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伏马菌素B1对小鼠粪便菌群影响的研究

发布时间:2022-05-25

真菌毒素毒理学



伏马菌素B1对小鼠粪便菌群影响的研究

Response of Fecal Bacterial Flora to the Exposure of Fumonisin B1 in BALB/c Mice


摘要:伏马菌素是一种真菌毒素,对人和动物的健康有不良影响。虽然已有一些与伏马菌素相关的研究报道,但伏马菌素的调控限度尚不完善,而且尚未发现伏马菌素对小鼠粪便细菌菌群的影响。为探讨伏马菌素B1对小鼠粪便菌群的影响,将BALB/c小鼠随机分为7组,分别给予0 mg/kg、0.018 mg/kg、0.054 mg/kg、0.162 mg/kg、0.486 mg/kg、1.458 mg/kg和4.374 mg/kg伏马菌素溶液灌胃,每天1次,连续8周。随后,采集粪便进行微生物区系分析。利用Illumina MiSeq平台对粪便细菌群的V3-V4 16S rRNA进行了测序。结果表明,经FB1处理的小鼠粪便细菌区系呈现高度多样性。此外,FB1暴露组的粪便细菌区系组成与对照组有显著差异,尤其是Alloprevotella、Prevotellaceae_NK3B31_group、Parabacteroides、Rikenellaceae_RC9_gut_group和包括Cyanobacteria在内的门类型。总之,数据表明,FB1改变了小鼠粪便微生物区系的多样性和组成。此外,最小剂量的FB1暴露也会在一定程度上引起粪便微生物区系的变化。本研究首次关注FB1暴露对啮齿动物粪便微生物区系的剂量相关影响,为更好地保护人类和动物健康提供参考。该研究成果发表在毒理学领域知名期刊《Toxins》(Q1,IF=4.546)上。

关键词:伏马菌素B1;BALB/c小鼠;粪便细菌群;16S rRNA测序

 
 

1. 小鼠粪便细菌群落的多样性

       
        稀疏化曲线表明,测得的序列号是合理的,可用于进一步分析。这七个组的所有稀疏化曲线都达到了平台期,这表明大多数序列参与了每组的分析过程(图1a)。应用Alpha多样性分析各类菌群物种多样性的复杂性。基于α多样性分析,确定了Shannon指数。在暴露于FB1的8周后,FB1暴露组的粪便中Shannon多样性指数与对照组相比有较高的趋势,尤其是FB1-3、FB1-4和FB1-5组。与其他组相比,FB1-6略有下降,但与对照组相比仍有升高。这些结果表明,FB1暴露伴随着粪便微生物区系较高的多样性(图1b)。β多样性用来评价不同样本间物种复杂性的差异,并用加权的Unifrac指数表示。与对照组相比,只有FB1-3的粪便细菌菌群显著增加。基于每个OTU的丰度(图1c),组的数据分布通过主成分分析(PCA)显示,表明FB1-3、FB1-4、FB1-5和FB1-6组与对照组分离得很好(图2)。

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图1. 粪便细菌群落的多样性 
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图2. 细菌菌群成组的主成分分析

2. 小鼠粪便中微生物区系的分布


       如图3-5所示,将粪便细菌的相对丰度以柱状图和热图的形式绘制出来。关于粪便中各门类细菌的相对丰度,我们发现在所有组的粪便微生物区系中,Bacteroides是最丰富的,其次是Firmicutes和Cyanobacteria。此外,所有FB1暴露组的Cyanobacteria都有高于对照组的趋势。
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图3. 粪便细菌区系的属和门类型及相对丰度的柱状图  
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图4. 粪便细菌区系属类型和相对丰度热图 
 
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图5. 粪便细菌区系类型和相对丰度的热图
 

3. 粪便细菌区系相对丰度的变化


       如图6所示,与对照组相比,FB1-3、FB1-4、FB1-5和FB1-6组的Alloprevotella菌属数量显著减少。与对照组相比,FB1暴露组Prevotallaceae_UCG-001和Ruminococcaceae_UCG-014的数量有下降的趋势。而在FB1-5组和FB1-6组中,Prevoteaceae_NK3B31_group、Rikenellaceae_RC9_gut_group和Parabacteroides的数量显著增加。此外,还有一个有趣的现象,Lactobacillus和Alistipes在低剂量下先减少,在高剂量下增加,而Lachnospiraceae_NK4A136_group、Lachnoclostridium和Lachnospiraceae_UCG-001通常在低剂量下增加,在高剂量下减少。
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图6. 在属水平上,对照组和FB1处理组之间的粪便细菌区系相对丰度的差异
 
       至于门的类型,Bacteroidetes和Firmicutes呈现相反的趋势(图7)。与对照组相比,FB1-1、FB1-2、FB1-3组Bacteroidetes减少,FB1-4、FB1-5、FB1-6组增加,FB1-1、FB1-2、FB1-3组增加,FB1-4、FB1-5、FB1-6组减少。对于Proteobacteria,所有FB1暴露组均没有明显变化。与对照组相比,FB1-6组Cyanobacteria的相对丰度显著增加。
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图7. 在门水平上,对照组和暴露组之间的粪便细菌区系相对丰度的差异
 

4. LEfSe 分析


       进行LEfSe分析,评价7组间细菌菌群的群落结构差异。与FB1暴露组相比,图8清楚地表明,在对照组中,Alloprevotella仍然是绝对优势菌。FB1暴露组中有6个属(FB1-3、FB1-4、FB1-5和FB1-6组)表现出明显的增长现象。此外,FB1-1和FB1-2组无明显变化。 
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图8. 七组粪便菌群的LEfSe比较
 

5微生物功能预测


       为了评估FB1对小鼠粪便细菌菌群的影响,我们利用KEGG数据库对这7个组的微生物菌群的功能和代谢途径进行了比较和预测。通过将对照组和FB1暴露组进行比较,我们观察到FB1-1和FB1-2组均对Ubiquitin系统有明显的抑制作用。FB1-2、FB1-3、FB1-4和FB1-5组均对糖脂的生物合成有明显的抑制作用。此外,FB1-3、FB1-4和FB1-5组的电子转移载体明显升高。只有在FB1-6组中,PPAR信号通路、脂多糖生物合成蛋白和脂多糖生物合成显著增加,而细胞骨架蛋白显著下降(图9)。
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图9. 七组粪便菌群的KEGG通路分析
 

结论


        研究了暴露于不同剂量的FB1对雌性BALB/c小鼠粪便细菌区系的影响。结果表明,小鼠接触FB1会改变粪便细菌群落的结构和组成。发生明显变化的属类型包括Alloprevotella、Prevotellaceae_NK3B31_group、Rikenellaceae_RC9_gut_group、 Parabacteroides,包括Cyanobacteria在内的门类型。此外,本研究中FB1的最小剂量也对粪便细菌区系产生了潜在的影响。


Zhang F, Chen Z, Jiang L, Chen Z, Sun H. Response of Fecal Bacterial Flora to the Exposure of Fumonisin B1 in BALB/c Mice. Toxins (Basel).2021 Aug 31;13(9):612. doi: 10.3390/toxins13090612.
 
全文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34564616/
 





 
文稿:王威艳       编辑:上官国莲        审核:朱寒月