Вплив орального застосування антибактеріального пептиду MPX на запалення кишечника мишей при експериментальній інфекції Escherichia coli штаму O157:H7
Анотація
Escherichia coli – це грамнегативна бактерія, кишковий патоген, який може викликати запалення кишечника. Антимікробні пептиди – це клас пептидів з невеликою молекулою, які мають хорошу антибактеріальну активність проти різноманітних грампозитивних і негативних бактерій. Метою даної роботи було дослідити вплив перорального введення антимікробного пептиду MPX на запалення кишечника та функцію кишкового бар’єру у мишей, інфікованих E.coli. MPX(H-INWKGIAAMAKKLL-NH2) був синтезований та очищений компанією Ji er Sheng Hua (Шанхай, Китай). Для очищення MPX використовували високоефективну рідинну хроматографію (ВЕРХ) і мас-спектрометрію. Кишкова паличка (ентерогеморагічна Escherichia coli O157:H7ATCC43889) була виділена з фекалій пацієнта з гемолітико-уремічним синдромом та отримана з Китайського інституту ветеринарного контролю над лікарськими засобами (Пекін, Китай). Для отримання ізольованих чистих E.coli культур використовували агар LB (Solarbio, Китай). Результати розтину показали, що пероральне введення MPX може полегшити ураження кишковою паличкою печінки, селезінки та легень, ці органи менш постраждали. Результати H&E показали, що застосування MPX при пероральному введенні значно полегшує вплив E. coli на дванадцятипалу кишку та органи на 7-й та 28-й день. qRT-PCR результати показали, що пероральне введення MPX може зменшити фактори, пов’язані із запаленням, експресію мРНКIL-2,IL-6 і TNF-α на 7 і28 день. Крім того,пероральне введення MPX може значно збільшити експресію мРНК білків щільного з’єднання Occludin і Zo- 1 на 7 і 28 день. Результати імуногістохімії також показали, що пероральне введення MPX може збільшити експресію мРНКMUC2 в порожній кишці. Наведені вище результати показали, що пероральний прийом MPX може послабити вплив кишкової палички на кишковий тракт мишей,зменшити кишкове запалення та покращити функцію кишкового бар’єру. Це дослідження закладає теоретичну основу для додавання антимікробних пептидів до кормів. Пероральний прийом MPX може зменшити експресію мРНК факторів, пов’язаних із запаленням, тим самим полегшуючи кишкове запалення, викликане інфекцією E. coli у мишей. Крім того, пероральне введення MPX може збільшити експресію мРНК білка щільного з’єднання в кишечнику та покращити бар’єрну функцію кишечника. Це дослідження закладає основу для додавання антимікробних пептидів у корм для зняття запалення та покращення бар’єрної функції в клінічній практиці
Ключові слова
антимікробний пептид MPX, ентерогеморагічна E. coli, процес запалення, кишковий бар'єр, білі миші
[1] Feng, J., Wang, L., Xie, Y., Chen, Y., Yi, H., & He, D. (2020). Effects of antimicrobial peptide cathelicid in-BF on diarrhea controlling, immune responses, intestinal inflammation and intestinal barrier function in piglets with postweaning diarrhea. International Immunopharmacology, 85, article number 106658. doi: 10.1016/j.intimp.2020.106658.
[2] Fijalkowska, M., Kowalski, M., Koziej, M., & Antoszewski, B. (2021). Elevated serum levels of cathelicid in and beta-defens in 2 are associated with basal cell carcinoma. Central European Journal of Immunology, 46(3), 360–364. doi: 10.5114/ceji.2021.109707.
[3] Haiwen, Z., Rui, H., Bingxi, Z., Qingfeng, G., Beibei, W., Jifeng, Z., Xuemei, W., &Kebang, W. (2019). Cathelicidinderived PR39 protects enterohemorrhagic Escherichia coli O157: H7 challenged mice by improving epithelial function and balancing the microbiota in the intestine. Scientific Reports, 9(1), article number 9456. doi: 10.1038/s41598-019-45913-6.
[4] Han, F.F., Gao, Y.H., Luan, C., Xie, Y.G., Liu, Y.F., & Wang, Y.Z. (2013). Comparing bacterial membrane interactions and antimicrobial activity of porcine lactoferricin-derived peptides. Journal of Dairy Science, 96(6), 3471-3487. doi: 10.3168/jds.2012-6104.
[5] Khawaskar, D.P., Sinha, D.K., Lalrinzuala, M.V., Athira, V., Kumar, M., Chhakchhuak, L., Mohanapriya, K., Sophia, I., Abhishek, Kumar, O., Chaudhuri, P., Singh, B.R., & Thomas, P. (2021). Pathotyping and antimicrobial susceptibility testing of Escherichia coli isolates from neonatal calves. Veterinary Research Communications, 18, 1-10. doi: 10.1007/s11259–021–09857–5.
[6] Lin, T.T., Yang, L.Y., Lu, I.H., Cheng, W.C., Hsu, Z.R., Chen, S.H., & Lin, C.Y. (2021). AI4AMP: Anantimicrobial peptide predictor using physicochemical property-based encoding method and deep learning. mSystems, 6(6), article number e0029921. doi: 10.1128/mSystems.00299-21.
[7] Lim, J., Maggs, C., & Athan, E. (2021). Unusual stroke mimic: A rare case of Escherichia coli meningitis. Internal Medicine Journal, 51(11), 1969-1970. doi: 10.1111/imj.15578.
[8] Li, M., Li, Z., Zhong, Q., Liu, J., Han, G., Li, Y., & Li, C. (2022). Antibiotic resistance of fecal carriage of Escherichia coli from pig farms in China: A meta-analysis. Environmental Science and Pollution Research International, 29(16), 22989-23000. doi: 10.1007/s11356-021-17339-z.
[9] Mohanty, S., Kamolvit, W., Zambrana, S., Gonzales, E., Tovi, J., Brismar, K., Ostenson, C.G., & Brauner, A. (2021). HIF‑1 mediated activation of antimicrobial peptide LL‑37 in type 2 diabetic patients. Journal of Molecular Medicine, 100(1), 101-113. doi: 10.1007/s00109-021-02134-7.
[10] Nunayon, S.S., Zhang, H.H., Chan, V., Kong, R., & Lai, A. (2022). Study of synergistic disinfection by UVC and positive/negative air ions for aerosolized Escherichia coli, Salmonella typhimurium, and Staphylococcus epidermidis in ventilation duct flow. Indoor Air, 32(1), article number 12957. doi: 10.1111/ina.12957.
[11] Peng, J., Long, H., Liu, W., Wu, Z., Wang, T., Zeng, Z., Guo, G., & Wu, J. (2019). Antibacterial mechanism of peptide Cec4 against Acineto bacterbaumannii. Infection and Drug Resistance, 12, 2417-2428. doi: 10.2147/IDR.S214057.
[12] Rodriguez-Carlos, A., Jacobo-Delgado, Y.M., Santos-Mena, A.O., & Rivas-Santiago, B. (2021). Modulation of cathelicid in and defensins by histone deacetylase inhibitors: A potential treatment formulti-drug resistant infectious diseases. Peptides, 140, article number 170527. doi: 10.1016/j.peptides.2021.170527.
[13] Sudadech, P., Roytrakul, S., Kaewprasert, O., Sirichoat, A., Chetchotisakd, P., Kanthawong, S., & Faksri, K. (2021). Assessment of in vitro activities of novel modified antimicrobial peptides against clarithromycin resistant Mycobacterium abscessus. PLoSOne, 16(11), article number 0260003. doi: 10.1371/journal.pone.0260003.
[14] Su, D., Liao, L., Zeng, Q., Liao, Z., Liu, Y., Jin, C., Zhu, G., Chen, C., Yang, M., Ai, Z., & Song, Y. (2022). Study on the new anti-atherosclerosis activity of different Herbapatriniae through down-regulating lysophosphatidylcholine of the glycerophospholipid metabolism pathway. Phytomedicine: International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology, 94, article number 153833. doi: 10.1016/j.phymed.2021.153833.
[15] Ting, D., Goh, E., Mayandi, V., Busoy, J., Aung, T.T., Periayah, M.H., Nubile, M., Mastropasqua, L., Said, D.G., Htoon, H.M., Barathi, V.A., Beuerman, R.W., Lakshminarayanan, R., Mohammed, I., & Dua, H.S. (2021). Hybrid derivative of cathelicidin and human beta defensin‑2 against Gram-positive bacteria: A novel approach for the treatment of bacterial keratitis. Scientific Reports, 11(1), article number 18304. doi: 10.1038/s41598-021-97821-3.
[16] Tran, V., Hortle, E., Britton, W.J., & Oehlers, S.H. (2022). Common anti-haemostatic medications increase the severity of systemic infection by uropathogenic Escherichia coli. Microbiological Research, 254, article number 126918. doi: 10.1016/j.micres.2021.126918.
[17] Vimberg, V., Buriánková, K., Mazumdar, A., Branny, P., & Novotná, G.B. (2022). Role of membrane proteins in bacterial resistance to antimicrobial peptides. Medicinal Research Reviews, 42(3), 1023–1036. doi: 10.1002/med.21869.
[18] Vera-Cruz, A., Tanphaichitr, N., & Angel, J.B. (2021). Antimicrobial peptide, LL‑37, and its potential as an antiHIV agent. Clinical and Investigative Medicine, 44(3), 64-71. doi: 10.25011/cim.v44i3.36657.
[19] Zhao, X., Wang, L., Zhu, C., Xia, X., Zhang, S., Wang, Y., Zhang, H., Xu, Y., Chen, S., Jiang, J., Liu, S., Wu, Y., Wu, X., Zhang, G., Bai, Y., Fotina, H.,& Hu, J. (2021). The antimicrobial peptide mastoparan X protects against enterohemorrhagic Escherichia coli O157: H7 infection, inhibits inflammation, and enhances the intestinal epithelial barrier. Frontiers in Microbiology, 12, article number 644887.doi: 10.3389/fmicb.2021.644887.
[20] Zong, X., Song, D., Wang, T., Xia, X., Hu, W., Han, F., & Wang, Y. (2015). LFP‑20, a porcine lactoferrin peptide, ameliorates LPS‑induced inflammation via the MyD88/NF‑κB and MyD88/MAPK signaling pathways. Developmental and Comparative Immunology, 52(2), 123-131. doi: 10.1016/j.dci.2015.05.006.