The Effect of Probiotics on Improving Intestinal Mucosal Permeability in the Postoperative Ileus Model

Abstract

Background: This study aimed to explore the mechanisms underlying the improvement of postoperative ileus (POI) through probiotic pretreatment. We assessed intestinal permeability, inflammation, tight junction (TJ) protein expressions in the gut epithelium, and plasma interleukin (IL)-17 levels in a guinea pig model of POI. Methods: Guinea pigs were divided into control, POI, and probiotic groups. Animals in the POI and probiotic groups underwent surgery, with the probiotic group receiving probiotics before the procedure. Harvested tissues included the ileum and proximal colon. Intestinal permeability was measured by horseradish peroxidase absorbance. Inflammation was evaluated by leukocyte count in the intestinal wall muscle layer, and calprotectin expression in each intestinal wall layer was analyzed immunohistochemically. TJ proteins were analyzed through immunohistochemical staining, and plasma IL-17 levels were measured using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Key results: The POI group exhibited increased intestinal permeability and inflammation, whereas probiotic pretreatment reduced these POI-induced changes. Probiotics restored the expression of TJ proteins occludin and zonula occludens-1 in the proximal colon, which were increased in the POI group. Calprotectin expression significantly increased in the muscle layer of the POI group and was downregulated in the probiotic group; however, no clear differences were observed between the mucosal and submucosal layers. Plasma IL-17 levels did not significantly differ among the groups. Conclusions: Probiotics pretreatment improves POI by reducing intestinal permeability and inflammation and by restoring TJ protein expressions in the gut epithelium. These findings suggest a potential therapeutic approach for POI management.

수술 후 장 마비는 수술 환자들의 부작용 및 재원기간을 늘리는 원인이다. 본 연구에서는 프로바이오틱스 전처치가 어떻게 수술 후 장 마비를 개선할 수 있는지 그 메커니즘을 규명하기 위해 수술 후 장 마비 기니피그 모델을 대상으로 실험을 진행하였다. 기니피그를 무작위로 대조군, 수술 후 장 마비군, 프로바이오틱스 치료군의 세 그룹으로 나누었다. 수술 후 장 마비군 및 프로바이오틱스 치료군은 외과적 시술을 받았고, 프로바이오틱스 치료군은 수술 전 5일 동안 매일 1회 50mg/kg의 프로바이오틱스 혼합물을 투여했다. 수술 6시간 후 회장과 근위 결장에서 조직을 채취했다. 장 투과성은 horseradish peroxidase 흡광도를 측정하여 평가했다. 장벽의 염증은 장벽 근육층의 백혈구 수를 측정하여 평가하였고, Calprotectin의 발현은 면역조직화학염색 슬라이드의 각 층별 분석을 통해 측정했다. 면역조직화학염색 이미지 분석으로 Tight junction protein (Occludin, Zonula occludens -1)을 분석하고 ELISA를 이용하여 혈장 IL-17 수치를 측정하였다. 장 점막 투과도와 장 근육층의 염증이 수술 후 장 마비군에서 증가했으며 프로바이오틱스로 전처치한 군에서 수술 후 장 마비로 인한 장 투과성 및 염증 증가가 예방되었다. 또한 프로바이오틱스는 수술 후 장 마비군의 근위결장 조직에서 Tight junction protein(Occludin, Zonula occludens -1)이 감소하는 것을 방지했다. Calprotectin 발현 수준은 수술 후 장 마비군의 근육층에서 유의하게 증가했고 프로바이오틱스 치료군에서는 하향 조절되었지만 점막과 점막하층에서는 뚜렷한 차이가 나타나지 않았다. 혈장 IL-17은 두 그룹 간 차이를 보이지 않았다. 프로바이오틱스로 수술 전 전처치하는 경우 장 투과성, 염증을 줄이고 장 상피의 긴밀한 접합 단백질을 복원하여 수술 후 장 마비를 개선할 수 있다. 이 연구는 수술 후 장 마비 관리를 위한 잠재적인 치료 접근법을 제공하며 프로바이오틱스의 치료 메커니즘을 일부 확인하는데에 의의가 있다.