Bifidobacterium Dentiumは、オートファジーとカルシウムシグナル伝達経路を介して腸粘液層を強化します

腸内マイクロビオームが保護腸粘液層とどのように界面に挿入されるかについては、多くのことが不明のままです。ビフィドバクテリウム種は、腸粘液層に定着し、ゴブレット細胞によって粘液産生を調節することができます。ただし、選択したビフィドバクテリア株は、ムチンタンパク質上の保護グリカンを分解する可能性もあります。ヒト由来の種ビフィドバクテリウムデネティウムは、ムチングリカンの大規模な分解なしに、腸粘液の合成と排出を増加させると仮定しました。シリコのデータでは、B。dentiumにはムチングリカンを広く分解するために必要な酵素が不足していることが明らかになりました。この発見は、B。dentiumがin vitroで素朴なムチングリカンをin vitroで一次炭素源として使用できないことを実証することによって確認されました。メンチウムモノアソシエートマウスは、熱で燃えたB. b. b. b. b. b. b. free borterpartsの両方と比較して、ゴブレット細胞マーカーKrüppel-like因子4（Klf4）、Trefoil因子3（TFF3）、RELM-β、MUC2、およびいくつかのグリコシルトランスフェラーゼの結腸発現の増加を示しました。同様に、Live B. Dentium-MonoAssociated Collは、周期酸シフ - アルシアンブルー（PAS-AB）染色とMUC2免疫染色で示されるように、酸性ムチンで充填されたゴブレット細胞を増加させました。in vitroでは、酢酸を含むB。Dentium分泌産物は、T84細胞のMUC2レベルを増加させることができました。また、γ-アミノ酪酸（GABA）などのB. dentium分泌産物が刺激されたオートファジー媒介カルシウムシグナル伝達およびMUC2放出を特定しました。この研究は、B。mentiumが腸の発現とオートファジーシグナル伝達経路のアップレギュレーションを介して腸粘液層とゴブレット細胞機能を高めることができることを示しています。覆われた上皮。胃腸管では、粘液はグリカンで覆われたタンパク質、またはムチンで構成されており、虫細胞によって分泌され、上皮の上に保護ゲル様構造を形成します。ムチンの低レベルまたはムチングリカンの変化は、マウスとヒトの炎症と大腸炎に関連しています。現在の文献は、微生物をゴブレット細胞とムチンの変調に結び付けていますが、関与する分子経路はまだ完全には理解されていません。gnotobioticマウスと粘液分泌細胞株の組み合わせを使用して、ヒト由来の微生物であるビフィドバクテリウムデネティウムを特定しました。これは、腸粘液に準拠し、主要なムシンMUC2を上方制御し、ゴブレット細胞機能を調節する代謝物を分泌します。他のビフィドバクテリウム種とは異なり、B。mentiumはムチングリカンを広範囲に分解せず、ムチンだけでは成長することはできません。この研究は、粘液障壁の破壊がある腸障害の治療薬として、B。mentiumおよび同様のムチンに優しい微生物を使用する可能性を示しています。

Much remains unknown about how the intestinal microbiome interfaces with the protective intestinal mucus layer. Bifidobacterium species colonize the intestinal mucus layer and can modulate mucus production by goblet cells. However, select Bifidobacterium strains can also degrade protective glycans on mucin proteins. We hypothesized that the human-derived species Bifidobacterium dentium would increase intestinal mucus synthesis and expulsion, without extensive degradation of mucin glycans. In silico data revealed that B. dentium lacked the enzymes necessary to extensively degrade mucin glycans. This finding was confirmed by demonstrating that B. dentium could not use naive mucin glycans as primary carbon sources in vitro To examine B. dentium mucus modulation in vivo, Swiss Webster germfree mice were monoassociated with live or heat-killed B. dentium Live B. dentium-monoassociated mice exhibited increased colonic expression of goblet cell markers Krüppel-like factor 4 (Klf4), Trefoil factor 3 (Tff3), Relm-β, Muc2, and several glycosyltransferases compared to both heat-killed B. dentium and germfree counterparts. Likewise, live B. dentium-monoassociated colon had increased acidic mucin-filled goblet cells, as denoted by Periodic Acid-Schiff-Alcian Blue (PAS-AB) staining and MUC2 immunostaining. In vitro, B. dentium-secreted products, including acetate, were able to increase MUC2 levels in T84 cells. We also identified that B. dentium-secreted products, such as γ-aminobutyric acid (GABA), stimulated autophagy-mediated calcium signaling and MUC2 release. This work illustrates that B. dentium is capable of enhancing the intestinal mucus layer and goblet cell function via upregulation of gene expression and autophagy signaling pathways, with a net increase in mucin production.IMPORTANCE Microbe-host interactions in the intestine occur along the mucus-covered epithelium. In the gastrointestinal tract, mucus is composed of glycan-covered proteins, or mucins, which are secreted by goblet cells to form a protective gel-like structure above the epithelium. Low levels of mucin or alterations in mucin glycans are associated with inflammation and colitis in mice and humans. Although current literature links microbes to the modulation of goblet cells and mucins, the molecular pathways involved are not yet fully understood. Using a combination of gnotobiotic mice and mucus-secreting cell lines, we have identified a human-derived microbe, Bifidobacterium dentium, which adheres to intestinal mucus and secretes metabolites that upregulate the major mucin MUC2 and modulate goblet cell function. Unlike other Bifidobacterium species, B. dentium does not extensively degrade mucin glycans and cannot grow on mucin alone. This work points to the potential of using B. dentium and similar mucin-friendly microbes as therapeutic agents for intestinal disorders with disruptions in the mucus barrier.