# Microbiota depletion ameliorates sickle cell induced vaso-occlusive crisis and organ damage

> **NIH NIH F32** · ALBERT EINSTEIN COLLEGE OF MEDICINE · 2021 · $68,562

## Abstract

Project Summary:    
 
As  the  most  common  inherited  blood  disorder  in  the  United  State,  there  are  70,000-­100,000  Americans  with 
sickle  cell  anemia.  Sickle  cell  disease  (SCD)  is  caused  by  a  mutation  in  the  β-­globin  gene,  which  leads  to 
significant  deformation  red  blood  cell  (RBC)  membrane  and  promotes  RBC  adhesion  to  other  cells  to  induce 
vaso-­occlusive  crises  (VOC).  Chronic  sickle  cell  anemia  is  accompanied  with  progressive  systemic  multi-­
systemic  organ  dysfunction  and  cost  over  $475  million  annually  in  hospital  admission.  Our  laboratory  has 
reported  that  sickle  cell-­induced  hypoxic,  oxidant,  and  inflammatory  stress  is  perpetuated  by  aged  neutrophils 
which positively correlates with VOC in humanized SCD mice. Our recent work has demonstrated that deletion 
of the microbiota in SCD mice by antibiotics restricted aged neutrophil expansion which consequently decreased 
VOC severity, and reduced organ damage as well as the iron overload. In addition, hydroxyurea, the only FDA-­
approved  drug  for  SCD  that  promotes  the  anti-­sickling  fetal  hemoglobin  expression,  also  possesses  anti-­
inflammatory, antiradical, and metal-­chelating activities both in mammalian cells as well as in bacteria.  
In this application, we propose a 3-­year experimental plan that will advance our understanding in the function of 
microbiota  in  SCD  disease  progression  and  will  test  whether  manipulation  of  the  microbiota  will  provide  a 
potential novel SCD treatment. In Specific Aim 1, we will identify disease-­modifying microbiota species that may 
contribute to neutrophil aging and SCD organ damage. 16S sequencing data has revealed microbiota differences 
between antibiotic treatment and untreated SCD mice, and the function of selected microbiota will be verified in 
germ-­free SCD mice. In Specific Aim 2, we will examine if hydroxyurea reduces VOC and organ damage through 
microbiota manipulations in SCD mice in which fecal samples from hydroxyurea-­treated and control SCD mice 
will  be  transplant  to  germ-­free  SCD  to  evaluate  whether  hydroxyurea-­induced  changes  in  the  microbiota 
contribute to its therapeutic activity. In Specific Aim 3, we will study if iron restriction (by DFO or low-­iron diet) or 
probiotics-­induced changes in iron metabolism can ameliorate chronic organ damage in SCD mice. Iron-­related 
changes in microbiota will be verified by germ-­free SCD mice. These proposed studies, focused on strategies of 
microbiota  manipulation  in  SCD,  will  allow  us  to  identify  the  key  microbial  species  that  contribute  to  SCD 
pathophysiology,  and  provide  potential  novel  cost-­effective  approaches  for  management  of  SCD’s  life-­long 
complications.

## Key facts

- **NIH application ID:** 10107836
- **Project number:** 5F32HL142243-03
- **Recipient organization:** ALBERT EINSTEIN COLLEGE OF MEDICINE
- **Principal Investigator:** Huihui Li
- **Activity code:** F32 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2021
- **Award amount:** $68,562
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2019-03-16 → 2022-06-30

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10107836

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10107836, Microbiota depletion ameliorates sickle cell induced vaso-occlusive crisis and organ damage (5F32HL142243-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-25 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10107836. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*