Formuły TCM łagodzą stan zapalny i uszkodzenia jelita grubego w zapaleniu jelita grubego indukowanym DSS
Działanie ochronne formuł TCM oceniono w pierwszej kolejności na podstawie zmian masy ciała. W porównaniu z grupą kontrolną, w grupie modelu UC odnotowano trwałą utratę masy ciała. BJQF, BSF, JPF oraz QCF znacząco złagodziły utratę masy ciała indukowaną przez DSS (Rycina 1A). Barwienie HE wykazało nienaruszoną błonę śluzową jelita grubego oraz brak stanu zapalnego w grupie kontrolnej. W przeciwieństwie do niej, w tkance jelita grubego grupy modelowej zaobserwowano ciężkie zniekształcenie nabłonka, zniszczenie krypt oraz rozległą infiltrację komórek zapalnych w błonie śluzowej i podśluzowej. Wszystkie terapie TCM wspomagały regenerację tkanek i redukowały stan zapalny, przy czym BJQF wykazało najbardziej wyraźną poprawę (Rycina 1B–C). Ilościowa ocena histologiczna potwierdziła, że TCM znacząco złagodziły uszkodzenia histopatologiczne (p < 0.05).
BJQF, BSF, JPF oraz QCF obniżyły stężenia surowiczego IL-1β (Rysunek 1D) i TNF-α (Rysunek 1F) w różnym stopniu. Poziomy IL-10 w grupach leczonych nie osiągnęły wartości grupy kontrolnej, lecz były znacząco wyższe niż w grupie modelowej (Rysunek 1E). Wyniki te wskazują, że receptury TCM hamują wywołany przez DSS stan zapalny jelit.

Rycina 1: Efekty terapeutyczne BJQF i jego rozbitych podformuł w zapaleniu jelita grubego indukowanym DSS u szczurów. (A) Dynamiczne zmiany stosunku masy ciała do wartości wyjściowej w każdej grupie w ciągu 10-dniowego okresu eksperymentalnego; (B) Ilościowe oceny histologiczne tkanek jelita grubego we wszystkich grupach eksperymentalnych; (C) Reprezentatywne przekroje tkanek jelita grubego barwione hematoksyliną i eozyną (HE) z każdej grupy (pasek skali = 200 µm); (D–F) Stężenia cytokin zapalnych w surowicy w każdej grupie: (D) IL-1β, (E) IL-10, (F) TNF-α. Dane przedstawiono jako średnia ± SD. *p < 0.05, **p < 0.01, ****p < 0.0001. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Leczenie TCM przebudowuje strukturę zbiorowości mikrobiologicznej jelit u szczurów z UC
Po filtrowaniu jakościowym uzyskano średnio 68 450 ± 28 297 wysokiej jakości czystych odczytów na próbkę. Leczenie TCM zmieniło bakteryjną różnorodność α (indeks Chao1, Rysunek 2A). BJQF znacząco zmniejszyło podwyższoną różnorodność α u szczurów z UC (p(FDR) < 0,05). Wśród podformuł JPF znacząco zmniejszyło różnorodność (p(FDR) < 0,05), podczas gdy BSF i QCF nie wykazały istotnego efektu. W przypadku różnorodności β, nieważona analiza PCoA odległości UniFrac wykazała wyraźne oddzielenie grup, co wskazuje, że TCM przekształciło ogólny skład mikrobiologiczny (Rysunek 2B). Grupowanie hierarchiczne dodatkowo wykazało wyraźne klastrowanie między grupą modelową a grupami leczonymi (Rysunek 2C).
Wykryto łącznie 13 typów, 22 klasy, 36 rzędy, 65 rodziny i 158 rodzaje. Na poziomie typu dominowały Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Verrucomicrobia i Proteobacteria (>99% całkowitej liczebności, Rysunek 2D). Firmicutes dominowały w grupie kontrolnej (86,98%), uległy istotnemu zmniejszeniu w grupie UC (p(FDR) < 0,05) i zostały przywrócone przez TCM (p(FDR) < 0,05), przy czym BJQF wykazało najsilniejszy efekt. Liczebność Bacteroidetes i Proteobacteria była istotnie zwiększona w grupie UC i odwrócona przez wszystkie formuły TCM. Na poziomie rodzaju (liczebność >1%, Rysunek 2E), Lactobacillus dominował w grupie kontrolnej (59,77%), był wyraźnie zredukowany w grupie UC (3,57%, p(FDR) < 0,05) i przywrócony przez TCM (p(FDR) < 0,05). BJQF i JPF wykazały silniejszy wpływ na przywrócenie Lactobacillus. W grupie UC zwiększyła się również liczebność Bacteroides, Ruminococcus_2, Bifidobacterium i Blautia, a zmniejszyła liczebność Enterorhabdus i Corynebacterium_1 — większość tych zmian została odwrócona przez TCM. Ogólnie wszystkie formuły złagodziły dysbiozę mikrobiologiczną powiązaną z UC, przy czym BJQF i JPF wykazały najbardziej wyraźne efekty.

Rycina 2: Skład mikrobioty jelitowej w grupach. (A) Indeks bakterii α różnorodność ocenioną za pomocą wskaźnika Chao 1 (p(FDR) < 0,05 vs Model); (B) PCoA odległości UniFrac w oparciu o skład i liczebność OTU w różnych grupach; (C) Hierarchiczna analiza skupień w oparciu o macierz odległości; (D) Względna liczebność na poziomie typu (p(FDR) < 0,05 vs Model); oraz (E) Względna liczebność na poziomie rodzaju (p(FDR) < 0,05 vs model). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
LEfSe identyfikuje taksony różnicowe związane z UC oraz TCM
Przeprowadzono analizę LEfSe w celu zidentyfikowania taksonów wykazujących różnice w stopniu wzbogacenia pomiędzy grupami (LDA > 3, p < 0.05, Rysunek 3). Taksony wzbogacone w grupie UC obejmowały Bacteroidaceae, Bacteroides, Clostridiales, Clostridia, Bacteroidia, Bacteroidales, Bacteroidetes, Faecalibaculum oraz Ruminococcaceae, pochodzące głównie z typów Bacteroidetes i Firmicutes. Po leczeniu TCM większość taksonów wzbogaconych w grupie BJQF należała do Firmicutes, przy czym jedynie Bifidobacteriaceae, Bifidobacteriales oraz Bifidobacterium pochodziły z typu Actinobacteria. Taksony wzbogacone w grupie BSF również należały głównie do Firmicutes. Taksony wzbogacone w grupie JPF, takie jak Turicibacter i Dorea, należały do Firmicutes. W grupie QCF odnotowano najsilniejsze wzbogacenie Verrucomicrobia (w tym Akkermansia), co wskazuje na wysoką wrażliwość tego typu na interwencję QCF. Ogólnie rzecz biorąc, Firmicutes był typem najbardziej responsywnym na BJQF, BSF oraz JPF.

Rycina 3: LEfSe zidentyfikowało OTU o największych różnicach w liczebności w poszczególnych grupach. Istotne różnice w wynikach LDA (p < 0,05) uzyskano pomiędzy klasami (test Kruskala–Wallisa) oraz podklasami (test Wilcoxona). Taksony różnicujące określono na podstawie progu wyniku LDA > 3 oraz poziomu istotności statystycznej 0,05. (p: typ, c: klasa, o: rząd, f: rodzina, g: rodzaj). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Interwencja TCM normalizuje profile kwasów żółciowych w kale szczurów z UC
Biorąc pod uwagę zaburzenia wchłaniania BA w IBD, autorzy wykorzystali LC-MS/MS do ilościowego oznaczenia BA w kale. Analiza PCA wykazała wyraźne oddzielenie grupy kontrolnej od grupy modelowej, podczas gdy wszystkie grupy leczone skupiały się bliżej grupy kontrolnej, co wskazuje na częściową normalizację metabolizmu BA (Ryc. 4A). Najbardziej zmienionymi BA w grupie modelowej były podwyższone LCA-3S oraz obniżone GDCA (Ryc. 4B). Po leczeniu najbardziej wzrosły poziomy BA dla ILCA (BJQF), GCDCA (BSF), DLCA (JPF) i GCDCA (QCF); natomiast największy spadek poziomu BA odnotowano dla TLCA-3S (BJQF), LCA-3S (BSF), LCA-3S (JPF) i TLCA-3S (QCF) (Ryc. 4C–F). Wykresy skrzypcowe zilustrowały wspólne różnice w poziomach BA pomiędzy grupami (Ryc. 5). Warto zauważyć, że wszystkie formuły TCM zwiększyły poziom 23-DCA, 3-oxo-DCA i DLCA oraz zmniejszyły poziom HCA, LCA-3S, TCA i TLCA-3S.

Rysunek 4: Formuły TCM regulowały zaburzenia kwasów żółciowych indukowane DSS w modelu UC. (A) Wykres PCA kwasów żółciowych w grupach Kontrolnej, Modelu, BJQF, BSF, JPF oraz QCF. (B) Wykres słupkowy krotności zmiany w grupie Modelu w porównaniu z grupą Kontrolną. (C) Wykres słupkowy krotności zmiany w grupie BJQF w porównaniu z Modelem. (D) Wykres słupkowy krotności zmiany w grupie BSF w porównaniu z Modelem. (E) Wykres słupkowy krotności zmiany w grupie JPF w porównaniu z Modelem, oraz (F) Wykres słupkowy krotności zmiany w grupie QCF w porównaniu z Modelem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 5: Wykres skrzypcowy różnicowych BAs w każdej grupie porównawczej. (A) Różnicowe BAs w BJQF w porównaniu do Model. (B) Różnicowe BAs w BSF w porównaniu do Model. (C) Różnicowe BAs w JPF w porównaniu do Model oraz (D) Różnicowe BAs w QCF w porównaniu do Model. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Korelacja między kwasami żółciowymi w kale a liczebnością mikrobioty jelitowej
Przeprowadzono analizę korelacji Spearmana między różnicującymi się typami bakterii a różnicującymi się kwasami żółciowymi (BAs) (Rysunek 6A–F, Rysunek 7A–D). Wykresy chordowe przedstawiają korelacje dla |r| ≥ 0,8 (Rysunek 6B, 6D, 6F). W porównaniu grupy modelowej z kontrolną 23-DCA korelował dodatnio z Saccharibacteria i Firmicutes oraz ujemnie z Proteobacteria i Bacteroidetes (Rysunek 6B). W porównaniu grupy BJQF z modelową Proteobacteria wiązały się z TLCA-3S, LCA-3S, TCA, α-MCA, 6,7-DKLCA, HCA, CDCA oraz THCA (Rysunek 6D). W porównaniu grupy BSF z modelową Proteobacteria korelowały dodatnio z TDCA, 6,7-DKLCA oraz LCA-3S, natomiast Saccharibacteria korelowały dodatnio z GUDCA i 23-DCA (Rysunek 6F).

Rysunek 6: Korelacje między różnicującymi się kwasami żółciowymi (BAs) w kale a liczebnością różnicujących się bakterii na poziomie typu. (A, C, E) Analizy korelacji Spearmana odpowiednio dla grup: Kontrolnej vs Model, BJQF vs Model oraz BSF vs Model. (B, D, F) Odpowiadające im wykresy Chord ilustrujące silne korelacje (|r| ≥ 0.8) odpowiednio dla grup: Kontrolnej vs Model, BJQF vs Model oraz BSF vs Model. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Wykresy kołowe (chord charts) przedstawiają korelacje o wartości |r| ≥ 0,8 (Rysunek 7B, 7D). W porównaniu modelu JPF vs. Saccharibacteria wykazały negatywną korelację z TLCA-3S, LCA-3S oraz HCA, a korelację dodatnią z 23-DCA (Rysunek 7B). W porównaniu modelu QCF z modelem, Saccharibacteria wykazywał ujemną korelację z HCA, CA, LCA-3S, THCA i TLCA-3S oraz dodatnią korelację z 23-DCA (Rycina 7D). Wyniki te wskazują, że różne receptury TCM modulują sieć oddziaływań bakterie–kwasy żółciowe poprzez odmienne wzorce.

Rysunek 7: Korelacje między różnicowymi kwasami żółciowymi (BAs) w kale a obfitością różnicowych bakterii. (A, C) Analizy korelacji Spearmana odpowiednio dla grup JPF vs. Model oraz QCF vs. Model. (B, D) Odpowiadające im wykresy chordowe ilustrujące silne korelacje (|r| ≥ 0.8) odpowiednio dla grup JPF vs. Model oraz QCF vs. Model. Kolor czerwony oznacza korelacje dodatnie, natomiast niebieski oznacza korelacje ujemne. p < 0.05, p < 0.01. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
DOSTĘPNOŚĆ DANYCH:
Wszystkie surowe dane zostały przesłane do bazy danych NCBI Sequence Reads Archive (SRA) (numer dostępu: PRJNA749732). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA749732