Информация обо всех животных, рационах, реагентах, наборах, инструментах, программном обеспечении и поставщиках услуг, используемых в этом протоколе, приведена в Таблице материалов. Все исследования на животных проводились в соответствии с Руководящими принципами Национального института здравоохранения (NIH) по уходу и использованию лабораторных животных и получили одобрение Комитета по экспериментальным животным провинциальной больницы Шаньдуна (этическое одобрение No 2022–007, утверждено 24 января 2022 года).
ВНИМАНИЕ: Кровь животных, образцы фекалий и ткани следует рассматривать как потенциально биологически опасные материалы. Все процедуры, связанные с живыми животными, биологическими образцами, острыми предметами, органическими растворителями и химическими реагентами должны выполняться в соответствии с институциональными нормами биобезопасности, ухода за животными и химической безопасностью. Туши животных, ткани, материалы, загрязнённые кровью материалы и образцы фекалий должны быть собраны в специально отведённые контейнеры для биологической опасности и утилизированы через учреждение для животных или офис по биобезопасности. Иглы, иголки для гавелирования, капиллярные трубки и другие острые изделия следует выбрасывать сразу после использования в одобренных контейнерах для острых предметов. Отходы органических растворителей, включая метанол, ацетонитрил и растворы, содержащие муравьиную кислоту, должны собираться в маркированных контейнерах для химических отходов и утилизироваться в рамках институциональной программы по борьбе с опасными химическими отходами. Отходы от биохимических и окислительных стрессовых тестов должны собираться и утилизироваться в соответствии с техническими характеристиками производителя и институциональными правилами химической безопасности.
Экспериментальные животные
Шестинедельные самцы C57BL/6J (n = 4 на группу) содержались в специфических условиях без патогенов (SPF) с 12-часовым циклом свет/темнота при температуре 22 ± 2 °C и относительной влажности 50–60%. Животные имели ad libitive доступ к еде и воде, максимум пять мышей в клетке. Контрольные мыши получали стандартную пищу, состоящую из 70% углеводов, 20% белка и 10% жира (ккал). Для установления модели мышей MASLD мыши получали диету с высоким содержанием жиров в течение 8 недель, содержащей 20% углеводов, 20% белка и 60% жира (ккал). Все рационы хранили при 4 °C и пополнялись дважды в неделю. Мыши случайным образом распределялись по экспериментальным группам с помощью генератора случайных чисел, а размер выборки (n = 4 на группу) определялся на основе предыдущих исследований с использованием аналогичных моделей мышей, индуцированных диетой, и предварительных экспериментов. Все процедуры проводились одновременно в день для минимизации циркадных вариаций.
Масло микроводорослей было извлечено и очищено Шаньдунской академией сельскохозяйственных наук с чистотой примерно 99%. Масло микроводорослей хранилось при температуре −30 °C, защищённое от света. Перед подачей масло готовили с помощью эмульгатора и тщательно смешивали для обеспечения однородности. В частности, масло микроводорослей, богатое DHA, было эмульгировано в стерильном растворе с 0,5% карбоксиметилцеллюлозы натрия, содержащем 0,5% Tween-80 в обычном физиологическом растворе. Микроводорослевое масло и эмульгаторный аппарат смешивались в соотношении 1:9 (v/v) и вихри в течение 2 минут непосредственно перед гавированием для получения равномерной подвески. Мыши из группы, обработанной маслом из микроводорослей, получали препарат один раз в день перорально с помощью стерильной иглицы для кормления при дозе 10 мкл/г массы тела. Объём гавага ежедневно корректировался в зависимости от массы тела для обеспечения стабильности дозы. Мыши в контрольной группе получали эквивалентный объём стерильного нормального физиологического раствора при тех же условиях. Использовался физиологический раствор с впрыском хлорида натрия 0,9%.
Пробиотическое лечение состояло из композитной формулы, содержащей Lactobacillus plantarum (DY-1), Lactobacillus acidophilus (KDB-03), Lactobacillus casei (KDB-LC) и Bacillus coagulans (GIM 1.645). Четыре штамма смешивались с равным соотношением жизнеспособных клеток 1:1:1:1. Каждый штамм вносил 2,5 × 107 CFU/mL в финальную формулу, обеспечивая общую концентрацию бактерий 1 × 108 CFU/mL. Пробиотическая смесь была синтезирована Шаньдунской академией сельскохозяйственных наук и не доступна в коммерческом продаже. Пробиотическое лечение включало составный пробиотический ферментационный бульон, содержащий Lactobacillus plantarum DY-1, Lactobacillus acidophilus KDB-03, Lactobacillus casei KDB-LC и Bacillus coagulans GIM 1.645. Бактериальная концентрация состава составляла 1 × 108 CFU/мл. Пробиотический ферментационный бульон хранился при 4 °C перед использованием. Мыши из группы, обработанной пробиотиками, получали пробиотическую формулу один раз в день пероральной гаважной дозой 0,01 мл/г массы тела в течение экспериментального периода.
Отдельные штаммы культивировались в соответствующих условиях и собирались на средней стадии роста (OD₆₀₀ ≈ 0,6), затем объединялись в указанном соотношении. Бактериальные культуры были центрифугированы для удаления супернатанта, а гранулы вновь суспендированы в стерильном фосфатно-буферном физиологическом растворе (PBS). Свежеприготовленная бактериальная суспензия хранилась во льду перед введением для сохранения жизнеспособности. Окончательная бактериальная концентрация была скорректирована до 1 × 108 CFU/mL перед введением. Мыши из пробиотической группы получали формулу перорально с дозой 0,01 мл/г массы тела один раз в день в течение экспериментального периода. Предварительная обработка антибиотиками не применялась до введения пробиотика. Для снижения экспериментальной смещености оценка результатов проводилась ослеплётыми исследователями, где это было применимо. MASLD был подтверждён с помощью биохимического анализа крови.
Анализ крови
В конце экспериментального периода мышей наполняли на ночь (12 часов) с свободным доступом к воде перед измерением глюкозы и терминальным забором крови. Мышей глубоко анестезиировали изофлураном с помощью анестезиологического вапорайзера до подтверждения потери педального рефлекса. Терминальные образцы крови были собраны путём ретро-орбитального кровотечения. После сбора крови мышей эвтаназировали путем вывиха шейки матки под глубоким наркозом, а смерть подтверждалась прекращением дыхания и сердцебиения. Кровь свертылась при комнатной температуре, а затем центрифугировали при 3000 × г в течение 10 минут для получения сыворотки. Образцы сыворотки алицитировали и хранили при −80 °C до анализа. Глюкоза в сыворотке, общий холестерин (ТС), триглицериды (ТГ), холестерин липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), холестерин липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), аспартатаминотрансфераза (АСТ) и аланинаминотрансфераза (АЛТ) измерялись с помощью автоматического биохимического анализатора в соответствии с инструкциями производителя. Эти параметры были количественно определены с помощью ферментативных колориметрических тестов с интегрированными стандартными реагентными наборами, интегрированными в систему анализатора. Все биохимические параметры нормализовались до объёма сыворотки и экспрессировались в единицах, указанных производителем.
Анализы на окислительный стресс
Биомаркеры окислительного стресса измерялись с помощью наборов, включая маркеры для малондиальдегида, супероксиддисмутазы и каталазы. Анализы проводились по инструкциям производителя. Кратко, ткани печени были гомогенизированы в ледяной буфере и центрифугированы для получения супернатантов для анализа. Уровни малондиалдегида (MDA) были определены с помощью анализа на тиобарбитуровые кислотные реактивные вещества (TBARS); Активность супероксиддисмутазы (SOD) измерялась её способностью ингибировать реакции, опосредованные супероксидом; а активность каталазы (CAT) количественно оценивалась путём мониторинга скорости разложения перекиси водорода. Измерения проводились с помощью считывателя микропластин, а значения — с использованием стандартных кривых или формул, представленных в наборах. Маркеры окислительного стресса нормализовались до массы тканей печени и экспрессировались в соответствии с требованиями производителя.
Секвенирование 16S рРНК и анализ микробиома
Образцы фекалий собирались в конце экспериментального периода непосредственно с отдельных мышей в стерильных условиях, немедленно замораживались в жидком азоте и хранили при −80 °C до извлечения ДНК. Микробная ДНК была извлечена с помощью коммерческого комплекта согласно протоколу производителя. Область V3–V4 гена бактериального рРНК 16S была амплифицирована с помощью праймеров 341F/806R. Амплификация ПЦР проводилась в реакционной системе объемом 25 мкл, содержащей шаблонную ДНК, 2x мастер-смесь ПЦР и 0,2 мкм каждого праймера. Программа усиления включала начальную денатурацию при 95 °C в течение 3 минут, затем 25 циклов при 95 °C в течение 30 с, 55 °C в течение 30 с и 72 °C в течение 45 секунд, с последним удлинением при 72 °C в течение 10 минут. Библиотеки Amplicon были созданы и секвенированы на платформе Illumina MiSeq с использованием стратегии парного конца 2 × 250 bp коммерческим поставщиком услуг секвенирования. Качество библиотеки оценивалось перед секвенированием, и объединённые библиотеки загружались с рекомендованной производителем плотностью кластера. Чтения низкого качества с неоднозначными основами, недостаточной длиной или средним показателем качества ниже Q20 были удалены до дальнейшего анализа.
Исходные чтения секвенирования обрабатывались с использованием QIIME 2 версии 2019.420. Кратко, парные считывания были демультиплексированы, фильтровались по качеству, обезшумиваемы, объединялись и фильтровались по химерам с использованием DADA2 с параметрами по умолчанию, если не указано иное. Варианты ампликонных последовательностей (ASV) были сохранены для дальнейшего анализа. Таксономическое назначение выполнялось с использованием базы данных Greengenes версии 13_8, реализованной в QIIME221. Учитывая ограничения разрешения секвенирования генов 16S рРНК, особенно при использовании базы данных Greengenes, таксономические аннотации интерпретировались исключительно на уровне рода. Классификация на уровне вида не считалась надёжной и, следовательно, не использовалась в дальнейших анализах, статистических сравнениях или биологических интерпретациях. Все микробные признаки были сведены до уровня рода до визуализации и анализа.
Использовались метрики альфа-разнообразия (Chao1, наблюдаемые виды, Шеннон, Симпсон, PD Фэйт и равномерность Пиелу). Статистические сравнения альфа-разнообразия между группами проводились с использованием соответствующих непараметрических тестов (например, тест Крускаля–Уоллиса). В качестве метрик бета-разнообразия использовались расстояние Жаккарда и различие Брэя-Кёртиса. Для иллюстрации изменений в микробиомных сообществах использовались графики анализа главных координат (PCoA), неметрическое многомерное масштабирование (NMDS) и размер эффекта линейного дискриминантного анализа (LEfSe) с порогом оценки LDA 2,0. Для оценки статистической значимости в бета-разнообразии использовался пермутационный многомерный анализ дисперсии (PERMANOVA). Визуализация данных и статистический анализ проводились с использованием платформы GenesCloud (https://www.genescloud.cn).
Функциональные профили микроорганизмов были выведены на основе данных секвенирования 16S рРНК, а не напрямую измерялись с помощью метагеномного или транскриптомного секвенирования. На основе нормализованной таблицы численности путей или функциональных групп предсказанные функциональные единицы были сопоставлены с широко используемыми базами данных, включая KEGG, MetaCyc и COG. Численность путей KEGG была суммирована по иерархическим функциональным категориям, при этом для сравнения использовались классификации путей уровня 2. Среднее количество каждой категории путей рассчитывалось с помощью программного обеспечения R.
Нецеленаправленный метаболомный анализ образцов печени
Ткани печени быстро удалялись сразу после подтверждения смерти, немедленно замораживались в жидком азоте и хранили при температуре −80 °C перед анализом. Около 50 мг замороженной ткани печени было гомогенизировано в ледяной воде (4:1, v/v), дополненном внутренними стандартами. Соотношение ткани к экстракционному растворителю составляло 1:10 (w/v). Образцы были выхрещены в течение 1 минуты, соникированы на льду в течение 10 минут, а затем инкубировали при −20 °C в течение 30 минут для улучшения осадки белка. Гомогенаты были тщательно смешаны, подвергнуты соникации на льду и центрифугированы при 12 000 × г в течение 15 минут при 4 °C. Супернатанты тщательно собирались, испарялись под мягким потоком азота и восстанавливались в 50% метанола для последующего анализа.
Образцы контроля качества (QC) были получены путём объединения равных объёмов каждого образца и анализировались периодически на протяжении всего периода для оценки аналитической стабильности и воспроизводимости. Нецеленаправленный метаболомный анализ проводился с использованием сверхвысокопроизводительной жидкостной хроматографической системы, связанной с высокоразрешающей масс-спектрометрией, эксплуатируемой коммерческим поставщиком услуг. Метаболиты разделялись на колонке C18 с обратной фазой с использованием бинарной системы растворителя, состоящей из воды с 0,1% муравьиной кислоты и ацетонитрила с 0,1% муравьиной кислоты. Объём впрыска составлял 2 мкл, температура столба поддерживалась на 40 °C, а расход устанавливался на уровне 0,30 мл/мин. Для достижения широкого разделения метаболитов использовалась программа градиентного элюирования. Масс-спектрометрическое обнаружение проводилось как в положительном, так и в отрицательном режиме ионизации электроспрея в диапазоне 70–1 000 мг для достижения широкого охватения метаболитов. Напряжение ионного распыления было установлено на 3,5 кВ в положительном режиме и на −2,5 кВ в отрицательном. Температура капилляров поддерживалась на уровне 320 °C, а данные собирались в режиме полного сканирования MS с зависимым от данных MS/MS для аннотации метаболитов. Исходные данные обрабатывались с помощью специализированного программного обеспечения для метаболомики (MassLynx v4.1) для обнаружения, выравнивания и нормализации. Идентификация метаболита проводилась на основе точной массы, времени удержания и паттернов фрагментации MS/MS путем сравнения с публичными базами данных, включая Human Metabolome Database (HMDB) и Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) (v2023), где это было применимо.
Многомерный и траекторный анализ
Обработанные метаболомные данные подвергались многомерному статистическому анализу, включая анализ основных компонентов (PCA) и частичный дискриминантный анализ наименьших квадратов (PLS-DA), чтобы визуализировать метаболические различия между экспериментальными группами. Дифференциальные метаболиты были выявлены на основе сочетания переменной важности в проекции (VIP) (>1,0) и статистической значимости (p < 0,05). Выявленные метаболиты были дополнительно сопоставлены с метаболическими путями с помощью анализа обогащения путей KEGG для выяснения биологических процессов, связанных с добавлением масла микроводорослей, богатых DHA.
Статистический анализ
Данные были представлены в виде среднего ± SEM и проанализированы с помощью одностороннего анализа дисперсии (ANOVA), после чего последовал тест множественных сравнений Тьюки. Статистическая значимость была определена как p < 0,05. Анализ обогащения метаболитов печени проводился с использованием R (версия 4.4.1). Парные связи между микробными родами и метаболитами печени были проанализированы с использованием корреляций ранга Спирмена. Только значимые корреляции (коэффициент ложного обнаружения, FDR < 0,05) с |ρ| ≥ 0,6 были включены в анализ интегративных сетей. Обработка данных микробиома и метаболомики проводилась как описано выше, включая использование платформы GenesCloud и процедуры контроля качества.