Effect of Mankuining Formula on NLRP3/Caspase-1/GSDMD Pyroptosis Pathway and Gut Microbiota in DSS-induced Ulcerative Colitis Mice

JI Yongkuan; NI Ruifan; LIANG Yanlin; CHEN Guosen; HUANG Zhengqi; LIU Guo

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20230617

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Effect of Mankuining Formula on NLRP3/Caspase-1/GSDMD Pyroptosis Pathway and Gut Microbiota in DSS-induced Ulcerative Colitis Mice

更新时间：2023-06-30

- Effect of Mankuining Formula on NLRP3/Caspase-1/GSDMD Pyroptosis Pathway and Gut Microbiota in DSS-induced Ulcerative Colitis Mice
  增强出版
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 29, Issue 15, Pages: 68-78(2023)
- 作者机构：
  
  北京中医药大学中医学院，北京 102488
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20230617
  CLC： R285;R289;R287;R22;R2-031;R33;R24
- Received：16 February 2023，
  
  Published Online：08 May 2023，
  
  Published：05 August 2023
- 稿件说明：
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姬永宽,倪睿凡,梁宴霖等.慢溃宁方对DSS诱导溃疡性结肠炎小鼠NLRP3/Caspase-1/GSDMD细胞焦亡通路和肠道菌群的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(15):68-78.

JI Yongkuan,NI Ruifan,LIANG Yanlin,et al.Effect of Mankuining Formula on NLRP3/Caspase-1/GSDMD Pyroptosis Pathway and Gut Microbiota in DSS-induced Ulcerative Colitis Mice[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(15):68-78.
姬永宽,倪睿凡,梁宴霖等.慢溃宁方对DSS诱导溃疡性结肠炎小鼠NLRP3/Caspase-1/GSDMD细胞焦亡通路和肠道菌群的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(15):68-78. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20230617.

JI Yongkuan,NI Ruifan,LIANG Yanlin,et al.Effect of Mankuining Formula on NLRP3/Caspase-1/GSDMD Pyroptosis Pathway and Gut Microbiota in DSS-induced Ulcerative Colitis Mice[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(15):68-78. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20230617.

摘要

目的

探讨慢溃宁方对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的溃疡性结肠炎（UC）小鼠肠道菌群的调控作用，和对NOD样受体（NLR）P3/胱天蛋白酶（Caspase）-1/Gasdermin D（GSDMD）细胞焦亡通路所介导炎症的影响。

方法

SPF级C57BL/6小鼠60只，随机分为空白组、模型组、慢溃宁方组（20 g·kg

-1

）、美沙拉秦组（0.266 g·kg

-1

），各组15只。小鼠通过自由饮用3%DSS溶液，7 d构建UC模型。造模开始12 h后，治疗组每天灌胃给药，其余组灌胃等体积生理盐水。记录小鼠每日体质量等情况，并评估计算疾病活动指数（DAI）。第8天麻醉后，脱臼颈椎处死小鼠，收集结肠和粪便，记量结肠长度；观察结肠组织苏木素-伊红（HE）染色后的病理学改变；结肠中肿瘤坏死因子-

（TNF-

）、白细胞介素-1

（IL-1

）、白细胞介素-18（IL-18）水平用酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测；基于16S rRNA测序技术检测各组小鼠粪便中肠道菌群的差异；NLRP3/Caspase-1/GSDMD蛋白结肠组织中含量用蛋白免疫印迹法（Western blot）检测。

结果

相较于空白组，模型组小鼠的DAI升高（

0.01），结肠长度显著缩短（

0.01），结肠黏膜损伤严重，TNF

、IL-1

、IL-18水平均明显升高（

0.01），且结肠组织中NLRP3/Caspase-1/GSDMD蛋白含量显著升高（

0.01），肠道菌群结构改变，门水平上的放线菌门、拟杆菌门与变形菌门丰度减少，厚壁菌门丰度增加；属水平上的乳酸杆菌、普雷沃氏菌和鼠杆菌属丰度减少，拟杆菌属、芽孢杆菌、毛螺旋菌属NK4A136丰度增加。慢溃宁方组、美沙拉秦组相较于模型组，第3天后DAI显著降低（

0.01），结肠长度均显著增加（

0.01），结肠的炎症浸润及黏膜结构损伤减轻，且结肠TNF-

、IL-1

、IL-18水平均显著下降（

0.01），NLRP3/Caspase-1/GSDMD蛋白在结肠组织中的含量明显降低（

0.05，

0.01），门水平上的变形菌门和拟杆菌门丰度增加，厚壁菌门丰度减少。

结论

慢溃宁方可通过抑制细胞经典焦亡通路，缓解UC小鼠结肠炎症反应，减轻结肠损伤，并对肠道菌群紊乱有改善作用。

Abstract

Objective

To investigate the regulatory effect of Mankuining Formula （MKNF） on the gut microbiota and the NOD-like receptor （NLR）P3/Caspase-1/gasdermin D （GSDMD） pyroptosis pathway-mediated inflammation in dextran sulfate sodium （DSS）-induced ulcerative colitis （UC） mice.

Method

Sixty SPF C57BL/6 mice were randomly divided into a blank group， a model group， a MKNF group （20 g·kg

-1

）， and a mesalazine group （0.266 g·kg

-1

）， with 15 mice in each group. The UC model was induced in mice by freely drinking a 3% DSS solution for 7 days. After 12 hours of modeling， the treatment groups received daily oral administration， while the other groups received an equal volume of normal saline by gavage. Daily body weight and disease activity index （DAI） were recorded. On the 8th day， mice were euthanized after anesthesia， and the colon and feces were collected. The colon length was measured， and histopathological changes were observed after hematoxylin-eosin （HE） staining. Tumor necrosis factor-

（TNF-

）， interleukin-1

（IL-1

）， and interleukin-18 （IL-18） levels in the colon were detected by enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA）. The differences in gut microbiota among the groups were analyzed using 16S rRNA sequencing technology. The protein content of NLRP3/Caspase-1/GSDMD in colon tissues was detected by Western blot.

Result

Compared with the blank group， mice in the model group showed increased DAI （

0.01）， shortened colon length （

0.01）， severe colon mucosal damage， elevated levels of TNF

-α

， IL-1

， and IL-18 （

0.01）， increased protein content of NLRP3/Caspase-1/GSDMD in colon tissues （

0.01）， altered gut microbiota structure with decreased abundance of Actinobacteria， Bacteroidetes， and Proteobacteria， and increased abundance of Firmicutes at the phylum level. At the genus level， there was a decrease in

Lactobacillus

，

Alloprevotella

， and

Yersinia

， and an increase in

Bacteroides

，

Bacillus

， and

Lachnospiraceae_

NK4A136. Compared with the model group， the MKNF group and the mesalazine group showed a significant reduction in DAI after the 3

day （

0.01）， a significant increase in colon length （

0.01）， alleviated colon inflammation and mucosal structural damage， and decreased TNF-

， IL-1

， and IL-18 levels in the colon （

0.01）， reduced protein content of NLRP3/caspase-1/GSDMD in colon tissue （

0.05，

0.01），an increase in the abundance of Proteobacteria and Bacteroidetes， and a decrease in Firmicutes at the phylum level.

Conclusion

MKNF can alleviate UC-induced colonic inflammation， reduce colon damage， and improve dysbiosis of the gut microbiota by inhibiting the classical pyroptosis pathway.

关键词

Keywords

references

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