Поліпшення хвороби Clostridium difficile у мишей за допомогою дієтичних добавок з

Уокер Джулліард

* Відділ трансплантаційної хірургії, Кафедра хірургії, Університет Вісконсинської школи медицини та громадського здоров'я, Медісон, штат Вісконсин, США

Тревіс Де Вульф

† Департамент харчових наук Університету Вісконсіна, Медісон, штат Вісконсин, США

Джон Х. Фехнер

Насія Сафдар

‡ Відділення інфекційних хвороб, кафедра хірургії, Університет Вісконсинської школи медицини та громадського здоров’я, Медісон, штат Вісконсин, США

Рашмі Агні

§ Кафедра патології та лабораторної медицини, Університет Вісконсинської школи медицини та громадського здоров'я, Медісон, штат Вісконсин, США

Джошуа Д. Мезріч

Пов’язані дані

Анотація

Об’єктивна

Визначити терапевтичний ефект дієтичних добавок на інфекцію C. difficile (CDI).

Передумови

Завдяки обмеженим можливостям лікування зростання захворюваності на Clostridium difficile стимулювало пошук нових методів лікування. Останні дані визначають роль арильних вуглеводневих рецепторів (AHR) та лігандів AHR, отриманих з дієти, у імунітеті слизової. Ми досліджували ефективність індол-3-карбінолу (I3C), харчової добавки та ліганду-попередника AHR, на мишачій моделі CDI.

Методи

Мишей C57BL/6 (B6), AHR -/- та AHR +/− розміщували на дієтах на основі зерна або напівочищених з I3C або без неї до і під час CDI. Мишей спостерігали клінічно протягом мінімум 6 днів або евтаназували між 0 і 4 днями щеплення для аналізу запальної реакції та мікробіоти.

Результати

Миші В6, які харчуються напівчищеною дієтою з дефіцитом ліганду AHR, суттєво збільшують ступінь тяжкості захворювання (р. 1. Порушення мікробіома кишечника після застосування антибіотиків є основним фактором ризику захворювання, асоційованого з C. difficile (CDAD) у людей 2 Інші фактори ризику включають вік, придушення кислоти, імунодепресію, шлунково-кишкові операції та запальні захворювання кишечника 3–5. Основним методом лікування гострих інфекцій є антибіотики. Однак у 20 відсотків пацієнтів спостерігається рецидив ІХС, який може бути стійким до подальшого лікування антибіотики 6. Для цих пацієнтів випробовуються нові методи лікування, такі як пробіотики та трансплантація калової мікробіоти 7, 8. Ефективність пробіотиків для запобігання інфекції нещодавно була поставлена під сумнів 9, і медична спільнота не має варіантів профілактики захворювань, які підтверджено даними, крім мінімізації вживання антибіотиків та придушення кислоти. Трансплантація калу при рецидивуючому/стійкому захворюванні показала деякі обіцяють 8, 10, але бар'єри для його прийняття включають труднощі в контролі якості, інфекційні проблеми та дозування.

Хоча мишачі моделі продемонстрували важливість цілісності мікробіомів у мінімізації CDI 11, імунні клітини хазяїна та їх реакція також виявилися критичними. Сюди входить наявність вроджених лімфоїдних клітин групи 3 (ILC3s 12) та експресія IL-22 13. Рецептор арильних вуглеводнів (AHR) має вирішальне значення для розвитку та підтримання ILC3, а також внутрішньоепітеліальних лімфоцитів (IEL) кишечника 14, 15 та мишей, які перебувають на напівчищеній дієті без фітохімічних речовин (містять мінімальний AHR ліганди) демонструють зниження кількості клітин IEL та ILC3 порівняно з мишами на стандартному чау. Додавання ліганду-попередника AHR індол-3-карбінолу (I3C) до очищеного раціону зменшує цю втрату клітин 14, 15. І IEL, і ILC3 є основними джерелами IL-22 в кишечнику 16, 17, і AHR є життєво важливим для експресії IL-22 у цих підгрупах лімфоцитів, а також у звичайних Т-клітинах 18, 19. На додаток до підтримання імунних клітин, ліганди AHR, отримані з дієти та мікробіому, показали свою ефективність у лікуванні/поліпшенні різних інфекційних захворювань (вагінального кандидозу) на поверхнях слизової оболонки у мишей залежно від IL-22 20 .

Використовуючи цю інформацію, ми висунули гіпотезу про те, що включення I3C у раціон може зменшити тяжкість CDI. Для перевірки цієї гіпотези ми використали добре усталену мишачу модель CDAD 21. Якщо це справді так, такий висновок свідчить про те, що додавання простої та безпечної дієтичної добавки, розпочатої незадовго до запланованих антибіотиків або інших заходів, що підвищують ризик розвитку ІХС, може мати ефективність у зменшенні захворюваності на цю надзвичайно поширену та сильно виснажливу хворобу.

МЕТОДИ

6–8-тижневих самців мишей C57BL/6j (B6) придбали у лабораторії Джексона (Bar Harbor ME). Для деяких експериментів мишей В6 поміщали або в чау на основі зерна, або в спеціальну чау, підготовлену до вмісту 1000 ppm I3C протягом усіх експериментів. Для тих експериментів, де бажана дієта з низьким вмістом лігандів AHR, мишей поміщали або на «напівочищену дієту» (напівчищена дієта AIN-76A; TestDiet, Сент-Луїс, Міссурі), або на «дієту I3C» (AIN- 76A, що містить 1000 ppm I3C) протягом решти досліджень. Мишей гетерозигот AHR (AHR +/−), які мають експресію AHR, рівну експресії мишей дикого типу B6, та мишей нульового рівня AHR (/ AHR -/-) на тлі C57BL/6J виводили та підтримували в конкретних умовах, вільних від патогенів. Експерименти на тваринах проводили відповідно до інституційних вказівок. Всі процедури були затверджені Університетом Вісконсинської школи медицини та охорони здоров'я IACUC.

Введення антибіотиків та зараження Clostridium difficile

Модель була прийнята з методів Chen 21. Мишей спостерігали/оцінювали двічі на день на наявність ознак клінічного захворювання та зважували щоранку. Експеримент припинявся, коли всіх мишей евтаназували на основі таких критеріїв: клінічні показники> 13, втрата ваги> 20% або на 7 день після щеплення. Усі оцінки були зроблені слідчими, засліпленими експериментальною групою. Гістологію сліпої кишки досліджував та оцінював один засліплений гістопатолог, як описано в додатку.