Jelito ludzkie jest skolonizowane przez duże konsorcjum mikroorganizmów, które tworzą mikrobiotę, która podczas ewolucji rozwinęła wzajemnie korzystne relacje z gospodarzem. W tej relacji gospodarz zapewnia bezpieczną niszę dla mikrobioty, podczas gdy mikrobiota dostarcza witaminy, trawienie składników odżywczych i ochronę przed patogenami gospodarzowi, w którym znajduje się mikrobiota1. Gdy ta korzystna relacja między gospodarzem a mikrobiotą zostanie zaburzona, mogą rozwinąć się choroby, takie jak nieswoiste zapalenie jelit (IBD). IBD jest wieloczynnikową przewlekłą chorobą zapalną jelit spowodowaną czynnikami genetycznymi i środowiskowymi, które występują w dwóch głównych postaciach: chorobie Leśniowskiego-Crohna (CD) i wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego (WZJG). Pomimo podobieństw między tymi dwiema formami IBD, charakteryzują się one pewnymi różnicami w lokalizacji i charakterze modyfikacji zapalnych. CD jest nawracającym przezściennym zaburzeniem zapalnym, które może potencjalnie rozciągać się na dowolną część przewodu pokarmowego, podczas gdy UC jest nietransmuralne i jest ograniczone do okrężnicy. Ponadto mutacje w białku 2 zawierającym domenę oligomeryzacji wiążącym nukleotydy (NOD2), receptorze rozpoznawania wzorców (PRR), który rozpoznaje dipeptyd muramylowy (MDP), składnik ściany komórkowej większości bakterii Gram-dodatnich i -ujemnych, są związane z CD2. Ponadto Escherichia coli (E. coli), Listeria i Streptococci oraz ich produkty zostały znalezione w makrofagach u pacjentów z CD, którzy dostali się do organizmu gospodarza po naruszeniu bariery3. Kiedy bakterie lub ich produkty dostają się do organizmu gospodarza podczas rozwoju CD, układ odpornościowy rozwija odpowiedź prowadzącą do produkcji krążących przeciwciał przeciwbakteryjnych4. Być może najbardziej przekonujące dowody na rolę mikrobioty w patogenezie IBD pochodzą z modeli mysich. Gdy zwierzęta są leczone antybiotykami lub gdy myszy są trzymane w warunkach wolnych od zarazków (GF), nasilenie choroby jest zmniejszone w większości modeli zapalenia jelita grubego, takich jak myszy IL-10-/-, u których nie rozwija się zapalenie jelita grubego w obiektach GF5,6. Co więcej, zapalenie jelita grubego zaburza również skład mikrobioty, która charakteryzuje się niezrównoważonym składem i zmniejszonym bogactwem zwanym dysbiozą7. Konsekwencją IBD może być zwiększona przepuszczalność jelit, która może prowadzić do wnikania drobnoustrojów i produktów pochodzenia drobnoustrojowego do organizmu gospodarza.
U zwierząt, zastosowanie siarczanu sodu dekstranu (DSS) powoduje przerwanie nabłonka jelitowego, co prowadzi do zwiększonej przepuszczalności bariery nabłonkowej8. Stężenie Portal LPS jest podwyższone u zwierząt z zapaleniem jelita grubego DSS9. Co ciekawe, zwierzęta pozbawione wewnątrzkomórkowej cząsteczki adhezyjnej specyficznej dla receptora lektyny typu C-3 chwytającej homolog nieintegrynowy 1 (SIGN-R1) są chronione przed zapaleniem jelita grubego DSS i endotoksemią wywołaną LPS10. Aby dalej rozprzestrzeniać się do gospodarza, bakterie lub produkty pochodzenia bakteryjnego muszą przejść przez barierę naczyniową11, jamę otrzewną, w której znajduje się jelito cienkie i grube, węzły chłonne krezkowe i/lub wątrobę12. Aby zmniejszyć złożoność tego systemu, wykorzystano zdefiniowany związek pochodzenia bakteryjnego. LPS, który powoduje endotoksemię po wstrzyknięciu dootrzewnowym (i.p.) lub dożylnym (i.v.) 13 wstrzyknięto myszom w celu zbadania ekspresji interleukiny Il6 i Ilb oraz cytokiny Tnfa w odpowiedzi na LPS.
LPS to wzór molekularny związany z patogenem (PAMP) wyrażony jako składnik ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych, który składa się z lipidu A (główny PAMP w strukturze LPS), oligosacharydu rdzeniowego i łańcucha po stronie O14. Receptor toll-podobny 4 (TLR4) wyrażany przez komórki dendrytyczne, makrofagi i komórki nabłonkowe rozpoznaje LPS15, który wymaga koreceptorów do odpowiedniego wiązania. Białko wiążące LPS (LBP) białka ostrej fazy wiąże LPS, tworząc kompleks, który przenosi LPS do klastra różnicowania 14 (CD14), białka błonowego zakotwiczonego w glikozylofosfatydyloinozytolu. CD14 dalej transportuje LPS do antygenu limfocytów 96 lub znanego również jako MD-2, który jest związany z zewnątrzkomórkową domeną TLR4. Wiązanie LPS z MD-2 ułatwia dimeryzację TLR4 / MD-2 w celu wywołania zmian konformacyjnych w celu rekrutacji wewnątrzkomórkowych cząsteczek adaptorowych do aktywacji dalszego szlaku sygnałowego14, który obejmuje szlak zależny od genu podstawowej odpowiedzi szpiku 88 (MyD88) oraz szlak zależny od szlaku zależnego od β interferonu indukującego adaptor (TRIF) zawierającego domenę TIR16. Rozpoznanie LPS przez TLR4 aktywuje następnie szlak NF-κB i indukuje ekspresję cytokin prozapalnych, takich jak TNFα, IL-6 i IL-1β17.
W szczególności, gdy LPS jest wstrzykiwany zwierzętom, należy wziąć pod uwagę stężenie LPS podawanego zwierzętom, tło genetyczne zwierzęcia i dietę. Wysokie stężenia LPS prowadzą do wstrząsu septycznego, charakteryzującego się niedociśnieniem i niewydolnością wielonarządową, a w końcu do śmierci18. Myszy są mniej wrażliwe na LPS w porównaniu z ludźmi, gdzie stężenia LPS między 2-4 ng/kg masy ciała (BW) są w stanie wywołać burzę cytokinową19. Dla myszy dawka śmiertelna (LD50), która wywołuje śmierć u połowy myszy, waha się od 10-25 mg/kg BW20 w zależności od użytego szczepu myszy. Dla powszechnie stosowanych szczepów myszy, C57Bl/6 i BALB/c, dawka śmiertelna 50% (LD50) wynosi 10 mg/kg masy ciała. Natomiast szczepy C3H/HeJ i C57BL/10ScCr są chronione przed endotoksemią wywołaną LPS, która jest spowodowana mutacjami w Tlr421. W związku z tym myszy z niedoborem Tlr4 są hipowrażliwe na zastrzyki z LPS22. Inne genetycznie zmodyfikowane linie myszy, takie jak PARP1-/- myszy23 są odporne na wstrząs toksyczny wywołany przez LPS.
Opisany tutaj model myszy wykorzystuje subletalną dawkę LPS podawaną systemicznie, aby naśladować konsekwencje rozprzestrzeniania się LPS po naruszeniu bariery na powierzchni ciała. Wybrane stężenie LPS (2 mg/kg m.c.) nie indukowało śmiertelności u myszy C56Bl/6, ale indukowało uwalnianie cytokin prozapalnych.