发表会议论文3篇；正式发表研究论文8篇，其中SCI论文3篇，国内核心期刊论文5篇；另1篇SCI论文正在同行评阅中；部分研究成果获得授权发明专利1项；培养研究生2名，其中博士生1名，并完成学位论文（博士生已毕业），培养硕士生1名（硕士生2022年毕业）。