本研究では、フルオレセインイソチオシアネート標識(FITC)デキストラン を経口強制 投与してマウスに投与し、 in vivo および血漿および糞便サンプルの両方で腸透過性を評価します。腸のバリア機能は多くの疾患プロセスで影響を受けるため、この直接的かつ定量的なアッセイは、さまざまな研究分野で使用できます。
腸のバリアの完全性は、腸の健康の特徴です。腸バリアの完全性は、血漿炎症マーカーの測定や脾臓やリンパ節への細菌の転座などの間接マーカーを使用して評価できますが、ゴールドスタンダードは、選択した分子が腸粘膜層を通過して全身循環に向かう能力を直接定量化します。この記事では、非侵襲的で費用効果が高く、負担の少ない技術を使用して、フルオレセインイソチオシアネート標識デキストラン(FITC-デキストラン)を使用してマウスの腸透過性を定量化し、リアルタイムで追跡します。FITC−デキストランの経口補給の前に、マウスを絶食させる。次に、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で希釈したFITCデキストランで経管投与します。経管栄養の1時間後、マウスにイソフルランを用いた全身麻酔を行い、 in vivo 蛍光をイメージングチャンバー内で可視化する。この技術は、腹腔内の残留蛍光と肝取り込みを評価することを目的としており、これは蛍光プローブの門脈移動を示唆しています。経口強制投与の4時間後に血液および便サンプルを採取し、マウスを屠殺する。次に、PBSで希釈した血漿および糞便サンプルをメッキし、蛍光を記録します。次に、FITCデキストランの濃度を検量線を用いて計算する。以前の研究では、 in vivo イメージングにより、低繊維食によって誘導される腸の障壁が弱いマウスでは蛍光が肝臓に急速に広がることが示されていますが、腸のバリアを強化するために繊維を補給したマウスでは、蛍光シグナルは主に胃腸管に保持されます。さらに、この研究では、対照マウスは血漿蛍光が上昇し、便中の蛍光が減少しましたが、逆に、イヌリンを添加したマウスは腸内の蛍光シグナルのレベルが高く、血漿中の蛍光シグナルのレベルが低かった。要約すると、このプロトコルは、腸の健康のマーカーとして腸透過性の定性的および定量的測定を提供します。
腸の障壁は、健康と病気の両方で重要な役割を果たしています。必要な栄養素を腸管腔から循環に浸透させると同時に、病原体や抗原などの炎症誘発性分子の侵入を防ぐことの間の複雑なバランスが必要です1。透過性の増加は、肝疾患や炎症性腸疾患(IBD)などの多くの胃腸障害によって引き起こされる可能性があります2,3。たとえば、IBDである潰瘍性大腸炎(UC)では、慢性炎症がタイトジャンクションの破壊、それに続く腸関門の破壊、および細菌の転座につながり、粘膜および全身の炎症を永続させる可能性があります4。
したがって、腸のバリアの完全性は、腸の健康の重要なマーカーです。しかしながら、腸透過性を測定するための現在の方法は、多くの制限を有する。例えば、血漿炎症マーカーまたは脾臓およびリンパ節への細菌転座を測定する方法は間接的である5,6。他の方法は侵襲的で時間がかかる可能性があります。この記事では、腸管透過性を直接かつ定量的に測定する非侵襲的で費用効果の高いアッセイについて説明します。このアッセイでは、フルオレセイン-イソチオシアネート標識デキストラン(FITC-デキストラン)を使用して、in vivoで蛍光を測定することにより、腸透過性をリアルタイムで追跡します。さらに、血漿および糞便中のFITCデキストランレベルを測定すると、腸透過性が定量化されます(図1)。
FITCデキストラン透過性アッセイは、パーキンソン病7、敗血症8、虚血性脳卒中9、および火傷10の動物モデルを含む、多くの異なる状況で以前に使用されてきました。さらに、このアッセイは最近、腸内細菌叢がさまざまな疾患プロセスにどのように関与しているか、および潜在的な治療法としてどのように標的化または操作されるかを理解するのに役立つように使用されています。たとえば、老化11、IBD12、結腸直腸癌13、および自閉症スペクトラム障害11におけるマイクロバイオームおよびマイクロバイオームベースの治療法の研究に使用されています。腸のバリア機能は健康と病気の多くの側面に関与しているため、このアッセイは広く使用されています。その比較的単純さと低い時間負担により、腸バリアの完全性を変化させる疑いのあるin vivo条件のテストに最適です。その定量的結果は、潜在的な治療の有効性を判断するのに役立ちます。
この研究では、腸バリア機能に対する食事の効果をFITCデキストランアッセイを使用して評価しました。対照食を投与したマウスの腸透過性とイヌリン添加食を投与したマウスの腸透過性を比較した。イヌリンは、腸のバリア機能を改善することが示されている有益なオリゴ糖です12,13。in vivo蛍光測定(バックグラウンド)では、さらに1匹の未処理マウスを陰性対照として使用し、FITCデキストランの代わりにPBSを投与した。この実験は、FITC-デキストランアッセイが腸透過性を評価するための貴重なツールであることを示しています。
腸のバリア機能は、多くの異なる疾患プロセスの不可欠な部分です。したがって、非侵襲的で費用効果が高く、定量化可能な方法で腸透過性を評価することは、動物モデルでこれらの疾患を正確に表現するために不可欠です。FITC-デキストランアッセイは、この表現の可能性を提供します。ただし、このプロトコルには、信頼できる結果を得るために正確に完了する必要があるいくつかの重要な手順が含まれます。第一に、適切なサイズのFITCデキストランの使用を確保することが不可欠です。 生体内 透過性を調べるには、4kDaのFITC−デキストランが最適な分子量であり、分子量が増加するにつれて透過性は低下する15。したがって、異なる分子量のFITC−デキストランを使用すると、混乱を招くか、信頼性の低い結果が得られる可能性があります。さらに、各経管栄養の時間に注意し、 それに応じてin vivo データ収集と血漿および糞便の収集の時点を調整することが重要です。例えば、2匹のマウスを10分間隔で経管投与する場合、 in vivo 蛍光測定値および糞便および血漿の収集も10分間隔で行われなければならない。同じ時点での蛍光を比較することで、透過性の違いをより正確に表現できます。さらに、異なるグループの動物がテストされる順序は、タイミングによるクラスタリング効果を防ぐために交互にする必要があります。最初にグループAのすべての動物をテストし、次にグループBのすべての動物を2番目にテストする代わりに(AAABBB)、各動物の後にグループを切り替えることをお勧めします(ABABAB)。
このアッセイは、イメージングマシンへのアクセスが不足している場合、血漿および糞便サンプルの評価のみを含むように変更できます。 in vivoでの 直接蛍光イメージングでは、肝摂取量と腹部残留蛍光を視覚化できますが、血漿および糞便サンプルの蛍光を評価することで、腸透過性の定量的測定が可能になります。さらに、記載された実験によって実証されるように、血漿および糞便中の蛍光レベルは、 インビボ イメージングとよく相関する。さらに、このアッセイは、 インビボ イメージングのみを含むように変更することができる。これにより、動物を生かして他のパラメータをテストし続けたり、腸透過性が時間の経過とともにどのように変化するかを監視したりすることができます。したがって、このアッセイを変更する機能により、アクセス可能になりますが、それでも定量的です。最後に、各マウスに与えられた80mg・mL−1 FITC−デキストランの200μLの投与量は以前に使用されており、体重のわずかな違いがあるマウスに有効であることが示されました16。さらに、代表的な結果セクションで使用したすべてのマウスの体重は約20 gであり、各マウスに同じ投与量を使用できることに注意することが重要です。しかしながら、体重の違いを説明するために、FITC−デキストランは、0.6〜0.8mg/g体重、例えば17の用量で投与することができる。重要なのは、使用する投与量に関係なく、合併症や不快感を防ぐために、各マウスに強制投与される量を10mL・kg−1 未満に制限することが重要です18。
FITCデキストランアッセイは、腸のバリア機能を評価するための効果的な方法を提供しますが、それでもいくつかの制限があります。このモデルの1つの制限は、マウスを数時間絶食させる必要があるため、これらの結果を絶食していないマウスの結果と比較することは信頼できないことを意味します。さらに、絶食は、糖尿病の動物モデルで血糖値を測定する場合など、厳密な摂食スケジュールを必要とする特定のモデルの結果に影響を与える可能性があります.
これらの制限にもかかわらず、FITC-デキストランアッセイは、定量的で、用途が広く、費用対効果が高く、多くの古典的な方法よりも侵襲性が低いため、腸透過性を分析するための効果的な方法であり続けています。例えば、腸透過性を測定するために使用される一般的なプローブは、いくつかの利点を有する低糖プローブまたはCr−EDTAである19。しかしながら、一部の糖プローブは領域特異的透過性のみを有する。それらは小腸の遠位部で加水分解されるため、結腸透過性についての洞察を提供しません19。一方、Cr-EDTAは結腸透過性に関する情報を提供できますが、24時間の測定が必要であり、この方法の時間的負担はFITC-デキストランアッセイ20よりもはるかに高くなります。さらに、これらの方法のいずれも、このアッセイの直接 的なインビボ イメージングを提供しない。したがって、FITC-デキストランアッセイは、腸透過性を測定するための代替方法と比較して、比較的単純で直接的かつ効果的なオプションを提供します。
最後に、IBD4、アルツハイマー病21、肝疾患2などの疾患プロセスでは、腸透過性は、研究を改善するためにFITCデキストランアッセイを使用して測定できる重要なパラメーターです。例えば、IBDの免疫療法などの新規治療法の開発において、このアッセイは、腸バリアの完全性を維持するための治療の有効性を試験するために使用することができる。腸バリア機能の障害がUCの慢性炎症の永続に関与している可能性があることを考慮すると、たとえば、治療が透過性の増加からどれだけうまく保護するかを調べることが重要です4。これはほんの一例ですが、FITC-デキストランアッセイは、研究のさまざまな分野や側面で腸透過性を測定するためのアクセス可能で定量化可能な方法です。
The authors have nothing to disclose.
この作業は、カナダ自然科学工学研究評議会からの助成金(MMSへの助成金RGPIN-2018-06442)によって資金提供されました。CRCHUMの動物施設と心臓血管表現型プラットフォームのJunzheng Peng博士に感謝します。
50 ppm Fe Diet (10% Inulin) | Envigo Teklad | TD.190651 | Representative Results |
50 ppm Fe Diet (FeSO4) | Envigo Teklad | TD.190723 | Representative Results |
BALB/c Mice 49-55 Days, Female | Charles River | 028BALB/C | Representative Results |
BD 1 mL Syringe Tuberculin Slip Tip | Becton, Dickinson and Company | 309659 | For gavage |
BD Microtainer Tubes – With LH (Lithium Heparin) | Becton, Dickinson and Company | 365965 | For plasma collection |
Centrifuge 5420 | Eppendorf | S420KN605698 | |
Curved Gavage Needle (Gavage Cannula) 7.7.0 38 mm x 22 G | Harvard Apparatus Canada | 34-024 | No longer available – A potential alternative is available at Instech Labs (FTP-22-38) |
Euthanyl (Pentobarbital Sodium) 240 mg/mL | Bimeda-MTC Animal Health Inc. | 141704 | 1/100 dilution; Administered via intraperitoneal injection at 0.03 mL/g body weight |
FITC-dextran 4 | TdB Labs | 20550 | |
Heparinized Capillary Tubes | Kimble Chase Life Science and Research | 2501 | For retro-orbital blood collection |
Microplate, PS, 96-well, Flat-bottom (Chimney Well), Black, Flutrac, Med. Binding | Greiner Bio-one | 655076 | |
MiniARCO Clipper Kit | Kent Scientific | CL8787-KIT | For hair removal |
Optix MX2 and Optix Optiview | Advanced Research Technologies | 2.02.00.6 | Fluorescence imaging machine and software |
Phosphate Buffered Saline 1x (PBS) | Wisent Inc | 311-010-LL | |
Puralube Vet Ointment | Dechra | 12920060 | Ophthalmic ointement to prevent eye damage during anesthesia |
Spark Multiplate Reader | Tecan | 30086376 |