近日，南方醫科大學南方醫院麻醉科劉克玄教授團隊在Cell子刊Cell Reports Medicine（中科院SCI分區小類1區, IF：16.988）發表了題為“Gut microbe-derived milnacipran enhances tolerance to gut ischemia/reperfusion injury”的研究論著。南方醫科大學南方醫院麻醉科鄧凡博士后和胡敬娟博士為論文共同第一作者，劉克玄教授為論文通訊作者，南方醫科大學南方醫院為論文第一署名單位。

腸缺血/再灌注損傷（Ischemia/reperfusion, I/R）是臨床常見的急危重癥情況，常發生在創傷、感染、休克及腸梗阻、體外循環手術等臨床現象中，其不僅引起腸損傷，還因腸屏障破壞后菌群失調、內毒素移位，導致膿毒癥及腸外多器官功能不全甚至衰竭。腸源性膿毒癥是一種特殊類型的膿毒癥，是由腸道損傷或隱匿性腸道感染引起的一種全身性反應，其中腸I/R是研究腸源性膿毒癥發生機制和防治策略的有效模型。研究發現，腸道菌群失調可能會增加宿主對疾病的易感性，然而，腸道菌群及代謝產物在腸I/R誘導的腸源性膿毒癥易感性中的作用尚不明確。

該團隊采用小鼠腸I/R誘導的腸源性膿毒癥的模型，通過16S rRNA基因測序和代謝組學發現，腸源性膿毒癥易感性差異的小鼠，其體內的腸道菌群及代謝產物豐度存在顯著差異，其中腸道菌群代謝物米那普侖在腸源性膿毒癥耐受型小鼠中的含量明顯升高；糞菌移植實驗進一步證實腸道菌群可影響腸源性膿毒癥的敏感性。該研究揭示了腸道菌群代謝物米那普侖通過調節AHR/ILC3/IL-22信號從而增強腸I/R損傷的耐受性，為腸I/R損傷及腸源性膿毒癥提供了新的治療策略。
 

圖片來源：《Cell Reports Medicine》

研究材料
該研究用到了無菌小鼠、腸上皮芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AHR）基因條件性敲除小鼠、Il-22基因敲除小鼠（由賽業生物提供）、小腸類器官等實驗材料。

技術方法
該研究用了16SrRNA基因測序、非靶向代謝組學技術、糞菌移植實驗、流式細胞術實驗、QPCR實驗、免疫熒光染色、免疫組化染色、小腸類器官培養和3型固有淋巴細胞共培養體系等實驗方法。

技術路線
01 腸缺血再灌注誘導的腸源性膿毒癥模型中發現小鼠存在易感性差異
02 代謝組學技術發現米那普侖的含量和色氨酸代謝水平在易感性差異小鼠中存在明顯變化/患者術前糞便的米那普侖含量與術后的腸損傷易感性相關
03 糞菌移植實驗證實腸道菌群可影響腸源性膿毒癥的敏感性
04 通過Ahr基因條件性敲除小鼠、Il-22基因敲除小鼠在體模型和小腸類器官離體模型發現，米那普侖可通過活化AHR促進ILC3釋放IL-22減輕腸I/R損傷

研究結果
1.腸道I/R誘導的腸源性膿毒癥小鼠在易感性上存在顯著差異
該研究通過建立腸I/R誘導的腸源性膿毒癥小鼠模型，依據小鼠膿毒癥損傷評分（Murine sepsis score, MSS）發現腸源性膿毒癥小鼠在易感性上有顯著差異。如圖1A所示，部分小鼠在再灌注6小時的MSS評分很低（014），這些小鼠的MSS在造模后急劇升高，并在隨后的幾天內死亡；這組被小鼠定義為腸源性膿毒癥敏感小鼠（Enterogenic-sensitive mice, ESSM）。與ESSM組相比，ESTM組小鼠存活率更高、腸源性膿毒癥損傷更輕。這些表明，小鼠對腸源性膿毒癥的易感性有顯著差異。
 

小鼠具有顯著的腸源性膿毒癥易感性差異^[1]

2.腸源性膿毒癥敏感型和耐受型小鼠其自身體內的腸道菌群和代謝物豐度存在差異
該研究通過16S rRNA基因測序發現，ESTM和ESSM兩組小鼠間腸道菌群數量與組成存在顯著差異；非靶向代謝組學發現，兩組間的代謝物組成也存在顯著差異，其中ESTM組小鼠糞便中米那普侖的含量和色氨酸代謝水平明顯升高。進一步，研究人員利用無菌小鼠（C57BL/6J背景，由賽業生物提供）證實米那普侖為腸道菌群代謝產物。
 

不同腸源性膿毒癥易感性小鼠間的腸道菌群及代謝物差異^[1]

3.腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性
將ESTM和ESSM兩組小鼠術前的糞便移植給偽無菌小鼠，接受ESTM組糞便的小鼠明顯減輕了腸I/R誘導的腸及腸外器官損傷，相反接受ESSM組糞便的小鼠明顯加重了腸I/R誘導的腸及腸外器官損傷。另外根據體外循環患者術后第7天急性胃腸功能損傷（Acute gastrointestinal function injury, AGI）評分，將患者隊列分為AGI組（AGI≥1）和非急性胃腸功能損傷（Non-AGI, NAGI）組（AGI=0）。結果發現，CPB患者術前糞便的米那普侖含量與術后的腸損傷易感性相關，進一步分別將AGI組和NAGI患者術前糞便移植給小鼠，也進一步證明了腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性。
 

腸道菌群影響腸源性膿毒癥小鼠的易感性^[1]

4.米那普侖通過激活腸上皮細胞AHR受體減輕腸I/R損傷
研究人員利用腸上皮芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AHR）基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業生物提供）、小腸類器官離體缺氧再復氧模型，進一步證明米那普侖通過激活腸上皮細胞AHR受體減輕腸I/R損傷。
 

米那普侖激活腸上皮細胞AHR受體減輕腸I/R損傷^[1]

5.米那普侖通過腸上皮細胞AHR受體增加3型固有淋巴細胞比例和IL-22的水平
研究人員利用AHR基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業生物提供）進一步證明米那普侖可通過AHR受體增加3型固有淋巴細胞比例和IL-22水平。生存率結果顯示，米那普侖，AHR受體激動劑FICZ和重組IL-22可明顯提高腸I/R小鼠的生存率。
 

米那普侖通過腸上皮細胞AHR受體增加3型固有淋巴細胞比例和IL-22的水平^[1]

6.AHR受體激動劑FICZ通過3型固有淋巴細胞釋放IL22減輕腸I/R損傷
研究人員利用IL-22基因條件性敲除小鼠（C57BL/6J背景，由賽業生物提供）、小腸類器官離體缺氧再復氧模型，進一步證明AHR受體激動劑FICZ通過3型固有淋巴細胞釋放IL22減輕腸I/R損傷。
 

AHR受體激動劑FICZ通過IL22釋放減輕腸I/R損傷^[1]

7.IL-22通過激活Wnt和Notch通路促進腸道干細胞的自我更新減輕腸I/R損傷
研究人員進一步在C57BL/6J小鼠體內缺血再灌注實驗和小腸類器官缺氧再復氧實驗中，發現重組IL-22處理會激活Wnt和Notch通路進一步促進腸道干細胞的自我更新減輕腸I/R損傷。
 

IL-22通過激活Wnt和Notch通路促進腸道干細胞的自我更新減輕腸I/R損傷^[1]

研究結論
該研究揭示了AHR/ILC3/IL-22信號調節腸I/R損傷的新機制，發現腸道菌群是腸I/R所致腸源性膿毒癥易感的重要因素，腸道菌群代謝物米拉普侖通過調節AHR/ILC3/IL-22信號增強腸源性膿毒癥的耐受性，是防治腸I/R損傷及腸源性膿毒癥的潛在藥物。

原文檢索：
[1]Deng F, Hu JJ, Lin ZB, Sun QS, Min Y, Zhao BC, Huang ZB, Zhang WJ, Huang WK, Liu WF, Li C, Liu KX. Gut microbe-derived milnacipran enhances tolerance to gut ischemia/reperfusion injury. Cell Rep Med. 2023 Mar 21;4(3):100979. doi: 10.1016/j.xcrm.2023.100979
 

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免疫系統,皮膚,腫瘤研究,神經系統,信號轉導,消化系統,蛋白質代謝,肝臟/膽道系統