Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích vi mạch trên chuột gnotobiotic cho thấy sự tiếp xúc với vi sinh vật trong giai đoạn sơ sinh đóng vai trò thiết yếu trong sự phát triển của hệ thống miễn dịch
Tóm tắt
Các nghiên cứu dịch tễ học đã gợi ý rằng sự tiếp xúc với các vi sinh vật cộng sinh trong giai đoạn sơ sinh là rất quan trọng cho sự phát triển bình thường của hệ thống miễn dịch của vật chủ. Nghiên cứu cơ bản liên quan đến chuột gnotobiotic đã chỉ ra rằng việc định cư ở độ tuổi 5 tuần là quá muộn để tái lập chức năng miễn dịch bình thường. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kiểm tra các hồ sơ transcriptome của ruột lớn (LI), ruột nhỏ (SI), gan (LIV) và lách (SPL) của 3 mô hình định cư vi khuẩn—chuột không có tác nhân gây bệnh (SPF), chuột ex-germ-free với việc tái lập vi khuẩn ngay tại thời điểm sinh (0WexGF), và chuột ex-germ-free với việc tái lập vi khuẩn ở độ tuổi 5 tuần (5WexGF)—và so sánh chúng với các chuột germ-free (GF). Hàng trăm gen đã bị ảnh hưởng ở tất cả các mô trong mỗi mô hình đã định cư; tuy nhiên, một phương pháp phân tích làm giàu tập hợp gen, MetaGene Profiler (MGP), đã chỉ ra rằng các thay đổi cụ thể về các danh mục Gene Ontology (GO) chủ yếu xảy ra ở 0WexGF LI, SPF SI, và 5WexGF SPL, tương ứng. Phân tích MGP về các đường dẫn tín hiệu đã tiết lộ những thay đổi nổi bật trong tín hiệu thụ thể nhận diện kiểu (TLR) và interferon loại 1 (IFN) trong LI của chuột 0WexGF và SPF, nhưng không có ở chuột 5WexGF, trong khi chuột 5WexGF cho thấy những thay đổi cụ thể trong tín hiệu chemokine. Phân tích RT-PCR các gen liên quan đến TLR cho thấy rằng sự biểu hiện của yếu tố điều hòa interferon 3 (Irf3), một yếu tố phiên mã giới hạn tốc độ quan trọng trong việc kích thích IFN loại 1, đã giảm mạnh ở chuột 0WexGF và SPF nhưng không ở chuột 5WexGF và GF. Nghiên cứu hiện tại cung cấp thông tin mới quan trọng liên quan đến các cơ chế phân tử của "giả thuyết vệ sinh".
Từ khóa
#Hệ thống miễn dịch #vi sinh vật cộng sinh #chuột gnotobiotic #phương pháp phân tích làm giàu tập hợp gen #giả thuyết vệ sinhTài liệu tham khảo
Strachan DP: Hay fever, hygiene, and household size. BMJ. 1989, 299: 1259-1260. 10.1136/bmj.299.6710.1259.
Romagnani S: The increased prevalence of allergy and the hygiene hypothesis: missing immune deviation, reduced immune suppression, or both?. Immunology. 2004, 112: 352-363. 10.1111/j.1365-2567.2004.01925.x.
Bjorksten B: The hygiene hypothesis: do we still believe in it?. Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program. 2009, 64: 11-18. discussion 18–22, 251–257
Noverr MC, Huffnagle GB: The 'microflora hypothesis' of allergic diseases. Clin Exp Allergy. 2005, 35: 1511-1520. 10.1111/j.1365-2222.2005.02379.x.
Kosiewicz MM, Zirnheld AL, Alard P: Gut microbiota, immunity, and disease: a complex relationship. Front Microbiol. 2011, 2: 180-
Gronlund MM, Arvilommi H, Kero P, Lehtonen OP, Isolauri E: Importance of intestinal colonisation in the maturation of humoral immunity in early infancy: a prospective follow up study of healthy infants aged 0–6 months. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2000, 83: F186-F192. 10.1136/fn.83.3.F186.
Menard O, Butel MJ, Gaboriau-Routhiau V, Waligora-Dupriet AJ: Gnotobiotic mouse immune response induced by Bifidobacterium sp. strains isolated from infants. Appl Environ Microbiol. 2008, 74: 660-666. 10.1128/AEM.01261-07.
Vercelli D: Mechanisms of the hygiene hypothesis–molecular and otherwise. Curr Opin Immunol. 2006, 18: 733-737. 10.1016/j.coi.2006.09.002.
Demengeot J, Zelenay S, Moraes-Fontes MF, Caramalho I, Coutinho A: Regulatory T cells in microbial infection. Springer Semin Immunopathol. 2006, 28: 41-50. 10.1007/s00281-006-0024-5.
Gerrard JW, Geddes CA, Reggin PL, Gerrard CD, Horne S: Serum IgE levels in white and metis communities in Saskatchewan. Ann Allergy. 1976, 37: 91-100.
de Lara C, Noble A: Dishing the dirt on asthma: What we can learn from poor hygiene. Biologics. 2007, 1: 139-150.
Resi D, Milandri M, Moro ML: Antibiotic prescriptions in children. J Antimicrob Chemother. 2003, 52: 282-286. 10.1093/jac/dkg302.
Flohr C, Pascoe D, Williams HC: Atopic dermatitis and the 'hygiene hypothesis': too clean to be true?. Br J Dermatol. 2005, 152: 202-216. 10.1111/j.1365-2133.2004.06436.x.
Flohr C, Yeo L: Atopic dermatitis and the hygiene hypothesis revisited. Curr Probl Dermatol. 2011, 41: 1-34.
Tlaskalova-Hogenova H, Stepankova R, Kozakova H, Hudcovic T, Vannucci L, Tuckova L, Rossmann P, Hrncir T, Kverka M, Zakostelska Z, et al: The role of gut microbiota (commensal bacteria) and the mucosal barrier in the pathogenesis of inflammatory and autoimmune diseases and cancer: contribution of germ-free and gnotobiotic animal models of human diseases. Cell Mol Immunol. 2011, 8: 110-120. 10.1038/cmi.2010.67.
Oyama N, Sudo N, Sogawa H, Kubo C: Antibiotic use during infancy promotes a shift in the T(H)1/T(H)2 balance toward T(H)2-dominant immunity in mice. J Allergy Clin Immunol. 2001, 107: 153-159. 10.1067/mai.2001.111142.
Sudo N, Sawamura S, Tanaka K, Aiba Y, Kubo C, Koga Y: The requirement of intestinal bacterial flora for the development of an IgE production system fully susceptible to oral tolerance induction. J Immunol. 1997, 159: 1739-1745.
Like AA, Rossini AA, Guberski DL, Appel MC, Williams RM: Spontaneous diabetes mellitus: reversal and prevention in the BB/W rat with antiserum to rat lymphocytes. Science. 1979, 206: 1421-1423. 10.1126/science.388619.
Rossini AA, Williams RM, Mordes JP, Appel MC, Like AA: Spontaneous diabetes in the gnotobiotic BB/W rat. Diabetes. 1979, 28: 1031-1032. 10.2337/diabetes.28.11.1031.
Kohashi O, Kuwata J, Umehara K, Uemura F, Takahashi T, Ozawa A: Susceptibility to adjuvant-induced arthritis among germfree, specific-pathogen-free, and conventional rats. Infect Immun. 1979, 26: 791-794.
Kohashi O, Kohashi Y, Takahashi T, Ozawa A, Shigematsu N: Reverse effect of gram-positive bacteria vs. gram-negative bacteria on adjuvant-induced arthritis in germfree rats. Microbiol Immunol. 1985, 29: 487-497.
Duchmann R, Kaiser I, Hermann E, Mayet W, Ewe K, Buschenfelde KH M: Tolerance exists towards resident intestinal flora but is broken in active inflammatory bowel disease (IBD). Clin Exp Immunol. 1995, 102: 448-455.
Musso G, Gambino R, Cassader M: Obesity, diabetes, and gut microbiota: the hygiene hypothesis expanded?. Diabetes Care. 2010, 33: 2277-2284. 10.2337/dc10-0556.
Okada H, Kuhn C, Feillet H, Bach JF: The 'hygiene hypothesis' for autoimmune and allergic diseases: an update. Clin Exp Immunol. 2010, 160: 1-9.
Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA, Paulovich A, Pomeroy SL, Golub TR, Lander ES, Mesirov JP: Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005, 102: 15545-15550. 10.1073/pnas.0506580102.
Al-Shahrour F, Diaz-Uriarte R, Dopazo J: FatiGO: a web tool for finding significant associations of Gene Ontology terms with groups of genes. Bioinformatics. 2004, 20: 578-580. 10.1093/bioinformatics/btg455.
Boorsma A, Foat BC, Vis D, Klis F, Bussemaker HJ: T-profiler: scoring the activity of predefined groups of genes using gene expression data. Nucleic Acids Res. 2005, 33: W592-W595. 10.1093/nar/gki484.
Khatri P, Draghici S: Ontological analysis of gene expression data: current tools, limitations, and open problems. Bioinformatics. 2005, 21: 3587-3595. 10.1093/bioinformatics/bti565.
Kim SY, Volsky DJ: PAGE: parametric analysis of gene set enrichment. BMC Bioinforma. 2005, 6: 144-10.1186/1471-2105-6-144.
Yan X, Sun F: Testing gene set enrichment for subset of genes: Sub-GSE. BMC Bioinforma. 2008, 9: 362-10.1186/1471-2105-9-362.
Dinu I, Potter JD, Mueller T, Liu Q, Adewale AJ, Jhangri GS, Einecke G, Famulski KS, Halloran P, Yasui Y: Improving gene set analysis of microarray data by SAM-GS. BMC Bioinforma. 2007, 8: 242-10.1186/1471-2105-8-242.
Lin R, Dai S, Irwin RD, Heinloth AN, Boorman GA, Li L: Gene set enrichment analysis for non-monotone association and multiple experimental categories. BMC Bioinforma. 2008, 9: 481-10.1186/1471-2105-9-481.
Abatangelo L, Maglietta R, Distaso A, D'Addabbo A, Creanza TM, Mukherjee S, Ancona N: Comparative study of gene set enrichment methods. BMC Bioinforma. 2009, 10: 275-10.1186/1471-2105-10-275.
Gupta PK, Yoshida R, Imoto S, Yamaguchi R, Miyano S: Statistical absolute evaluation of gene ontology terms with gene expression data. LNBZ. 2007, 4463: 146-157.
Watanabe-Fukuda Y, Yamamoto M, Miura N, Fukutake M, Ishige A, Yamaguchi R, Nagasaki M, Saito A, Imoto S, Miyano S, et al: Orengedokuto and berberine improve indomethacin-induced small intestinal injury via adenosine. J Gastroenterol. 2009, 44: 380-389. 10.1007/s00535-009-0005-2.
Munakata K, Yamamoto M, Anjiki N, Nishiyama M, Imamura S, Iizuka S, Takashima K, Ishige A, Hioki K, Ohnishi Y, Watanabe K: Importance of the interferon-alpha system in murine large intestine indicated by microarray analysis of commensal bacteria-induced immunological changes. BMC Genomics. 2008, 9: 192-10.1186/1471-2164-9-192.
Munakata K, Takashima K, Nishiyama M, Asano N, Mase A, Hioki K, Ohnishi Y, Yamamoto M, Watanabe K: Microarray analysis on germfree mice elucidates the primary target of a traditional Japanese medicine juzentaihoto: Acceleration of IFN-α response via affecting the ISGF3-IRF7 signaling cascade. BMC Genomics. 2012, 130: 30-
Bjorkholm B, Bok CM, Lundin A, Rafter J, Hibberd ML, Pettersson S: Intestinal microbiota regulate xenobiotic metabolism in the liver. PLoS One. 2009, 4: e6958-10.1371/journal.pone.0006958.
Beutler BA: TLRs and innate immunity. Blood. 2009, 113: 1399-1407.
Round JL, Lee SM, Li J, Tran G, Jabri B, Chatila TA, Mazmanian SK: The Toll-like receptor 2 pathway establishes colonization by a commensal of the human microbiota. Science. 2011, 332: 974-977. 10.1126/science.1206095.
Zeuthen LH, Fink LN, Metzdorff SB, Kristensen MB, Licht TR, Nellemann C, Frokiaer H: Lactobacillus acidophilus induces a slow but more sustained chemokine and cytokine response in naive foetal enterocytes compared to commensal Escherichia coli. BMC Immunol. 2010, 11: 2-10.1186/1471-2172-11-2.
Lotz M, Gutle D, Walther S, Menard S, Bogdan C, Hornef MW: Postnatal acquisition of endotoxin tolerance in intestinal epithelial cells. J Exp Med. 2006, 203: 973-984. 10.1084/jem.20050625.
Schumann A, Nutten S, Donnicola D, Comelli EM, Mansourian R, Cherbut C, Corthesy-Theulaz I, Garcia-Rodenas C: Neonatal antibiotic treatment alters gastrointestinal tract developmental gene expression and intestinal barrier transcriptome. Physiol Genomics. 2005, 23: 235-245. 10.1152/physiolgenomics.00057.2005.
Rhee SJ, Walker WA, Cherayil BJ: Developmentally regulated intestinal expression of IFN-gamma and its target genes and the age-specific response to enteric Salmonella infection. J Immunol. 2005, 175: 1127-1136.
Hooper LV, Wong MH, Thelin A, Hansson L, Falk PG, Gordon JI: Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine. Science. 2001, 291: 881-884. 10.1126/science.291.5505.881.
Chowdhury SR, King DE, Willing BP, Band MR, Beever JE, Lane AB, Loor JJ, Marini JC, Rund LA, Schook LB, et al: Transcriptome profiling of the small intestinal epithelium in germfree versus conventional piglets. BMC Genomics. 2007, 8: 215-10.1186/1471-2164-8-215.
Ashburner M, Ball CA, Blake JA, Botstein D, Butler H, Cherry JM, Davis AP, Dolinski K, Dwight SS, Eppig JT, et al: Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium. Nat Genet. 2000, 25: 25-29. 10.1038/75556.
Schacherer F, Choi C, Gotze U, Krull M, Pistor S, Wingender E: The TRANSPATH signal transduction database: a knowledge base on signal transduction networks. Bioinformatics. 2001, 17: 1053-1057. 10.1093/bioinformatics/17.11.1053.