Prevotella copri移植は外傷性脳損傷モデルマウスの神経リハビリを促進する

2024-07-31 Wed
Prevotella copri 外傷性脳損傷腸内細菌神経リハビリ抗酸化 PI3K/AKT経路
神経炎症雑誌研究報告：Prevotella copri移植における外傷性脳損傷マウスモデルの神経回復作用背景外傷性脳損傷（TBI）は毎年世界中で5000万人以上に影響を及ぼし、公衆衛生の重要な課題とされています。TBIに伴う二次損傷の多くは神経炎症や過剰な活性酸素（ROS）の生成に関連しており、これが神経変性病変や慢性炎症を引き起こします。近年、TBIの病理機作と治療戦略の研究において進展が見られるものの、臨床での有効な治療法は依然として相対的に不足しています。さらに、急性虚血性脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病などの中枢神経系疾患にも腸内微生物群の調節を通じて治療可能であることが示されています。
先行研究では、TBIが腸内菌群の不均衡を引き起こし、具体的にはシュードモナス、Lachnospiraceae、ファーミキューテス、プロテオバクテリアなどの細菌の数と種類が顕著に変化することが明らかにされています。前回の研究で、GuらはTBIがPrevotella copri（P. copri）の量を顕著に減少させることを発見し、文献[15]も同様の発見を示しました。P. copriはグラム陰性の嫌気性菌であり、抗酸化性のある短鎖脂肪酸（SCFA）を生成する機能を持っています。しかし、腸内の特定菌株を調節することでTBIを治療することに関しては依然として深い研究が不足しています。したがって、本研究はP. copri移植がTBIに及ぼす影響とそのGuanosine（Guo）-PI3K/AKTシグナル伝達経路との関係を検討しています。
研究の出典この研究はNina Guらによって執筆され、著者は重慶医科大学に所属しています。本研究は2024年《Journal of Neuroinflammation》に掲載されました。対応著者はChongjie Cheng、Xiaochuan SunおよびZhijian Huangであり、メールアドレスはそれぞれ358187887@qq.com、sunxiaochuan@cqmu.edu.cnおよびzhijian@cqmu.edu.cnです。
研究の流れ実験モデル研究では成人オスC57BL/6Jマウスを使用し、標準的なCCI装置（TBI-0310）を用いてTBIモデルを構築しました。実験は主に8つのステップから成り立っています。
P. copriの豊度時間経過：定量PCR（qPCR）を使用してP. copriの豊度を傷前および傷後の異なる時間点（1日、3日、7日、14日、21日、28日）で評価しました。
神経機能評価：マウスをランダムに4つのグループに分けました：偽手術群（Sham）、TBI群、TBI+キャリア群、およびTBI+P. copri群。神経重症度スコア（NSS）と吊り線実験を通じて短期神経機能を評価しました。Morris水迷宮およびオープンフィールドテストを用いて学習記憶および不安行動を評価しました。
腸機能評価：P. copri移植が体重、食事摂取量、腸透過性および腸機能に与える影響を評価しました。FITC-デキストラン透過性およびバリウム食造影を使用して腸機能を評価しました。
腸内微生物群分析：16S rDNA（V3+V4領域）シーケンシングを用いて腸内細菌群構成を分析しました。
血清代謝物分析：UPLC-QQQ-MS/MSを使用して血清代謝物を分析しました。OPLS-DAおよび多変量統計モデルを使用して代謝物を分析しました。
Guoレベルの測定：ELISAを用いて損傷側の脳、血清および糞便中のGuoレベルを測定しました。
酸化ストレスおよび血液脳関門（BBB）分析：CAT、SOD、ROSなどの指標を含む酸化ストレス、およびBBB透過性およびニューロンアポトーシスの状況をWestern blot、免疫蛍光および透過電子顕微鏡を用いて評価しました。
PI3K/AKTシグナル経路：試験群マウスにおけるp-PI3Kおよびp-AKTの発現レベルをWestern blotで分析し、P. copriがTBIに対する保護効果を持つ際のGuo-PI3K/AKT経路の介在役割を評価しました。
主な研究結果P. copriの豊度と神経機能P. copriの豊度：TBI後にP. copriの豊度が著しく減少し、7日後に最低値に達し、その後徐々に回復したが傷前レベルには達しませんでした。
神経機能評価：P. copri治療はTBIマウスのNSSスコア、吊り線実験結果およびオープンフィールドテストにおいて不安関連行動を顕著に改善しました。
腸機能体重と食事摂取量：TBI後、マウスの体重と食事摂取量が著しく減少し、P. copri治療後に徐々に回復しました。
腸透過性と蠕動：TBI群のマウスではFITC濃度と腸蠕動時間が著しく増加し、P. copri治療はこれらの変化を顕著に改善し、腸バリアの完全性と蠕動機能を回復させました。
腸内微生物群と代謝物16S rDNAシーケンシング分析：P. copri治療後、マウスの腸内菌群ではAkkermansia、Lactobacillus、Lachnospiraceaeなどの相対的豊度が増加し、P. copriが腸内菌群を再形成することが示されました。
血清代謝物分析：Sham群およびTBI群と比較して、TBI+P. copri群のマウスの血清中のGuoが顕著に増加しました。
酸化ストレスと神経保護Guoレベル：ELISA結果は、P. copri治療後、糞便、血清、および脳中のGuoレベルが顕著に増加したことを示しています。
酸化ストレス：P. copriおよびGuo治療はCATおよびSODの活性を顕著に増加させ、ROSおよびGSSGレベルを減少させ、GSH/GSSG比を向上させました。これにより、P. copriがTBIによる酸化ストレス損傷を効果的に軽減することが示されました。
BBB透過性：P. copriおよびGuo治療はOccludinおよびZO-1の発現を顕著に増加させ、TBIによるBBBの破壊を改善しました。
ニューロンアポトーシスとPI3K/AKT経路ニューロンアポトーシス：TBIマウスではTUNEL陽性ニューロンが顕著に増加し、P. copri治療はこれらの陽性細胞を減少させました。同時に、Western blotの結果はP. copriがBcl-2の発現を顕著に増加させ、Baxの発現を減少させることを示しました。
PI3K/AKTシグナル経路：P. copriおよびGuo治療はp-PI3Kおよびp-AKTの発現を顕著に増加させ、阻害剤LY294002はこの増加および神経保護効果を相殺しました。
結論本研究は初めてP. copri移植がTBI後のマウスの胃腸機能を改善し、腸内菌群を再形成し、血液脳関門の損傷およびニューロンアポトーシスを軽減することを示しました。これらの改善はGuo依存のPI3K/AKTシグナル経路を介して達成された可能性があります。研究結果はP. copriが潜在的なTBI治療戦略としての重要性を支持し、腸-脳軸が神経回復において重要な役割を果たすことを強調しています。