抽烟危害-又见外烟

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抽烟危害

2021-07-02 13:35:53 admin

吸烟会导致不良健康影响,可能在开始吸烟后不久发生,并导致炎症和心肺疾病的发展。新兴研究已经证明了肠道微生物组在疾病发病机制中的作用。肠道微生物组容易受到吸烟等环境因素的影响,最近的研究表明吸烟者的微生物组发生了变化。正在开发候选改良风险烟草产品 (CMRTP) 以提供替代产品,以降低无法或不愿戒烟的吸烟者与吸烟相关的健康风险。在本研究中,ApoE –/–基于热不燃烧原理[碳加热烟草产品 1.2 (CHTP 1.2) 和烟草加热系统 2.2 ( THS 2.2)] 在 6 个月内对肠道微生物组的影响。还评估了在 CS 暴露 3 个月后停止或改用 CHTP 1.2 的效果。下一代测序用于评估 CMRTP 气溶胶与 CS 相比对小鼠消化道微生物组组成和基因表达的影响。我们的分析强调了在 4 个月和 6 个月时响应 3R4F 暴露的显着基因失调。研究结果表明,阿克曼西亚科的丰度有所增加CS 暴露后,停止后逆转。停止导致Akkemansiaceae丰度显着下降,而切换到 CHTP 1.2 导致Lactobacillaceae丰度增加这些微生物变化对于了解 CS 对肠道功能的影响及其通过微生物组与疾病发病机制的相关性可能很重要

介绍

众所周知,胃肠道微生物组的组成和稳定性与其宿主的健康密切相关(Sommer and Bäckhed, 2013)。肠道微生物群紊乱到称为生态失调的状态通常与疾病有关。这可能是由于化学损伤引起的——这引起了毒理学界越来越多的兴趣——并且有人认为,了解潜在毒物对肠道微生物群的影响对于全面了解它们对宿主的生理影响是必要的。Licht 和 Bahl,2018 年)。尤其是肠道微生物组,不仅在食物消化和关键代谢物和维生素的合成中发挥着重要作用,而且还涉及许多不同的疾病状态,包括糖尿病和神经系统疾病。最近的研究证明了肠道微生物组在疾病发病机制中的作用(Magami 等,1990Bibiloni 等,2006Bringiotti 等,2014Scotti 等,2017)。特别是,它与炎症、免疫状态和肠道边界完整性有关。在肥胖受试者中也观察到肠道微生物群的变化(Turnbaugh 等人,2009 年Henao-Mejia 等人,2012 年))、炎症性肠病(Palm 等人,2014 年)、结直肠癌(Gagniere 等人,2016 年)和糖尿病(Qin 等人,2012 年)。微生物组的组成最近也与动脉粥样硬化心血管疾病状态有关(Jie et al., 2017)。

肠道微生物组易受吸烟等环境因素的影响,最近的研究表明吸烟者的微生物组发生了变化(Charlson et al., 2010 ; Brook, 2011 ; Savin et al., 2018)。由于并非所有吸烟者都必须戒烟,因此正在开发替代改良风险烟草产品 (MRTP),为无法或不愿戒烟的吸烟者提供替代产品。美国食品和药物管理局将 MRTP 定义为“任何为了减少与商业销售的烟草产品相关的烟草相关疾病的危害或风险而出售或分发的烟草产品”(食品和药物管理局,2012 年FDA, 2015年)。碳加热烟草产品 (CHTP) 1.2 和烟草加热系统 (THS) 2.2 是菲利普莫里斯国际公司 (PMI) 开发的两种此类加热不燃烧烟草产品(Smith 等人,2016 年Phillips 等人,2018 年)。

在这里,我们对先前报道的一项研究的胃肠方面进行了分析,该研究使用 ApoE –/–小鼠模型来评估这些产品相对于香烟烟雾 (CS) 暴露对呼吸和心血管的影响(Phillips 等人,2019 年) . 在这项研究中,ApoE –/–小鼠暴露于来自 3R4F 参考香烟的 CS 或来自两种候选改良风险烟草产品 (CMRTP)、THS 2.2 或 CHTP 1.2 的气雾剂,时间超过 6 个月。在这里,我们检查了这些产品对胃肠道的影响,特别关注微生物组。我们研究了暴露的长期影响,以及在 CS 暴露 3 个月后戒烟和改用 CHTP 1.2 气雾剂的具体影响。

材料和方法

一般研究设计

之前已经描述了一般研究设计 ( Phillips et al., 2019 ),为了完整起见,这里对其进行重述。简而言之,雌性 ApoE –/–小鼠被随机分为补充图 1所示的组. 假手术组暴露于过滤空气中,3R4F 组暴露于来自 3R4F 参考卷烟的 CS(600 μg 总颗粒物 [TPM]/L 气雾剂;目标暴露浓度相当于 28 μg 尼古丁/L),CHTP 1.2 组暴露于气雾剂从 CHTP 1.2(尼古丁水平与 3R4F CS 匹配,相当于 28 μg 尼古丁/L),THS 2.2 组从 THS 2.2 到气雾剂(尼古丁水平与 3R4F CS 匹配,相当于 28 μg 尼古丁/L)。戒烟和转换 CHTP 1.2 组最初暴露于 3R4F CS(600 μg TPM/L 气雾剂)3 个月,然后暴露于过滤空气(戒烟组)或 CHTP 1.2 气雾剂(转换 CHTP 1.2 组;尼古丁水平与 3R4F 匹配CS 相当于 28 μg 尼古丁/L)。解剖时间点在第 3、4 和 6 个月之后(参见补充图 1)。

参考香烟、CMRTP 和测试气氛生成

主流 CS 是由 3R4F 卷烟产生的(肯塔基大学1 ) 在 30 端口旋转吸烟机上,如前所述( Phillips 等人,2015 年)。来自 CHTP 1.2 和 THS 2.2 烟杆的气溶胶是在配备相应烟杆支架的改进型 30 端口旋转吸烟机上产生的( Phillips 等人,2016 年 2018 年)。如前所述监测气溶胶暴露室中的气氛;有关程序的详细说明,请参阅Phillips 等人。(2016)菲利普斯等人。(2015)与本研究相对应的数据集可在以下网址访问: https : //doi.org/10.26126/intervals.8lafdu.1有关动物圈舍、随机化和适应环境的更多详细信息,请参阅先前研究的出版物(布埃等人,2012 年2013 年菲利普斯等人,2015 年);组大小基于先前证明的统计设计(Boue et al., 2012 , 2013 ; Phillips et al., 2015 , 2016),以在保持统计功效的同时最小化动物数量。

动物护理和福利

所有涉及动物的程序均在国际实验动物护理评估和认证协会认可的设施中进行,并获得新加坡农业食品和兽医局的许可,并获得机构动物护理和使用委员会的批准(IACUC 协议 #15038 ) 并遵守国家实验室动物研究咨询委员会关于科学目的动物护理和使用指南 ( NACLAR, 2004 )。母 B6.129P2-Apoe tm1Unc N11 ApoE –/–在无特定病原体条件下繁殖的小鼠获自 Taconic Biosciences (Germantown, NY, United States)。使用饲养员提供的健康检查证明对到达时小鼠的年龄和健康状况进行验证。对活体动物进行了额外的健康检查(研究开始前六只动物,研究结束时再次检查;健康筛查小组 450 M)并使用血清样本(第 3 个月;健康筛查小组 SM246;Envigo,Hillcrest,英国)。

基于笼子的粪便采样,生命研究阶段

在第 1、2、3、4 和 5 个月,从第 6 个月解剖组的动物中收集样品。最初每个暴露组至少有 8 个笼子(每个笼子 6-8 只动物);在连续暴露组(CHTP、THS 和 Sham)中,在时间点 4 和 5 使用六个笼子(见补充表 1详情)。在预定的笼子更换后的第二天收集粪便颗粒(以便没有样品留在笼子中超过 24 小时)。从第 33 天开始,以 4 周(28 天)的间隔(±2 天)收集样品。从每个笼子中收集九个颗粒并分配到三个微量离心管中。然后将管置于干冰床顶部的冷冻箱中,并转移到超低温冰箱 (<-70°C) 中进行储存,直到运送到测试地点(或生物储存室)进行处理。对于基于笼子的采样,选择了所有第 6 个月的组,以确保在整个研究过程中对相同的笼子进行采样。如前所述选择和处理专用于个体分子分析的小鼠 ( Phillips et al., 2016)。然后将样品储存在 -80°C 直到进一步处理(补充图 2)。

尸检期间收集的样本

在尸检时(补充表 2),盲肠与肠和结肠分离并分离。然后取出盲肠内容物并转移到 2 毫升安全锁管中。然后在一侧纵向切开剩余的盲肠组织,并在磷酸盐缓冲盐水中冲洗以去除任何剩余的盲肠内容物。然后将组织在 MagnaLyser 管中速冻并储存在 <-70°C 直至进一步处理。当存在时,在尸检时也去除粪便颗粒。从结肠中取出最多两个颗粒并转移到 2 毫升无 RNA 酶的管中,速冻并储存在 <-70°C(在运送到生物储存/纳沙泰尔进行储存或分析之前)。

DNA 分离和测序

酶生物文库制备

使用 ZymoBIOMICS DNA Miniprep 试剂盒(目录号 D4300;Zymo Research, Irvine, CA, United States)和协议版本 1.2.2 从粪便样品中提取 DNA。使用 MagNA Tissue Lyser(Roche、Basel 和 Roche)研磨样品,并在 Qubit 2.0 荧光计(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,美国)上对提取的 DNA 进行定量。使用 Covaris E220 聚焦超声仪 (Matthews, NC, United States) 剪切 DNA,并使用 NuGEN Ovation Ultralow system V2 试剂盒 (San Carlos, CA, United States) 制备 DNA 测序文库。

Qiagen图书馆准备

使用 QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit(QIAGEN,Hilden,Germany)从粪便样本中提取 DNA。QIAamp 粪便病原体检测方案与改进的裂解方案一起使用,其中使用钢珠 (Qiagen) 研磨样品,涡旋均质,70°C 裂解 5 分钟,再次涡旋,并在 95 ℃孵育 2 分钟℃。在 NanoDrop1000 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, United States) 上对提取的 DNA 进行定量。使用Covaris E220聚焦超声仪剪切DNA,使用NuGEN Ovation Ultralow system V2试剂盒制备DNA测序文库。

盲肠 RNA Seq 文库制备

使用 MagNA Tissue Lyser 研磨组织。RNA提取通过在QIAcube(Qiagen,Hilden,Germany)上使用miRNeasy Mini Kit进行。使用 Agilent RNA 6000 Nano Kit 在 NanoDrop1000 上进行定量并在生物分析仪上进行质量控制。使用 TruSeq Stranded mRNA 样品制备试剂盒(Illumina, San Diego, CA, United States)制备 DNA 测序文库。

测序

通过使用 Illumina HiSeq 3000/4000 PE Cluster Kits (Illumina),将归一化的文库合并为多路复用并在 Illumina HiSeq 3000/4000 PE 流动池上聚类。使用 Illumina HiSeq 3000/4000 SBS 试剂盒(300 个循环)在 Illumina HiSeq 4000 系统上进行测序。

生物信息学

RNA测序数据处理

对于 RNA Seq 读数分析,使用 Hisat2 ( Sirén et al., 2014 ) 2.1.0 版将原始读数直接映射到小鼠基因组组装 (GRCm38),无需过滤使用 HTSeq 套件 ( Anders et al., 2015 ) 0.11.0 版中的“count”程序对读取进行计数差异基因表达通过使用 Deseq2 ( Love et al., 2014 ) version 1.18.1 确定,其中差异表达的标准化和计算分别在每个时间点进行。相对于假暴露组在每个时间点计算每个暴露条件的差异基因表达。

DNA测序数据处理

将测序读数清除接头(修剪后的最小长度,100 个碱基)并修剪至最大长度 150 个碱基。清洗后,读取按顺序映射到小鼠基因组组装 (GRCm38)、人类基因组 (GRCh38)、病毒序列集合和质粒序列集合。在每一步,只保留读取对,无法映射读取。经过清洗、修整和筛选后,这些reads被映射到来自细菌、古细菌和原生生物的“染色体”和“完整基因组”序列的参考数据库,该数据库是通过查询NCBI Assembly网站获得的2 . 读取映射是通过使用 minimap2 ( Li, 2018) 2.8 版。保留并计数标记为“正确配对”且映射质量值超过 5 的读数。合并了样本计数,并在后处理中添加了来自 NCBI 分类法的分类信息。从分析中删除了少于 100,000 个映射序列读数的样本(在 CHTP 组中的笼式 ZymoBIOMICS 数据的情况下,一个样本,2 个月)。最终,仅选择细菌分类群进行下游分析。为了避免可能的映射伪影,删除了低丰度的分类群:通过仅保留最丰富的物种来过滤计数表,这些物种加起来占总平均映射读取数的 95%。在此步骤之后,在较高等级的分类单元级别进行分析。

统计分析

分别使用 DESeq2 ( Love et al., 2014 ) 1.18.1 和 1.22.2 版本在 R ( R Core Team, 2018 ) 版本 3.4.3 和 3.5.1 中分别进行了个体水平分析和笼子水平分析对于微生物组分析,差异分类群丰度的估计类似于基因表达数据,但使用微生物分类群计数而不是基因计数。对于笼子收集的粪便样本,差异丰度基于暴露和时间点的简单加法模型(均以 R 表示为因子)建模:

一种nd一种nC电子Xr电子+一世电子一世n

对于长期效应模型(第 1-5 个月),暴露对比相对于假手术组,时间对比相对于第 1 个月。对于转换效应模型(第 3-5 个月),暴露对比相对于CS 暴露组和时间对比相对于第 3 个月。 Deseq2 分析的完整结果见补充数据表 2

系统发育树使用 GraPhlAn 软件生成(Asnicar et al., 2015)。

结果

笼智效应

这里测量的效果是每个笼子随时间测量的变化。有关关键分类群的简要概述,请参阅图表部分(图 1)。

图1
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图 1.系统发育树代表在 DNA 分离方法执行的时间序列分析中出现的主要分类群 1. 系统发育数据取自 NCBI 分类数据库,其中仅显示门、科和属的分类等级。进化枝标记的大小表示分类单元的平均归一化读数丰度。假家族和假属用于定义在较低分类水平但缺乏较高等级分类的生物。

CS 和 CMRTP 气溶胶暴露的长期影响

暴露类型对微生物组组成的影响是通过将差异丰度建模为相对于假暴露的气溶胶暴露类型的函数以及相对于参考时间点(在本例中为第 1 个月)的时间函数来确定的。 所有治疗组5 个月内粪便微生物组发生了显着变化(图 2)。使用 DNA 分离方法 1 (ZymoBiomics) 进行的分析揭示了假手术和 CS 暴露之间相对较少但非常显着的差异。在门水平上,观察到疣微菌丰度显着增加,这可以追溯到属于较低分类等级的Akkermansia,在家庭水平上,卟啉单胞菌科的数量减少观察到丰度。在CHTP 1.2组中,梭菌科在科水平上丰度下降;在属水平上,Adlercreutzia的丰度增加,而Mordavella的丰度减少。THS 2.2 暴露组没有显示出显着变化,尽管观察到了一些统计上不显着的变化,例如,梭菌科的丰度。在时间依赖性方面,属水平的两个变化在一个以上的时间点是显着的,特别是随着时间的推移肠球菌的丰度降低,Turicibacter 的丰度增加

图2
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图 2.基于笼式采样的 5 个月连续暴露对粪便微生物组组成(不包括转换组)的影响。各种微生物分类群(y 轴)丰度的倍数变化被建模为相对于假手术组的暴露类型和相对于第一个时间点(第 1 个月)的时间点的函数。两种 DNA 分离方法用于从笼子收集的不同样本。显着性值表示如下:*** p ≤ 0.001;**0.001 < p ≤ 0.01;*0.01 < p < 0.05;*0.05 < p < 0.1。

DNA 分离方法 2 (Qiagen) 的发现显示了与方法 1 观察到的相似的疣微菌趋势:它们在 CS 组和 CHTP 1.2 组中相对于假手术更丰富。家族水平的另一个显着丰度差异是乳杆菌科丰度,在 THS 2.2 组中显着增加,但在 CS 组中减少,尽管不显着;在相应的属水平(乳酸杆菌)上也看到了这种趋势否则,所有的三个暴露组经历了丰属的下降Aaerostipes瘤胃球菌属,虽然后者不是CS组在统计学上显著。方法 1 的结果显示了时间依赖性Turicibacter丰度:随着时间的推移逐渐增加,并在第 4 个月和第 5 个月变得显着。消化链球菌科的丰度通常随着时间的推移而增加,但仅在第 2 个月显着增加。

短期内三个CS暴露组的相似性

为了分析戒烟效果,两个干预组(转换 CHTP 1.2 和戒烟)以与之前相同的方式建模,只是使用 3R4F 作为参考暴露,第 1 个月作为初始暴露和第 3 个月的参考(即,干预时间点)用于转换/停止分析。从第 1 个月到第 3 个月,细菌分类群丰度没有显着差异(补充图 3) 暴露于 3R4F 气溶胶的组(即 CS、停止和转换组)之间。对于 DNA 分离方法 1,一些时间依赖性影响与之前的相似,但更明显:疣微菌丰度变化的意义更明显,厚壁菌丰度的减少也是如此。使用 DNA 分离方法 2,观察到的微生物丰度变化有一些相似之处,但另外一些变化是明显的,而方法 1 没有观察到:两种方法都观察到疣微菌的丰度随时间增加,但放线菌的丰度仅在方法 2 中观察到变化;将这种变化追踪到较低的分类等级后,似乎双歧杆菌是造成这种趋势的原因。

停止/转换

停止和切换到 CHTP 1.2 的效果是通过对比这两组与持续 CS 暴露组的倍数变化以及对比第 3 个月相对于切换时间点的时间进程发展来建模的(图 3)。因此,这部分分析与上述分析共享时间点 3。DNA 分离方法 1 的结果显示,停止和转换后几乎没有变化,主要的变化是转换 CHTP 1.2 组乳酸杆菌丰度的增加根据 DNA 分离方法 2 的结果,转换组和停止组中的乳酸杆菌丰度也有所增加,尽管后者的程度不显着。虽然阿克曼西亚 戒烟组的丰度显着下降,转换组的丰度也下降,尽管不显着。

图 3
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图 3.停止/改用 CHTP 1.2 对持续吸烟的影响(下图)。干预时间点是第 3 个月。 各种微生物分类群(y 轴)丰度的倍数变化被建模为相对于 CS 暴露组的暴露类型以及相对于停止/在第 3 个月切换时间点。对取自笼子的不同样本使用了两种 DNA 分离方法。显着性值表示如下:*** p ≤ 0.001;**0.001 < p ≤ 0.01,*0.01 < p < 0.05;*0.05 < p < 0.1。

个人层面的影响

针对每个暴露组和每个时间点分析粪便微生物组中各种分类群的差异丰度(补充图 4)。在粪便中,在许多情况下差异丰度很明显。然而,根据该模型,这些变化中很少有统计上的显着性。单个样品测量的可变性超过了笼式分析中可以看到的信号。在盲肠食糜中(补充图 4),暴露的影响稍微更明显,这意味着盲肠比结肠对 CS 的影响更敏感,或者暴露效应沿着消化道的长度减弱。为了研究盲肠和粪便物质的发现的相似性,将两种样品类型中最重要的分类群的标准化丰度建模为彼此的线性模型(补充表 3)。两种样品类型中丰度极其相似的关键科包括AkkermansiaceaeErysipelotrichaceaeBifidobacteriaceae

盲肠基因表达分析

暴露于 3R4F CS 主要在较晚的时间点(4 和 6 个月;对于一般概述,参见图 4;对于特定基因,参见图 5影响盲肠转录组暴露于 3R4F CS 4 个月后,盲肠中有 18 个基因显着下调。Defa24(防卫素,α,24),PDZK1(含有PDZ结构域1),载脂蛋白A1(载脂蛋白A1),OCM(oncomodulin),和Slc5a11(溶质载体家族5部件11)在3R4F CS的月4前五下调的基因接触。在暴露于 3R4F CS 的第 6 个月,14 个基因显着失调(12 个上调,2 个下调)。虽然1700029E06Rik(RIKEN cDNA 基因)、Af366264(cDNA 序列)和Zic3(小脑 3 的锌指蛋白)显着上调,Ighv1-52(免疫球蛋白重变量 1-52)和Igkv9-124(免疫球蛋白 kappa 链变量 9-124 ) 显着下调。在暴露于 CMRTP 气溶胶的小鼠中,盲肠组织分析显示,在第 6 个月的时间点,THS 2.2 组(相对于假手术组)有一个差异表达基因,而 CHTP 1.2 组没有差异表达基因。3 个月后,戒烟将转录组恢复到接近假手术组的水平。只有两个基因——Barx(BarH 样同源框 1)和Slc34a2(溶质携带者家族 34 名成员 2)——戒烟组在暴露 4 个月时(即戒烟 1 个月后)出现显着失调。与停止类似,切换到 CHTP 1.2 将转录组恢复到与假组相似的状态。在 6 个月的时间点,只有一个基因Rfpl3s(RIKEN cDNA 4930563M21 基因)在盲肠中仍然失调。

图 4
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图 4.不同暴露组小鼠盲肠组织的差异基因表达分析,显示为“火山图”。每个数据点对应一个基因,x 轴值是暴露组相对于假手术组的 log2 倍数变化,y 轴是与倍数变化相关的调整p的负 log10 调整后的p值 <= 0.05 且绝对表达倍数变化大于 2 的点呈现为大圆圈,并根据它们的表达倍数变化小于 –2(浅蓝色)还是大于 2(黄色)而着色。

图 5
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图 5.代表盲肠中差异表达基因的热图。蓝色表示显着 ( p <= 0.05) 降低的表达,红色表示显着增加的表达。着色强度随 log2 倍数变化而变化。

讨论

在本研究中,我们在尼古丁匹配浓度下比较了 CMRTP 气雾剂与 3R4F CS 气雾剂对 ApoE –/–小鼠微生物组和盲肠基因表达的影响。

在笼式微生物组分析中观察到的变化及其方法之间的一致性

对于长期分析,我们检查了 5 个月内长期暴露于气溶胶相对于假暴露的绝对影响。我们通过使用笼式样品来做到这一点,这些样品通过两种不同的 DNA 分离方法进行分析。3R4F 暴露的最显着影响是疣微菌门丰度的显着增加,这两种 DNA 分离方法都证明了这一点。暴露类型之间的显着差异是乳酸菌的增加丰度,根据方法 2,在非 CS 暴露组中;效果在THS 2.2组中显着,在CHTP 1.2组中接近显着,而3R4F组中没有显着降低。Turicibacter 随时间增加的结果尚不清楚,因为 Turicibacter 不是一个被高度研究的属,然而,最近的研究表明,该属的至少一个物种与小鼠肠道中的血清素代谢之间存在联系(Fung et al ., 2019 年)。该效应似乎不依赖于任何特定的暴露方案,并且可能是与年龄相关的效应。

在短期内,所有三组最初都暴露于 CS,两个非 CS 暴露组相对于 CS 暴露组进行了分析。直到第 3 个月的转换/停止时间点,各组之间没有显着差异,表明重复组之间具有良好的可重复性。有一些短期的时间依赖性变化,例如肠球菌的减少丰富; 这种影响在两种 DNA 分离方法中都具有一定的可重复性,因为趋势是在相同的变化方向上,尽管两种方法同时产生的影响并不显着。对于转换/停止阶段,转换组显示出两个明显的变化。首先是非 CS 暴露组(相对于 CS 暴露组)中疣微菌丰度的减少,这在停止组中非常显着,在 CHTP 1.2 组中接近显着。另一个是两个非 CS 暴露组乳酸杆菌丰度的增加,尽管仅在 CHTP 1.2 组中增加显着。

许多研究的结果往往受到所用方法的影响(Poussin et al., 2018),因此,不同方法之间的一致性是必不可少的。在本研究中,暴露的主要影响在两种 DNA 分离方法之间一致观察到,但是,仅对两种方法之一观察到许多影响。方法之间可能存在不一致的原因有两个。一方面,笼式采样涉及收集的样本可能并不总是来自同一只动物,甚至可能是来自多只动物的样本的混合物。这意味着在笼式采样中无法解释动物间的变异,因此,样本之间的随机变异性高于必要的。另一个差异来源是试剂盒的材料和试剂,它们在从各种微生物分类群中分离 DNA 方面可能具有不同的功效。CHTP 1.2 开关组中的乳酸杆菌丰度。在我们的分析中,Qiagen 和 ZymoBiomics 试剂盒既检测了疣微菌丰度的变化,也显示了其他变化的一致性,例如在转换/停止阶段存在乳杆菌科

关于这些发现的生物学意义,最近的研究表明,吸烟不仅会影响人体的组织和器官,还会影响和改变肠道微生物群(Biedermann et al., 2014 ; Allais et al., 2016)。 . Akkermansiaceae是一类常见于哺乳动物肠道中的粘蛋白降解细菌。这些细菌在健康受试者的肠道中通常比在糖尿病和肥胖患者(Santacruz 等人,2010 年Karlsson 等人,2012 年Tilg 和 Moschen,2014 年)或肠道疾病患者(Png 等人., 2010)。这与我们之前的分析形成对比,我们在之前的分析中证明了 3R4F CS 暴露会导致肺部炎症、肺气肿变化和动脉粥样硬化斑块面积的增加,这与 3R4F CS 暴露与疾病状态相关的观点一致。针对 CMRTP 气溶胶暴露,Akkermansiaceae丰度在暴露后 3 或 5 个月后没有明显增加,这表明 CMRTP 气溶胶对肠道微生物群的影响不如 3R4F CS 明显。其他研究也显示了烟雾暴露对阿克曼氏菌丰度的类似影响Tam 等人,2020),他在雄性小鼠中观察到这种效应最为强烈。相比之下,本研究仅使用雌性小鼠产生这种效果。在宿主转录组水平上,我们的研究表明盲肠基因对 3R4F CS 的反应显着失调,但对 CMRTP 气溶胶、停止或转换的反应没有显着变化。基因表达分析显示,暴露 4 个月后对抑制产生显着影响,暴露 6 个月时激活,表明在长期暴露期间激活了一系列不同的机制和途径。

与炎症性肠病的潜在联系

已显示香烟烟雾会影响两种最常见的 IBD,克罗恩病 (CD) 和溃疡性结肠炎 (UC) 的严重程度和进展。吸烟与 CD 的预后较差和生活质量较差有关 ( Cosnes, 2010 )。控股等。(1984)报道,有积极吸烟习惯的 CD 患者疾病复发率增加,疼痛更严重。相比之下,主动吸烟与 UC 的发展之间存在负相关(Birrenbach 和 Bocker,2004 年),包括对疾病风险、进展和复发率的影响。阿克曼菌科已知是嗜粘液菌,居住在粘液中并以粘液为食,粘液是保护性肠道屏障的一部分。尽管在这项研究中没有直接测量粘液层厚度,但阿克曼菌科丰度的增加可能表明烟雾暴露会导致粘液产生增加或粘液成分发生变化,至少后者已在长期暴露在烟雾中的小鼠(Verschuere 等人,2012 年)。这可能是解释观察到的吸烟与 UC 发展之间的反比关系的链接之一;在其他动物模型中已经观察到烟雾引起的粘液层变化(Verschuere 等人,2012 年)并且可能与这种影响有关(Savin 等人,2018 年))。此外,烟雾暴露引起的各种变化表明,其中一些细菌可能是肠道菌群失调的早期指标,这可能与 CS 导致 CD 恶化有关。

概括

在 CS 或 CMRTP 气溶胶暴露后,小鼠肠道微生物组中仅观察到相对较小的变化。然而,其中一些变化对于理解 CS 对肠道的影响及其在影响各种炎症性肠病亚型中的作用可能具有重要的功能。最值得注意的是,与假气溶胶暴露组相比,CS 暴露组的样本中阿克曼菌科的含量通常更高;这种细菌与肠道屏障功能有关