Отдел за сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

пилори

Принадлежност Широкият институт на Харвард и MIT, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

Отдел за сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

Отдел за сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

Отдел за сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

Отдел по неонатология, Катедра по педиатрия, Медицински факултет на Университета в Минесота, Минеаполис, Минесота, Съединени американски щати

Отделение по медицина, Колумбийски университет, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати

Отдел по неонатология, Катедра по педиатрия, Медицински факултет на Университета в Минесота, Минеаполис, Минесота, Съединени американски щати

Отдел за сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати, Департамент по биологично инженерство, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, Съединени американски щати

  • Моника Бърнс,
  • Алдо Амая,
  • Каролайн Боди,
  • Zhongming Ge,
  • Васудеван Бактхаватчалу,
  • Катлийн Енис,
  • Тимъти К. Уанг,
  • Майкъл Георгиев,
  • Джеймс Г. Фокс

Фигури

Резюме

Инфекцията с H. pylori и желязодефицитната анемия (IDA) са преобладаващи в развиващия се свят и припокриващите се заболявания представляват повишен риск за съпътстваща заболеваемост от тези две състояния [8,10,11]. Желязото е основен микроелемент с много важни функции в организма, включително като важен компонент на хемовите съединения, които са от решаващо значение в процеса на доставка на кислород до клетките [12]. Дефицитът на желязо (ID) е най-разпространеният дефицит на микроелементи в много демографски групи по света, включително деца и жени в детеродна възраст. Консумацията на маргинална диета с желязо е една от най-честите причини за диетичен идентификатор в развиващите се страни [10,13,14] Когато идентификацията е налице през важни периоди на развитие, като фетален и ранен постнатален стадии, тя причинява когнитивни и социално-емоционални дефицити при кърмачета и деца, които продължават до зряла възраст [15–17]. Лечението на IDA по време на детството с добавки с желязо често не успява да предотврати появата на дефицити, включително резултати с нисък коефициент на интелигентност, проблеми с визуалната двигателна интеграция и дефицити на груба и фина моторика на по-късни етапи на развитие [18]. Отрицателните невроразвитие на въздействието на ID в ранен живот, наблюдавани при хора, са обосновани в модели на гризачи [19–21].

Материали и методи

Животни

На мишките беше разрешен достъп ad libitum до една от двете персонализирани пречистени диети, създадени от Research Diets Inc (New Brunswick, NJ) на приблизително 23-дневна възраст (веднага след отбиването). Този етап на живот на гризачи е избран за моделиране на период на интензивен растеж в човешкия мозък [29]. Съдържанието на диетично желязо е независимо проверено чрез ICP емисионна спектрометрия, извършена от Covance Laboratories (Princeton, NJ). Концентрацията на желязо при диетата с изобилие от желязо (IR) варира от 47,8–48,7 ppm, а концентрацията на желязо при диетата с умерено изчерпване на желязо (ID) варира от 7,57–8,69 ppm.

Експериментална инфекция

На възраст 5–5,5 седмици женските мишки бяха орално дадени с 1 X 10 8 образуващи колонии единици от H. pylori SS1 в 200 μl стерилна среда за замразяване през ден за общо 3 дози или бяха дозирани с фалшиви стерилни замразяване на медиите след същата времева линия. Дозирането на тази възраст е избрано за инфекция, тъй като заразяването на новородени мишки с H. pylori води до развитие на толерантност към патогена, което изключва развитието на хронично възпаление [30].

Задача на открито

Поведенческите тестове бяха проведени на 8 седмици след инфекция (на възраст 13 седмици). Локомоторната активност и поведенческите реакции към непозната среда бяха измерени с помощта на теста на открито. Мишките бяха поставени индивидуално в камера за тестване на плексиглас с размери 40 cm x 40 cm x 30 cm. Първоначално мишките бяха поставени в центъра на тестовата камера и им беше позволено да изследват района в продължение на 60 минути. Двигателната активност се открива и проследява от инфрачервени сензори за фотолъч. Индивидуалната активност на мишката се анализира чрез система за наблюдение на активността на животните VersaMax (AccuScan Instruments; Columbus, OH). Измерените параметри включват: общо изминато разстояние, амбулаторна активност, амбулаторни епизоди, хоризонтална активност, вертикална активност и общо време, прекарано във всяка област. В края на задачата всички мишки бяха върнати в домашната си клетка. Оборудването беше добре почистено с дезинфектант Quatricide. Всички поведенчески тестове се проведоха между 9:00 и 14:00. В стаята за тестване на поведението по време на подготовката на задачата и почистването на камерата присъстваше меко осветление, осигурено от подова лампа, съдържаща единична 40W флуоресцентна крушка.

Пълна кръвна картина

Серийни кръвни проби (Фигура 1.

(A-F). Заразените с H. pylori мишки извършват по-малко изследователски поведения в открито поле и експресията на хипокампа на гени, свързани с миелинизацията и метаболизма на допамина е променена от инфекцията с H. pylori и съдържанието на желязо в храната. (A-C) Мишките, заразени с H. pylori, са имали значително по-ниска обща амбулаторна активност, общ брой амбулаторни и общ брой на вертикална активност в сравнение с неинфектираните мишки, независими от състоянието на желязо в храната на 8 седмици след инфекцията. (D) Експресията на хипокампални гени, свързани с миелинизацията, беше понижена при инфектирани с H. pylori женски мишки на 12 месеца след инфекцията. Експресията на mRNA както на Mbp (D), така и на Plp1 (E) беше значително понижена при мишки, заразени с H. pylori, в сравнение с неинфектираните контроли. (F) След 12 месеца след инфекцията, експресията на D1r беше значително понижена при мишки, заразени с H. pylori на ID диета, в сравнение с всички мишки на IR диета. Всички данни са показани като средно + SEM. (*) = p Фигура 2.

(A-C). Чернодробната експресия на Dmt1 беше регулирана нагоре, докато експресията на Hamp и серумният феритин бяха понижени при инфектирани с H. pylori мишки на ID диета. Чернодробната експресия на Dmt1 е регулирана нагоре и експресията на Hamp е понижена при мишки, заразени с H. pylori на ID диета. (A) Мишките, заразени с H. pylori, са имали значително повишена експресия на Dmt1 в сравнение с всички други групи за лечение. (B) Експресията на Hamp в чернодробната тъкан е значително понижена при мишки, заразени с H. pylori на ID диета, в сравнение с всички други проучвани групи. (C) Едновременната инфекция с H. pylori и диетичният идентификатор намаляват серумните нива на феритин при женски мишки. Инфектираните с H. pylori мишки на ID диета имат значително по-ниски нива на серумен феритин, отколкото както незаразените мишки на IR диета, така и мишките, заразени с H. pylori на IR диета. Всички данни са показани като средно + SEM. (*) = p Фигура 3. Хронична инфекция с H. pylori, регулирана стомашна експресия на възпалителни цитокини при женски мишки.

Стомашната експресия на тумор некротизиращ фактор алфа (TNFα) (A), интерлевкин един бета (IL1β) (B), интерлевкин 17 алфа (IL7α) (C) и интерферон гама (IFNγ) (D) беше значително увеличена в H. pylori заразени мишки в сравнение с незаразени мишки. Всички данни са показани като средно + SEM. (*) = p Фигура 4.

(A-D). Концентрацията на хематокрит и хемоглобин са по-ниски при мишки, заразени с H. pylori на ID диета. (А) Средният хемоглобин (Hgb) се различава между лечебните групи в множество точки за вземане на проби. Значителен ефект от лечението върху концентрацията на Hgb е отбелязан в първия момент на вземане на проби (3 месеца след инфекцията). При аутопсия (В) мишките, заразени с H. pylori на ID диета, имат по-нисък Hgb от всички други групи за лечение. (C) Средният Hct е значително различен сред лекуваните групи както на 10, така и на 12 месеца след инфекцията. (D) Мишките, заразени с H. pylori на ID диета, имат значително по-нисък среден Hct от всички други групи по време на аутопсията. Всички данни са показани като средно + SEM. (*) = p Фигура 5.

(A&B). Едновременната инфекция с H. pylori и ID диета доведоха до по-нисък среден клетъчен обем (MCV) и по-висока средна ширина на разпределение на червените клетки (RDW) на 12 месеца след инфекцията (А) Средният MCV на мишките, заразени с H. pylori на ID диета, е значително по-нисък от средния MCV на всички други групи за лечение. (B) Средната RDW на мишки, заразени с H. pylori на ID диета, е значително по-голяма от средната RDW на всички останали групи на лечение. Всички данни са показани като средно + SEM (***) = p Фигура 6.

(A&B). Инфекцията с H. pylori повишава резултатите от хистопатологията на стомашния корпус. Заразените с H. pylori мишки са имали по-високи резултати по хистопатология за (A) възпаление, (B) хиперплазия, псевдопилорна метаплазия. Всички данни са показани като средно + SEM. (*) = р + 6834 копия на H. pylori/μg мишка ДНК. Средното относително ниво на колонизация на миши стомашни тъкани при постоянно инфектирани с Hp мишки на IR диета е 1234 + 512,9 копия на H. pylori/μg на мишка ДНК (0,05

Дискусия

В допълнение към острите промени в поведението, хипокампалната експресия на два гена, свързани с миелинизацията, Mbp и Plp1, е по-ниска при мишки, хронично заразени с H. pylori, независимо от състоянието на желязо в храната, в сравнение с контролни мишки, дозирани с фалшиво. Това показва, че инфекцията с H. pylori сама по себе си е независим фактор за промяна на експресията на хипокампалния ген. Mbp и Plp1 са от съществено значение за формирането на миелиновата обвивка в централната нервна система на бозайниците. Предишни проучвания за оценка на генната експресия в хипокампуса са установили, че нивата на протеини се развиват в същата посока като съответните генни транскрипти [42]. В предишното ни проучване експресията на Mbp е значително по-ниска в мозъчната тъкан на заразени с H. pylori INS-GAS мишки в сравнение с неинфектираните контроли [25]. Анализът на протеини разкрива паралелно намаляване на нивата на Mbp, които са с 28% по-ниски при заразени с H. pylori мишки в сравнение с незаразените контролни мишки. Възможно е състоянието на диетично желязо в това проучване да не е повлияло на експресията на миелинизиращите гени поради използването на маргинален диетичен идентификационен модел след отбиването вместо гестационен диетичен идентификационен модел.

Средните Hct и Hgb са значително по-ниски при инфектирани с H. pylori мишки на ID диета в сравнение с всички други групи в това проучване, а също така са по-ниски от установените по-рано нормални хематологични стойности на C57BL/6 женски мишки [46]. Комбинацията от ниски Hct, Hg и MCV и едновременно висока RDW е показателна за микроцитична, хипохромна желязодефицитна анемия [36]. Вероятно както инфекцията с H. pylori, така и ниската системна наличност на желязо допринесоха за този резултат. H. pylori нарушава полярността на гостоприемните клетки и дерайлира вътреклетъчния трафик на желязо in vitro [47]. Инфекцията с H. pylori причинява възпаление, което от своя страна усилва експресията на хепцидин, антимикробен пептид, произведен от черния дроб, който регулира системния метаболизъм на желязото [48]. Атрофичният гастрит, причинен от инфекция с H. pylori, води до загуба на париетални клетки, като по този начин намалява секрецията на киселина в стомашния лумен и увеличава стомашното рН [6,49]. Повишаването на рН ограничава количеството диетично железно желязо, което се редуцира до желязната форма на желязо, абсорбиращо се от ентероцитите, което води до нарушена абсорбция на желязо.

Чернодробната експресия на Hamp, която кодира основния протеин за регулиране на желязото в организма, хепцидин, е значително по-ниска при инфектирани с H. pylori мишки на ID диета в сравнение с всички други лечебни групи. Увеличаването на производството на хепцидин, често свързано с възпаление, е защита срещу бактериална инфекция [56,57]. За разлика от това, експресията на Hamp се намалява като компенсаторен отговор в случаите, когато има нужда от повишено усвояване на желязо, както се наблюдава в случаите на IDA [58]. Интересното е, че значително повишаване на чернодробната експресия на важен железен транспортен рецептор, Dmt1, е отбелязано само в групата + Hp, ID. Високите нива на експресия на Dmt1 показват повишен транспорт на желязо във вътреклетъчното пространство за използване в хомеостатични функции, а значителното повишаване на експресията в групата + Hp, ID предполага по-дълбока системна нужда от усвояване на желязо в тази група в сравнение с всички останали групи за лечение. Констатациите, свързани с генната експресия в това проучване, подчертават молекулярния отговор на ниския системен статус на желязото, определен от ниския хематокрит, хемоглобина и феритина, и дават основа за по-нататъшно проучване на молекулярните механизми на този важен отговор.

Благодарности

Благодарим на Bailey Clear и Lauren McAllister за помощ при поддръжка на колонии, събиране на проби и помощ при поведенчески анализи; на Lenzie Cheney и Christian Kaufman за помощ при аутопсия и вземане на проби; до Zeli Shen за бактериална култура; на Alyssa Pappa за ръкопис и подготовка на фигури.

Принос на автора

  1. Концептуализация: JGF TCW MG MB.
  2. Куриране на данни: MG JGF.
  3. Официален анализ: MB ZG KE MG JGF VB AA.
  4. Придобиване на финансиране: JGF.
  5. Разследване: MB ZG MG.
  6. Методология: MB CB KE VB.
  7. Администрация на проекта: MG JGF MB.
  8. Ресурси: MG JGF.
  9. Надзор: MG JGF.
  10. Проверка: MB ZG JGF MG.
  11. Визуализация: MB JGF.
  12. Писане - оригинален проект: MB JGF.
  13. Писане - преглед и редактиране: MB TCW MG JGF VB.