腸のゴブレット細胞特異的ピエゾ1欠損マウスにおける糞便および粘膜関連の腸内微生物叢と弱体化した粘液層を再プログラムした

粘液層の機能障害により、共生および病原性の微生物が腸上皮に到達することを可能にし、それにより感染と炎症を引き起こします。この障壁は、宿主のゴブレット細胞によって合成および分泌されます。ゴブレット細胞（GC）の機能に影響を与える多くの要因が研究されています。ただし、GCSを取り巻く微小環境が、結腸の粘液層と微生物叢にどのように影響するかは不明です。結腸の粘液層と微生物叢に対するGC Piezo1の効果を調査するために、腸上皮Piezo1条件付きノックアウトマウスモデルを生成しました。2つのグループの糞便関連微生物叢（FAM）および粘膜関連微生物叢（MAM）は、16S RRNA遺伝子のアンプリコン配列決定に基づいて特徴付けられました。我々の結果は、GC Piezo1 - / - マウスがGC数の減少、薄い粘液層、および7日目に炎症性サイトカイン（CXCL1、CXCL2、IL-6など）の増加を発症したことを示しました。さらに、KOマウスでは、SPDEFの減少とDOCK4の増加が発見されました。一方、GC Piezo1+/+グループと比較して、MAMで多様性と豊かさが増加し、GC Piezo1-/ - グループでFAMで減少しました。また、GC Piezo1 - / - グループのMAMで、硬質の存在量の増加とverrucomicrobiotaおよびactinobacteriotaの存在量の減少も観察されました。さらに、Bugbaseは、潜在的に病原性細菌が内側の粘液層で増加した可能性があると予測しており、これはMamのHelicobacter Hepaticus、Lactobacillus Johnsonii、Escherichia-Shigella、およびOscillospiraceaeの存在量と一致しています。これらの結果は、GCSにおけるPiezo1の役割が、マウス結腸の粘液層と腸内微生物叢のバランスの機能を維持するために重要であるという仮説をさらに支持しています。

Dysfunction of the mucus layer allows commensal and pathogenic microorganisms to reach the intestinal epithelium, thereby leading to infection and inflammation. This barrier is synthesized and secreted by host goblet cells. Many factors that influence the function of goblet cells (GCs) have been studied. However, how the microenvironment surrounding GCs influences the mucus layer and microbiota of the colon is unclear. To explore the effect of GC Piezo1 on the mucus layer and microbiota in the colon, we generated an intestinal epithelial Piezo1 conditional knockout mouse model. The fecal-associated microbiota (FAM) and mucosa-associated microbiota (MAM) of the two groups were characterized based on amplicon sequencing of the 16S rRNA gene. Our results showed that GC Piezo1-/- mice developed decreased GC numbers, thinner mucus layer, and increased inflammatory cytokines (e.g., CXCL1, CXCL2, IL-6) on the 7th day. In addition, decreased Spdef and increased DOCK4 were discovered in KO mice. Meanwhile, the diversity and richness were increased in MAM and decreased in FAM in the GC Piezo1-/- group compared with the GC Piezo1+/+ group. We also observed increased abundances of Firmicutes and decreased abundances of Verrucomicrobiota and Actinobacteriota in the MAM of the GC Piezo1-/- group. Additionally, BugBase predicts that potentially pathogenic bacteria may have increased in the inner mucus layer, which is consistent with the higher abundance of Helicobacter hepaticus, Lactobacillus johnsonii, Escherichia-Shigella and Oscillospiraceae in MAM. These results further support the hypothesis that the role of Piezo1 in GCs is important for maintaining the function of the mucus layer and intestinal microbiota balance in the mouse colon.