ECHO REVOLVE显微镜在环境镉、细菌和宿主相互作用研究中的应用

前言

环境镉的膳食摄入量高，生物半衰期长，直接或通过肠道微生物群损害生理功能，是一种严重的健康风险。然而，环境镉对微生物和宿主系统的毒性机制尚不清楚。中科院营养代谢与食品安全重点实验室和上海交通大学医学院的科学家在《Hazardous Materials》杂志联合发表了一篇名为《Cadmium accelerates bacterial oleic acid production to promote fat accumulation in Caenorhabditis elegans》的文章，本研究建立了三个线虫和大肠杆菌培养系统，以研究微生物在镉诱导的脂质毒性中的重要作用，阐明了镉通过细菌代谢物在体内诱导脂质积累的机制，并揭示了环境镉、微生物和宿主之间的相互作用。

本研究使用ECHO REVOLVE正倒置一体荧光显微镜（RVL-100-G，Discover ECHO，US）检测VS29蠕虫的GFP荧光。激发和检测波长分别为470–495 nm和510–550 nm。使用图像处理和分析软件对荧光图像进行分析，计算其平均荧光密度。

图A  ECHO REVOLVE正倒置一体荧光显微镜拍摄转基因VS29蠕虫中GFP：dgat-2表达的代表性图像（左图）和相对定量（右图）（n≥ 15） 在成年期的第1、3、5和7天。比例尺：210µm。

研究表明，镉暴露导致细菌代谢物的组成存在显著差异。油酸被确定为表达差异最大的代谢物。镉暴露显著增加了油酸的含量，表明镉具有特定的诱导效应。通过在正常和代谢失活系统中直接添加到秀丽隐杆线虫，进一步证实了油酸对体脂积累的影响。因此，研究发现镉诱导的复合差异（尤其是油酸的增加）而不是数量变化介导了镉对宿主的影响。除了油酸的产生外，还发现低剂量镉暴露可提高细菌中油酸合成相关基因（fabA、fabB、fabD、fabG、fabH、fabI、fabZ和accA）的表达。并且添加油酸增加了秀丽隐杆线虫的脂质合成和代谢相关基因（fat-5、fat-7、acs-11和sbp-1）的表达，这与镉暴露线虫中的现象相似。值得注意的是，与镉暴露不同，油酸对秀丽隐杆线虫体内脂质积累的影响是直接且独立于培养系统的，这表明升高的细菌油酸是环境镉促进宿主体内脂质积累的效应器。综上所述，本研究提出了一个模型来说明环境镉、细菌和线虫之间的相互作用。本研究首先集中于环境中低剂量镉引起的细菌代谢产物改变及其对镉暴露与宿主毒性之间关系的影响。

本研究还探究了维生素D3在镉诱导的脂肪积累中的作用。补充维生素D3可显著降低低剂量镉加速的秀丽隐杆线虫体内的脂肪含量，表明补充维生素D3有可能防止环境镉暴露引起的脂肪异常积累。

研究亮点：

▶  本研究发现在有活细菌系统中的线虫，镉提高了细菌代谢产物油酸的产生，并提高了其合成基因的表达。从而进一步促进了线虫脂肪代谢相关基因的表达和脂肪沉积。

▶   本研究发现了维生素D3的潜在保护作用，可以显著防止镉或油酸诱导的脂肪沉积，可以降低环境镉的脂质毒性，这些发现为镉引起的健康风险和毒理学机制提供了深入的见解。

原文：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126723

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