Developmental PBDE exposure, gut microbiome, and diabetes

发育性 PBDE 暴露、肠道微生物组和糖尿病

基本信息

  • 批准号:
    10541164
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2024-04-02
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY     Diabetes  is  a  pandemic,  causing  grave  social  and  economic  burdens.  This  complex  disease  is  caused  by  an  interaction among genetic, metabolic, behavioral, and environmental factors.  Epidemiology studies and animal  experiments  demonstrate  that  developmental  exposure  to  the  persistent  environmental  toxicants  polybrominated  diphenyl  ethers  (PBDEs)  is  associated  with  increased  diabetes  prevalence  and  persistent  diabetic  phenotype  in  adulthood.  However,  mechanisms  governing  early  life  PDBE  exposure  and  the  diabetogenic  phenotype  remain  unknown.  Current  literature  supports  the  mechanistic  link  between  gut  microbiome  and  metabolic  syndrome  in humans  and  animal  models.  We  showed that  oral  exposure  to PBDEs  in  adult  mice  results  in  dysbiosis  with  profound  changes  in bacteria  known  to be  associated  with  inflammation  and  obesity, as  well  as  reduced  tryptophan  microbial  metabolites  including  indoles,  which  are novel  activators  of  the  host  pregane  X  receptor  (PXR)  which  is  known  to  contribute  to  obesity  and  diabetes.    Building  on  our  findings  that  there  is  a  gene-­environment  interaction  between  PXR  and  PBDEs  through  gut  microbiome  and  indole  metabolites,  we  seek  to  establish  a  causal  relationship  between  developmental  PBDE  exposure,  a  change  in the  gut  microbiome, and  diabetes  later  in  life using humanized PXR  transgenic  (hPXR-­TG)  mice  in  conventional  (CV)  and  germ-­free  (GF)  background.  We  hypothesize  that  developmental  PBDE  exposure  causes  acute  and  persistent  dysbiosis,  which  contributes  to  diabetes  through  suppression  of  microbial  tryptophan  metabolism  and  selective  PXR  modulation  (sPXRm)  in  early  life  and  beyond.  To  test  our  hypothesis,  in  Aim  1  we  will  determine  if  developmental  PBDE  exposure  perturbs  the  gut  microbiome  and  microbial  metabolism  of  tryptophan,  leading  to  sPXRm  in  early  life  and  beyond.  In  Aim  2  we  will  determine  whether  microbial  metabolites,  mainly  including  indoles  and  indole-­derivatives,  can  reduce  inflammation and  rescue  the  diabetic  phenotype  following  developmental  PBDE  exposure.  In  Aim  3  we  will  determine  that  reprogramming  the gut  microbiome  using  fecal transplant  mechanistically  contributes  to developmental PBDE  exposure  mediated  disruption  of  PXR  signaling  and  delayed  onset  of  diabetes.  The  expected  outcome  of  the  proposed  research  is  a  new  research  paradigm  demonstrating  that  dysbiosis  of  the  gut  microbiome  mechanistically  contributes to  early  life PBDE exposure-­induced diabetes  and  metabolic  syndrome  later  in  life,  and  more  importantly,  enables  a  toxico-­metagenomics  approach  targeting  metabolic  disorders  resulted  from  exposure to PBDEs and potentially other persistent organic pollutants.
项目摘要   糖尿病是一个大流行,导致严重的社会和经济伯恩根。这种复杂疾病是由 遗传,代谢,行为和环境因素之间的相互作用。流行病学研究和动物 实验表明,发育暴露于持续的环境有毒物质 多溴二苯基醚(PBDES)与糖尿病患病率增加和持续性有关 成年后的糖尿病表型。但是,管理早期生命的机制PDBE暴露和 糖尿病发作表型仍然未知。当前文献支持肠道之间的机械联系 人类和动物模型中的微生物组和代谢综合征。我们表明口头暴露于PBDES 在成年小鼠中导致营养不良,细菌的深刻变化与炎症有关 和肥胖,以及减少色氨酸微生物代谢物,包括吲哚,它们是新型激活剂 宿主Pregane X接收器(PXR),已知有助于肥胖和糖尿病。建立在我们的基础上 调查结果表明,PXR和PBDE之间存在基因 - 环境的相互作用,并通过肠道微生物组和 吲哚代谢物,我们寻求建立发育性PBDE暴露之间的因果关系 肠道微生物组的变化和糖尿病在生命后期使用人源化PXR转基因(HPXR-TG)小鼠在生活中的变化 常规(CV)和无菌(GF)背景。我们假设发育性PBDE暴露 引起急性和持续性营养不良,这通过抑制微生物会导致糖尿病 早期及以后的色氨酸代谢和选择性PXR调制(SPXRM)。测试我们的 假设,在AIM 1中,我们将确定发育性PBDE暴露是否存在肠道微生物组和 色氨酸的微生物代谢,导致早期及以后的SPXRM。在AIM 2中,我们将确定 微生物代谢产物(主要包括吲哚和吲哚衍生物)是否可以减少炎症和 发育性PBDE暴露后,营救糖尿病表型。在AIM 3中,我们将确定 使用粪便移植机械地重新编程肠道微生物组,有助于发育PBDE 暴露介导的PXR信号传导的破坏和糖尿病发作延迟。预期的结果 拟议的研究是一项新的研究范式,表明肠道微生物组的营养不良 机械上有助于早期PBDE暴露引起的糖尿病和代谢综合征,以后 更重要的是,启用一种靶向代谢性疾病的毒性 - 金属元素学方法是由 暴露于PBDE,并可能其他持久的组织污染物。

项目成果

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