Prevotella copri 移植促进创伤性脑损伤小鼠模型的神经康复

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Prevotella copri 创伤性脑损伤 肠道微生物 神经康复 抗氧化 PI3K/AKT通路

神经炎症杂志研究报告：Prevotella copri移植在创伤性脑损伤小鼠模型中的神经康复作用

背景

创伤性脑损伤（TBI）每年影响全球超过5000万人次，被认为是公共卫生的重要挑战。TBI伴随的继发性损伤大多与神经炎症和过度活性氧（ROS）产生有关，后者导致神经退行性病变和慢性炎症。尽管近年来在TBI病理机制和治疗策略研究上有所进展，但临床上有效的治疗方式仍相对缺乏。此外，一些研究表明，包括急性缺血性中风、阿尔茨海默病和帕金森病在内的中枢神经系统疾病可以通过调节肠道微生物群来治疗。

已有研究发现，TBI会导致肠道菌群失调，具体表现为假单胞菌、紫紫菌、厚壁菌和变形菌等细菌的数量和种类显著变化。在前期研究中，Gu等人发现TBI可导致Prevotella copri（P. copri）数量显著下降，参考文献[15]也指出了类似发现。P. copri是一种革兰氏阴性厌氧菌，具备产生抗氧化短链脂肪酸（SCFA）等功能。然而，关于通过调节肠道特定菌株治疗TBI仍缺乏深入研究。因此，本文探讨了P. copri移植对TBI的影响及其与Guanosine（Guo）-PI3K/AKT信号通路的关系。

研究来源

这篇研究由Nina Gu等人撰写，作者来自重庆医科大学，本研究发表于2024年《Journal of Neuroinflammation》。对应作者为Chongjie Cheng、Xiaochuan Sun和Zhijian Huang，邮箱分别为358187887@qq.com、sunxiaochuan@cqmu.edu.cn和zhijian@cqmu.edu.cn。

研究流程

实验模型

研究使用了成年雄性C57BL/6J小鼠，通过标准的CCI设备（TBI-0310）建立TBI模型。实验分为八个主要步骤：

  1. P. copri丰度时间过程：使用定量PCR（qPCR）评估P. copri在伤前和伤后不同时间点（1天、3天、7天、14天、21天、28天）的丰度。

  2. 神经功能评估：将小鼠随机分为四组：假手术组（Sham）、TBI组、TBI+载体组和TBI+P. copri组。通过神经严重程度评分（NSS）和吊线实验评估短期神经功能。采用Morris水迷宫和开放场测试评估学习记忆和焦虑行为。

  3. 肠道功能评估：评估P. copri移植对体重、食物摄入、肠道通透性和肠道功能的影响。采用FITC-葡聚糖透过性和钡餐X线成像评估肠道功能。

  4. 肠道微生物群分析：通过16S rDNA（V3+V4区段）测序分析肠道细菌群落组成。

  5. 血清代谢物分析：使用UPLC-QQQ-MS/MS进行血清代谢物分析。运用OPLS-DA和多变量统计模型分析代谢物。

  6. Guo水平检测：ELISA检测伤侧大脑、血清和粪便中的Guo水平。

  7. 氧化应激和血脑屏障（BBB）分析：包括CAT、SOD、ROS等指标，通过Western blot、免疫荧光和透射电子显微镜评估BBB通透性与神经元凋亡情况。

  8. PI3K/AKT信号通路：通过Western blot分析试验组小鼠中p-PI3K和p-AKT的表达水平，评估Guo-PI3K/AKT途径在P. copri对TBI保护作用中的介导角色。

主要研究结果

P. copri丰度与神经功能

  • P. copri丰度：TBI后P. copri丰度显著下降，7天后最低，随后逐渐恢复但未达到伤前水平。
  • 神经功能评估：P. copri治疗显著改善TBI小鼠的NSS评分、吊线实验结果以及开放场测试中与焦虑相关的行为。

肠道功能

  • 体重与食物摄入：TBI后小鼠体重和食物摄入量显著下降，P. copri治疗后逐渐恢复。
  • 肠道通透性和蠕动：TBI组小鼠的FITC浓度和肠道蠕动时间显著增加，P. copri治疗显著改善这些变化，恢复肠道屏障完整性和蠕动功能。

肠道微生物群与代谢物

  • 16S rDNA测序分析：P. copri治疗后，小鼠肠道菌群中Akkermansia、Lactobacillus、Lachnospiraceae等相对丰度增加，说明P. copri重塑了肠道菌群。
  • 血清代谢物分析：与Sham组和TBI组相比，TBI+P. copri组小鼠血清中Guo显著提高。

氧化应激与神经保护

  • Guo水平：ELISA结果显示，P. copri治疗后粪便、血清和大脑中的Guo水平显著增加。
  • 氧化应激：P. copri和Guo治疗均显著增加CAT和SOD活性，降低ROS和GSSG水平，提高GSH/GSSG比率，这表明P. copri能有效减轻TBI引起的氧化应激损伤。
  • BBB通透性：P. copri和Guo治疗显著增加Occludin和ZO-1的表达，改善TBI引起的BBB破坏。

神经元凋亡与PI3K/AKT途径

  • 神经元凋亡：TBI小鼠中TUNEL阳性神经元显著增加，P. copri治疗减少了这些阳性细胞。同时，Western blot结果显示P. copri显著增加Bcl-2表达，减少Bax表达。
  • PI3K/AKT信号通路：P. copri和Guo治疗显著增加p-PI3K和p-AKT表达，抑制剂LY294002抵消了这种增加及其神经保护效果。

结论

本研究首次表明P. copri移植可以改善TBI后的小鼠胃肠功能，重塑肠道菌群，缓解血脑屏障损伤和神经元凋亡。这些改善可能通过Guo依赖的PI3K/AKT信号通路实现。研究结果支持了P. copri作为潜在TBI治疗策略的重要性，并强调了肠-脑轴在神经康复中的重要作用。