Effect of IRT5 probiotics on dry eye in environmental dry eye mouse model

Abstract

목표: 본 연구를 통하여 환경 건성안 마우스 모델에서 IRT5 프로바이오틱스의 임상 효과를 조사하고자 하였다.

방법: 8 주령 수컷 C57BL/6 마우스를 무작위로 다음 두 그룹으로 나누었다; 1) 대조군 (n = 16)은 300 μL 인산 완충 식염수 단독으로 매일 1 회 경구 투여하고 2) IRT5 그룹 (n = 9)은 1 x 109 CFU IRT5 probiotics 분말을 인산 완충 식염수에 녹인 300 μL 혼합액 투여했다. 두 그룹 모두 11 ~ 12 일 동안 투여하였으며 낮은 습도의 환경과 복강 내 스코폴라민 주사 (0.5mg / 0.2ml)를 매일 3 회 처치하였다. 눈물 분비, 각막 플루오레세인 염색 및 결막 술잔 세포 밀도를 평가했다. 각막과 결막, 안와 외 눈물샘의 염증 관련 마커에 대한 정량적 실시간 중합 효소 연쇄 반응을 수행했다. 각 마우스에서 직접 수집 한 대변 샘플의 16S 리보솜 RNA를 분석하였으며 마이크로바이옴 구성 차이, 알파 및 베타 다양성에 대해 분석했다.

결과: 각막 플루오레세인 염색에는 차이가 없었으나 IRT5 군에서 눈물 분비의 유의 한 증가가 관찰되었다 (p <0.001). 결막 술잔 세포 밀도에서 유의한 차이는 관찰되지 않았다. IRT5 그룹에서 각막과 결막의 증가된 TNF-α 발현을 보인 반면 (p <0.001) 다른 염증 관련 마커는 대조군과 다르지 않았다. IRT5 그룹은 Shannon 지수에 의해 증가된 종 다양성이 관찰되었다 (p = 0.041). UniFrac 주 좌표 분석에 의한 속의 베타 다양성은 유의한 간격을 보였다 (p = 0.001). 두 군간 구성 차이가 관찰되었으며 여러 박테리아가 눈물 분비와 관련이 있는 것으로 나타났다. 다변량 선형 회귀 분석에서 Christensenellaceae (p = 0.009), Lactobacillus helveticus (p = 0.002) 및 PAC001797_s (p = 0.011)가 눈물 분비에 강한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

결론: IRT5 프로바이오틱스 보충은 환경 건성안 마우스 모델에서 눈물 분비를 증가시키는 것으로 나타났다. 눈물 분비는 장내 마이크로바이옴의 변화와 연관되어 있으며 이로부터 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 이러한 결과는 장내 마이크로바이옴이 염증 조절 이외의 메커니즘을 통해 눈물샘에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

Purpose : The purpose of this study was to investigate the clinical effects of IRT5 probiotics in the environmental dry eye mouse model.

Methods : 8-week-old male C57BL/6 mice were randomly divided into the following two groups; 1) control group (n = 16) was treated with oral gavage of 300 μL phosphate-buffered saline (PBS) alone once daily, 2) IRT5 group (n = 9) was treated with oral gavage of 1 x 109 CFU IRT5 probiotics powder mixed in 300 μL PBS once daily. Both groups were treated for 11 to 12 days with simultaneous dry eye induction of low humidity and intraperitoneal scopolamine injection (0.5 mg / 0.2 ml) thrice daily. Tear secretion, corneal fluorescein staining and conjunctival goblet cell density were evaluated. Quantitative real-time polymerase chain reaction for inflammation-related markers in cornea and conjunctiva, and extraorbital lacrimal gland was performed. 16S ribosomal RNA of fecal samples collected directly from each mouse was analyzed for compositional differences, alpha and beta diversities.

Results: There was no difference in corneal fluorescein staining but a significant increase in tear secretion was observed in IRT5 group (p < 0.001). No significant difference in goblet cell density was observed. Cornea and conjunctiva exhibited increased TNF-α expression in IRT5 group (p < 0.001) whereas other inflammation related markers did not differ from control. IRT5 group possessed increased species diversity by Shannon index (p = 0.041). Beta diversity of genus by UniFrac principal coordinates analysis revealed significant distance (p = 0.001). Significant compositional differences were observed where several bacteria were associated with tear secretion. Multivariate linear regression analysis showed Christensenellaceae (p = 0.009), Lactobacillus helveticus (p = 0.002) and PAC001797_s (p = 0.011) to strongly influence tear secretion.

Conclusion: IRT5 probiotics supplementation increases tear secretion in the environmental dry eye mouse model. Tear secretion was found to be associated with and influenced by intestinal microbiome modification. These findings suggest that the intestinal microbiome may affect the lacrimal gland via mechanism other than inflammation regulation.