HDAC介导的BMP7/smad通路在脓毒症肠屏障损伤及粪菌移植治疗中的作用及机制

Intestinal mucosal barrier injury is an important factor of sepsis. Study the mechanism of sepsis is of great significance. Study found that histone deacetylase play a regulatory role in a variety of inflammatory diseases through the BMP/smad pathway. But its role in gut barrier injury and fecal microbiota transplantation under sepsis is still unclear. Our previous study found that patients with sepsis had impaired intestinal barrier function, increased expression of HDAC and inflammatory cytokines, and fecal microbiota transplantation inhibited HDAC expression, reduced intestinal inflammatory response, and improved intestinal barrier function. Based on this, we hypothesize that HDAC and fecal microbiota transplantation affect the intestinal mucosal inflammation by regulating the BMP/smad pathway and are involved in the regulation of intestinal barrier function under sepsis. In this study, HDAC and BMP were up-regulated and down-regulated in Caco-2 cell model and sepsis mouse model. Fecal microbiota transplantation was also performed to investigate the effects of HDAC-mediated BMP/smad pathway on intestinal mucosal barrier injury under sepsis by western blot, immunofluorescence and high-throughput sequencing. The study can clarify the new mechanism of intestinal mucosal barrier injury in sepsis and to find a new target for the early intervention of intestinal mucosal barrier injury. Besides, it can lay the theoretical foundation for treatment of fecal microbiota transplantation.

肠屏障损伤是脓毒症的重要病因。研究其发生机制对脓毒症治疗有重要意义。研究发现组蛋白去乙酰化酶(HDAC)通过BMP/smad通路在多种炎症性疾病中具调控作用，但其在脓毒症肠屏障损伤及粪菌移植治疗中的作用尚待研究。我们前期研究发现：脓毒症患者肠屏障功能受损，HDAC及炎症因子表达增加，粪菌移植抑制HDAC表达，减轻肠道炎症反应，改善肠屏障功能。据此，我们提出假说：HDAC及粪菌移植通过调节BMP/smad通路，影响肠粘膜炎症，参与脓毒症肠屏障功能调控。本研究拟从分子、细胞、整体水平，利用Caco-2细胞模型、脓毒症小鼠病理标本，上、下调HDAC、BMP，同时行粪菌移植治疗，采用western blot、免疫荧光、高通量测序等手段，探讨HDAC介导的BMP/smad通路在脓毒症肠屏障损伤及粪菌移植治疗中的作用及机制，为早期干预肠屏障损伤寻找新靶点，应用粪菌移植治疗脓毒症肠屏障损伤奠定理论基础。

脓毒症是宿主对感染的反应失调而致的危及生命的器官功能障碍。近年来的研究表明：肠粘膜屏障功能损伤、肠道菌群失调与脓毒症的发生密切相关因此，明确脓毒症肠粘膜屏障损伤的分子机制是当前研究和治疗脓毒症的重要方向之一。课题建立脓毒症小鼠模型，LPS处理Caco-2细胞。从细胞、整体两个层面推进。脓毒症小鼠分别用FMT治疗或用抗生素处理的菌液治疗（灌胃）。 检测HDAC、BMP和肠上皮紧密连接蛋白的表达。 TUNEL染色检测肠上皮细胞凋亡情况。注射外源性重组HDAC和HDAC拮抗剂(TSA)，然后给予经FMT或抗生素处理的菌液。 检测肠屏障功能的变化。同时检测P85、mTOR、AKT2、p-PTEN、PI3K的激活和表达，以明确其作用机制。.我们发现：1. 脓毒症小鼠或lps处理的Caco细胞较对照组HDAC1表达增多、肠道紧密连接蛋白zo-1减少，经粪菌移植治疗后，HDAC1，IL-1β，TNF-α表达减少、zo-1表达增多。脓毒症小鼠肠道FD-40 OD值，IL-1β，TNF-α，HDAC1高于对照组，表明肠道炎症反应明显加重，肠屏障通透性的增加；粪菌移植后，FD-40 OD值，IL-1β，TNF-α，HDAC1值显著降低，表明肠屏障通透性的降低，肠道炎症反应减轻。说明粪菌移植可以改善脓毒症时肠道屏功能，并且可能是通过抑制HDAC表达发挥作用。.2.HDAC抑制剂TSA能够抑制巨噬细胞向M1极化。而粪菌移植具有同样的作用。抑制脓毒症组巨噬细胞M1型极化，促进向M2型极化。HDAC1对BMP-7的表达起着负反馈作用。BMP-7可能通过激活Smad磷酸化、mTOR抑制巨噬细胞向M1型极化。.综上：FMT能有效抑制 LPS 处理或CLP造模后组蛋白去乙酰化酶的表达，抑制IL-1β、TNF-α等炎性细胞因子分泌，提高紧密连接蛋白的表达，并减少肠道粘膜的损伤，改善肠屏障高通透性的发生。其机制为：粪菌移植通过BMP-7促进p-SMAD1/5/8 的磷酸化，并成为激活下游SMAD 通路的介质，抑制HDAC表达，进而诱导巨噬细胞向M2极化发挥抗炎作用。.本研究不仅有利于进一步探索脓毒症肠屏障损伤的新机制，为早期干预脓毒症肠屏障损伤寻求新靶点，同时也为粪菌移植治疗脓毒症肠屏障功能障碍提供理论依据，具有重要的临床转化应用价值。