在1型酪氨酸血症小鼠模型中，一种经过基因工程改造的大肠杆菌Nissle菌株可预防致死性肝损伤

背景

遗传性酪氨酸血症1型　(HT1)由延胡索酰乙酰乙酸水解酶　(FAH)活性丧失引起的常染色体隐性遗传病，可导致致死性肝损伤。HT1的治疗选择仍然有限。在本研究中，我们旨在构建一种能够重编程宿主代谢的工程细菌，从而为治疗HT1提供一种潜在的替代方法。

简介    

2023年11月10日，来自中国南方医科大学深圳医院的Peng Gu及其团队在Journal of Hepatology (IF: 25.7)杂志上发表名为An engineered Escherichia coli Nissle strain prevents lethal liver injury in a mouse model of tyrosinemia type 1的研究［１］。

研究亮点

1、无论在体外还是体内，EcN-HT都具有快速消耗酪氨酸的能力。

2、在HT1小鼠模型中，EcN-HT对肝损伤具有保护作用，并提高了生存率。

3、EcN-HT耐受性良好，可部分恢复HT1小鼠受损的基因表达模式。

4、EcN-HT可作为HT1治疗的一种潜在且安全的策略。

主要结果

EcN-HT在体外降解酪氨酸

为了测试HpaBC和tyrP过表达对EcN生存力和增殖能力的影响，我们进行了细胞计数试剂盒-8 (CCK-8)分析和OD600分析。在两组之间没有发现细菌生长或生存能力的差异。尽管表达HpaBC的EcN菌株将酪氨酸转化为代谢物L-DOPA，但与仅表达HpaBC的菌株相比，tyrP与HpaBC共表达导致了显著较高的酪氨酸降解率 (图1D)。L-DOPA的产生与测定培养基中酪氨酸的消耗同时发生 (图1E)。野生型EcN在任何测试条件下均不产生大量的L-DOPA (图1D)。此外，根据前面的描述进行了略微修改的高碘酸盐分析方法以评估L-DOPA的产量。   

EcN-HT处理的Fah-KO小鼠的整体基因表达模式

从4只经EcN处理的小鼠和4只EcN-HT处理的动物的肝组织中提取总RNA进行RNA-seq分析，以研究EcN-HT处理是否可以恢复肝脏的转录谱。在EcN处理的Fah-KO小鼠和EcN-HT处理的Fah-KO小鼠的肝脏中，发现了2666个差异表达的基因 (图5A，B)，通过基因本体 (GO)富集分析表明，这些基因主要富集在代谢信号通路和生物和细胞过程中。共同上调的代谢信号分子代谢过程、脂肪酸代谢过程、辅酶代谢过程 (图5C，D)。这些结果表明，EcN-HT治疗改善了肝脏代谢和功能。此外，多种炎性细胞因子在EcN-HT处理的小鼠中下调 (图5E)。据报道，FAA积累通过负反馈环调节酪氨酸降解途径中的上游酶。因此，我们接下来研究了酪氨酸代谢相关基因在EcN或EcN-HT处理的Fah-KO小鼠肝脏中的表达模式。与EcN处理的Fah-KO小鼠相比，酪氨酸转氨酶 (TAT催化酪氨酸降解途径的第一步)、对羟基苯丙酮酸双加氧酶 (HPD；催化第二步)、尿黑酸氧化酶 (HGD；催化第三步)，而马来酰乙酰乙酸异构酶(GSTZ1，催化第四步)在EcN-HT处理的Fah-KO小鼠的肝脏中与EcN处理组相比显著上调 (图5F)。   

为了进一步了解工程菌对胃肠道微环境的影响，我们基于16S rRNA基因测序分析了肠道微生物群的组成。将小鼠分为两组，通过口服管饲法给予EcN-HT细胞或PBS，然后评估其微生物组的差异。我们的结果没有显示出alpha多样性的显著差异，加权PCA分析显示，总体组成没有显示出两组之间肠道微生物簇的明确分离 (图6C)。此外，系统发育树的堆积直方图和Bray距离表明，在PBS和EcN-HT处理的小鼠中，肠道微生物群表现出相似的组成(图6D)。接下来，我们在雄性C57BL/6小鼠中评估了EcN-HT的安全性和持久性，通过口服途径给予EcN-HT，并在最后一天切除主要器官 (心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏和肠)用于进一步分析。除血小板数量略有变化外，其他血常规指标 (红细胞、中性粒细胞、白细胞、红细胞压积等)在正常范围内波动。此外，在用高剂量的EcN-HT菌株处理的小鼠中没有观察到显著的组织学变化 (图6E)，并且在EcN-HT处理的小鼠和PBS处理的小鼠之间主要器官中炎症因子的表达没有差异 (图6F)。此外，对小鼠血浆 (ALT、AST、TBIL、CREA和BUN含量)的分析表明，EcN-HT治疗不影响肝脏或肾脏功能 (图6G)。在小鼠研究中，我们还通过细菌负荷分析评估了EcN-HT在血流和肝组织中的生物分布。在小鼠的血流和肝脏中没有发现EcN-HT，表明没有检测到EcN-HT向肠外器官的移位。这些结果表明EcN-HT经口灌胃给药的安全性，至少在短期内是安全的。   

结论及展望

这是第一份关于可降解酪氨酸并减轻HT1小鼠致死性肝损伤的工程活菌的报告。EcN-HT是一种具有治疗这种疾病潜力的新型工程益生菌。   

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168827823052698?via%3Dihub

参考文献

1.Gu Peng,Xie Li,Chen Tao et al. An engineered Escherichia coli Nissle strain prevents lethal liver injury in a mouse model of tyrosinemia type 1.[J] .J Hepatol, 2023, undefined: undefined.    

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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