Analysera gynnsamma effekterna av Kosttillskott på intestinala epiteliala barriärfunktioner Under experimentell kolit
Summary
Aktuella behandlingar av inflammatoriska tarmsjukdomar (IBD) syftar till att lindra sjukdomssymptom men kan orsaka allvarliga biverkningar. Således är alternativa strategier utreds i djur kolit modeller. Här förklarar vi hur de positiva effekterna av kosttillskott på kliniska IBD tecken analyseras på ett sådant kolit modell.
Abstract
Inflammatoriska tarmsjukdomar (IBD), inklusive Crohns sjukdom och ulcerös kolit, är kronisk recidiverande sjukdomar i tarmarna. De orsakar allvarliga problem, såsom magkramper, blodig diarré och viktminskning, i drabbade individer. Tyvärr finns det inget botemedel ännu, och behandlingar syftar bara för att lindra symtomen. Nuvarande behandlingar inkluderar antiinflammatoriska och immunosuppressiva läkemedel som kan orsaka allvarliga biverkningar. Detta motiverar sökandet efter alternativa behandlingsalternativ, såsom näringstillskott, som inte orsakar biverkningar. Innan deras tillämpning i kliniska studier, måste sådana föreningar noggrant testade för effektivitet och säkerhet i djurmodeller. En pålitlig försöksmodell är dextransulfat natrium (DSS) kolit modell i möss, som återger många av de kliniska tecken på ulcerös kolit hos människor. Vi tillämpade nyligen denna modell för att testa de positiva effekterna av ett näringstillskott innehållandevitamin C och E, L-arginin, och co3-polyomättade fettsyror (PUFA). Vi analyserade olika parametrar sjukdom och funnit att detta tillägg kunde lindra ödembildning, vävnadsskada, leukocytinfiltration, oxidativ stress, och produktionen av pro-inflammatoriska cytokiner, vilket leder till en allmän förbättring av sjukdomsaktivitetsindex. I den här artikeln förklarar vi i detalj korrekt tillämpning av näringstillskott med hjälp av kolit modell DSS i C57BL / 6 möss, samt hur sjukdomsparametrar såsom histologi, oxidativ stress och inflammation bedöms. Analysera de positiva effekterna av olika kosttillskott kan så småningom öppna nya vägar för utveckling av alternativa behandlingsstrategier som lindrar IBD symptom och / eller att förlänga de faser av eftergift utan att orsaka allvarliga biverkningar.
Introduction
Kolit är ett inflammatoriskt tillstånd i tjocktarmen, som kan orsaka diarré och buksmärta. Kolit kan vara akut, som svar på infektion eller stress, eller det kan utvecklas som en kronisk sjukdom, såsom vid ulcerös kolit (UC), som hör till den grupp av inflammatoriska tarmsjukdomar (IBD). Även om kliniska tecken på UC har väl beskrivits, är patogenesen fortfarande dåligt kända en. Det är accepterat bland experter som UC är en multifaktoriell sjukdom, med genetiska mutationer och avvikande immunsvar spelar en viktig roll 2. Men miljöfaktorer, såsom livsstil och näring, även bidra till utveckling och progression tre sjukdom.
Olyckligtvis är IBD inte botas, men det finns många behandlingsalternativ som syftar till att lindra kliniska symptom. Nuvarande behandlingar inkluderar antiinflammatoriska läkemedel, såsom sulfasalazin och kortikosteroider; immunsuppressiva medel, såsom azathioPrine; monoklonala antikroppar som fångar proinflammatoriska cytokiner, såsom tumörnekrosfaktor-α (TNF-α), eller blockera adhesionsmolekyler, såsom integriner, för att minska överdriven leukocytrekrytering; och hämmare som riktar kinaser som utlöser proinflammatoriska vägar, såsom Janus-kinas (JAK) 4. Inte alla patienter svarar på alla behandlingar, så behandlingsstrategier måste individualiseras 5. Vidare, de flesta av dessa terapeutiska läkemedel störa metabolismen och immunsvar, vilket ofta förorsakar allvarliga biverkningar. Av detta skäl, har alternativa behandlingsmetoder undersökts.
Alternativa behandlingar inkluderar probiotika och näringstillskott, som har tillämpats i djurmodeller och kliniska försök med varierande framgång 6,7. Vi fann nyligen att tillämpningen av olika enskilda näringstillskott, såsom anti-oxidativa vitaminer eller ω3-poly-omättade fettsyror (PUFAs), är sämre än den tillämpning av en kombination av sådana tillskott för att lindra kolit och kardiovaskulära sjukdomssymptom 8,9. Dessa studier utfördes i möss, så kliniska studier måste utföras på människor för att avgöra om dessa fynd också kan tillämpas på människor. Innan kliniska studier initieras, måste effektiviteten och säkerheten av nya behandlingsalternativ utvärderas i djurmodeller.
För IBD, har dextransulfat natrium (DSS) modell använts i stor omfattning för att studera mekanismerna bakom sjukdomsutveckling och de positiva effekterna av läkemedel och näringstillskott 6,10. I de flesta studier endast en akut sjukdom under en tidsperiod på sju dagar induceras; ändå, de kliniska tecken som observerats hos dessa djur liknar de som observerats i IBD-patienter (dvs blodig diarré, viktminskning, epitel dysfunktion, och immuncellinfiltration) 10. DSS framkallar erosioner i slemhinnan,vilket resulterar i barriärfunktion och ökad intestinal epitel permeabilitet 11. Den exakta mekanismen är okänd. Emellertid tyder en studie som DSS interagerar med medium kedjelängd-fettsyror för att bilda nano lipocomplexes som har möjlighet att gå in epitelceller och inducera inflammatoriska signalvägar 12. I den här artikeln beskriver vi i detalj hur kolit kallas och analyseras i möss, hur näringstillskott tillämpas av sondmatning för att säkerställa en konstant dosering i varje djur, och hur effekterna av sådana tillskott på olika kolit symptom undersöks.
Protocol
Representative Results
Discussion
För att kunna använda näringstillskott i kliniska studier, måste fördelarna och säkerheten för sådana tillskott noga utvärderas in vivo i djurstudier. I fallet med kolit, har flera lämpliga djurmodeller som liknar de kliniska tecknen på IBD etablerats, inklusive kemiska modeller med hjälp av DSS, TNBS eller ättiksyra; knock-out (KO) modeller såsom IL10-KO; och immun-cellmedierad kolit med användning adoptiv T-cellöverföring 19-21. DSS modell av kolit är en snabb och tillförlitlig m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har finansierats med bidrag från den mexikanska rådet för vetenskap och teknik (CONACYT, 207.268 och 233.395 till Michael Schnoor). KFCO är en mottagare av en CONACYT stipendium (396.260) för att erhålla en magisterexamen.
Materials
| 0.3% of gelatin | Bioxon | 158 | |
| 10% formaldehyde | J.T. Baker | 2106-03 | |
| 96-well plate with flat bottom | Corning | 3368 | |
| Absolute ethanol | J.T. Baker | 9000-03 | |
| Absolute xylene | J.T. Baker | 9490-03 | |
| ABTS | Sigma Aldrich | H5882 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | |
| ColoScreen | Helena Laboratories | 5072 | |
| Corabion (Kindly provided by Merck, Naucalpan, Mexico) | Merck | ||
| Dextran Sulfate Sodium Salt | Affymetrix | 9011-18-1 | (M.W. 40,000-50,000) |
| Dihydroethidium | Life Technology | D11347 | |
| Eosin-Y | J.T. Baker | L087-03 | |
| Evans blue | Sigma-Aldrich | 314-13-6 | |
| Feeding needle | Cadence Science Inc. | 9921 | |
| Glass slide rack with handle | Electron Microscopy | 70312-16 | |
| Glass Slides | Corning | 2947 | |
| Harris hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3136 | |
| Hexadecyltrimethyammonium (HTAB) | Sigma Aldrich | H6269 | |
| Histosette (Embedding cassette) | Simport | M498.2 | |
| Hydrochloric acid 1 M | J.T. Baker | 9535-62 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma Aldrich | H3410 | |
| Ketamine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-028 | |
| Liquid paraffin | Paraplast | 39501-006 | |
| Lithium carbonate | Sigma-Aldrich | 2362 | |
| N,N-dimethylformamide | J.T. Baker | 68-12-2 | |
| N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| Plastic cubes | Electron Microscopy | 70181 | |
| Poly-L-Lysine Solution | Sigma-Aldrich | 25988-63-0 | |
| Prism 5 statistical software | GraphPad Software | Prism 5 | |
| Saline Solution 0.9% NaCl | CS PiSA | Q-7833-009 | |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Synthetic resin | Poly Mont | 7987 | |
| Taq DNA polymerase | Invitrogen | 11615-010 | |
| Tissue-tek. O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| Tuberculine Syringe | BD Plastipak | 305945 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Xylazine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-099 |
References
- Souza, H. S., Fiocchi, C. Immunopathogenesis of IBD: current state of the art. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 13, 13-27 (2016).
- Xavier, R. J., Podolsky, D. K. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature. 448, 427-434 (2007).
- Neuman, M. G., Nanau, R. M. Inflammatory bowel disease: role of diet, microbiota, life style. Transl Res. 160, 29-44 (2011).
- Lowenberg, M., D’Haens, G. Next-Generation Therapeutics for IBD. Current Gastroenterol Rep. 17, 21 (2015).
- Bernstein, C. N. Does everyone with inflammatory bowel disease need to be treated with combination therapy. Curr Opin Gastroenterol. , (2016).
- Nanau, R. M., Neuman, M. G. Nutritional and probiotic supplementation in colitis models. Dig Dis Sci. 57, 2786-2810 (2012).
- Yamamoto, T. Nutrition and diet in inflammatory bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 29, 216-221 (2013).
- Vargas Robles, H., et al. Experimental Colitis Is Attenuated by Cardioprotective Diet Supplementation That Reduces Oxidative Stress, Inflammation, and Mucosal Damage. Ox Med Cell Longev. , 8473242 (2016).
- Vargas-Robles, H., Rios, A., Arellano-Mendoza, M., Escalante, B. A., Schnoor, M. Antioxidative diet supplementation reverses high-fat diet-induced increases of cardiovascular risk factors in mice. Ox Med Cell Longev. 2015, 467471 (2015).
- Perse, M., Cerar, A. Dextran sodium sulphate colitis mouse model: traps and tricks. J Biomed Biotechnol. 2012, 718617 (2012).
- Chassaing, B., Aitken, J. D., Malleshappa, M., Vijay-Kumar, M. Dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice. Curr. Protoc. Immunol. 104, 25 (2014).
- Laroui, H., et al. Dextran sodium sulfate (DSS) induces colitis in mice by forming nano-lipocomplexes with medium-chain-length fatty acids in the colon. PLoS One. 7, 32084 (2009).
- Mennigen, R., et al. Probiotic mixture VSL#3 protects the epithelial barrier by maintaining tight junction protein expression and preventing apoptosis in a murine model of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 1140-1149 (2009).
- Park, C. M., Reid, P. E., Walker, D. C., MacPherson, B. R. A simple, practical ‘swiss roll’ method of preparing tissues for paraffin or methacrylate embedding. J Microsc. 145, 115-120 (1987).
- Shen, W., Gaskins, H. R., McIntosh, M. K. Influence of dietary fat on intestinal microbes, inflammation, barrier function and metabolic outcomes. J Nutr Biochem. , (2013).
- Bruewer, M., et al. Interferon-gamma induces internalization of epithelial tight junction proteins via a macropinocytosis-like process. FASEB J. 19, 923-933 (2005).
- Fournier, B. M., Parkos, C. A. The role of neutrophils during intestinal inflammation. Muc Immunol. 5, 354-366 (2012).
- Yan, Y., et al. Temporal and spatial analysis of clinical and molecular parameters in dextran sodium sulfate induced colitis. PLoS One. 4, 6073 (2009).
- Maxwell, J. R., Viney, J. L. Overview of mouse models of inflammatory bowel disease and their use in drug discovery. Curr Prot Pharmacol, S.J. Enna. , (2009).
- Ostanin, D. V., et al. T cell transfer model of chronic colitis: concepts, considerations, and tricks of the trade. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 135-146 (2009).
- Randhawa, P. K., Singh, K., Singh, N., Jaggi, A. S. A review on chemical-induced inflammatory bowel disease models in rodents. Kor J Physiol Pharmacol. 18, 279-288 (2014).
- Whittem, C. G., Williams, A. D., Williams, C. S. Murine Colitis modeling using Dextran Sulfate Sodium (DSS). JoVE. , (2010).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nat Prot. 2, 541-546 (2007).
- Naydenov, N. G., et al. Nonmuscle Myosin IIA Regulates Intestinal Epithelial Barrier in vivo and Plays a Protective Role During Experimental Colitis. Sci Rep. 6, 24161 (2016).
- Sumagin, R., Robin, A. Z., Nusrat, A., Parkos, C. A. Transmigrated neutrophils in the intestinal lumen engage ICAM-1 to regulate the epithelial barrier and neutrophil recruitment. Muc Immunol. 7, 905-915 (2014).
- Laukoetter, M. G., et al. JAM-A regulates permeability and inflammation in the intestine in vivo. J Exp Med. 204, 3067-3076 (2007).
- Viennois, E., Chen, F., Laroui, H., Baker, M. T., Merlin, D. Dextran sodium sulfate inhibits the activities of both polymerase and reverse transcriptase: lithium chloride purification, a rapid and efficient technique to purify RNA. BMC Res Notes. 6, 360 (2013).
