阿爾茨海默病（AD）是一種神經(jīng)退行性疾病，其病理標(biāo)志物是淀粉樣斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)。腸道微生物群作為腦-腸軸的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，與認(rèn)知行為和腦功能的變化越來越相關(guān)。眾所周知，益生菌制劑可通過產(chǎn)生和調(diào)控神經(jīng)活性物質(zhì)而使神經(jīng)退行性疾病患者受益。然而，益生菌制劑往往具有菌株特異性，它們對大腦的神經(jīng)保護(hù)作用和對腸道微生物群的調(diào)節(jié)作用仍具有一定的局限性。

在此背景下，2023年3月8日，江南大學(xué)食品學(xué)院王剛課題組在Journal of Agricultural and Food Chemistry發(fā)文揭示了益生菌可通過恢復(fù)腦腸軸功能減輕APP/PS1小鼠的認(rèn)知障礙和神經(jīng)炎癥。

短雙歧桿菌HNXY26M4最初是從一名健康嬰兒的糞便樣本中分離出來的，在延緩AD的進(jìn)展方面具有潛在的心理生物作用。在本研究中，課題組研究了短雙歧桿菌HNXY26M4對APP/PS1小鼠模型的作用。ELISA結(jié)果顯示：HNXY26M4顯著抑制了APP/PS1小鼠腦中Aβ1-42的含量的異常上調(diào)。行為學(xué)測試結(jié)果顯示：APP/PS1小鼠在Y迷宮中的轉(zhuǎn)向次數(shù)及新物體識別測試中的分辨能力顯著下降，表現(xiàn)出認(rèn)知障礙；其在曠場中央的活動(dòng)時(shí)間顯著減少，表現(xiàn)出焦慮表型；在水迷宮中的逃離時(shí)間增加，但在目標(biāo)象限內(nèi)的活動(dòng)時(shí)間減少，表現(xiàn)出空間記憶障礙；而HNXY26M4顯著緩解了APP/PS1小鼠的上述行為學(xué)障礙。

圖1|ELISA和行為學(xué)測試結(jié)果

隨后，課題組檢測了腦組織中細(xì)胞因子和抗氧化劑的表達(dá)，以檢測HNXY26M4對神經(jīng)炎癥和氧化損傷的影響。結(jié)果顯示：補(bǔ)充HNXY26M4逆轉(zhuǎn)了APP/PS1小鼠皮質(zhì)中編碼促炎細(xì)胞因子的TNF-α和IL-1β表達(dá)的增加；并降低了APP/PS1小鼠大腦中MDA和GSH-Px水平，恢復(fù)了CAT水平的表達(dá)。此外，與WT小鼠相比，APP/PS1小鼠的海馬BDNF和PSD95顯著降低，而HNXY26M4處理恢復(fù)了這些蛋白的表達(dá)，即HNXY26M4恢復(fù)了突觸可塑性。這些結(jié)果表明HNXY26M4可改善APP/PS1小鼠大腦中的神經(jīng)炎癥、氧化損傷和突觸損傷。

圖2|HNXY26M4可改善APP/PS1小鼠大腦中的神經(jīng)炎癥、氧化損傷和突觸損傷

為了研究HNXY26M4對血腦屏障的影響，課題組評估了皮質(zhì)中作為血腦屏障完整性的潛在調(diào)節(jié)劑的關(guān)鍵緊密連接蛋白的表達(dá)。結(jié)果顯示：與WT小鼠相比，APP/PS1小鼠皮質(zhì)中Claudin-5和ZO-1的表達(dá)明顯降低，而HNXY26M4在一定程度上恢復(fù)了Claudin-5的表達(dá)。RT-qPCR結(jié)果顯示： HNXY26M4減弱了APP/PS1小鼠結(jié)腸中炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)（TNF-α和1β-IL-1β的表達(dá)降低）；APP/PS1小鼠結(jié)腸中Claudin-1和ZO-1的表達(dá)明顯降低，提示結(jié)腸緊密連接結(jié)構(gòu)損傷，而Claudin-1和ZO-1的表達(dá)在HNXY26M4作用下恢復(fù) 。這些結(jié)果表明： HNXY26M4有助于維持腸道屏障的完整性，調(diào)節(jié)結(jié)腸的環(huán)境和穩(wěn)態(tài)。

圖3| HNXY26M4有助于維持腸道屏障的完整性，調(diào)節(jié)結(jié)腸的環(huán)境和穩(wěn)態(tài)

為了研究HNXY26M4對腸道微生物群的影響，課題組使用16S rRNA測序?qū)S便樣本進(jìn)行了分析。主坐標(biāo)分析（PCoA）顯示W(wǎng)T和APP/PS1小鼠β多樣性存在明顯差異，表明APP/PS1小鼠腸道菌群嚴(yán)重失調(diào)。此外，與WT和APP/PS1小鼠相比，HNXY26M4使阿克曼菌的相對豐度顯著增加 。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，HNXY26M4也恢復(fù)了APP/PS1小鼠腸道微生物群屬水平的變化。

圖4|腸道菌群分析

SCFAs（短鏈脂肪酸）定量分析結(jié)果顯示，APP/PS1小鼠糞便樣本中乙酸和丁酸水平顯著降低，而HNXY26m4使其恢復(fù)；此外，SCFA受體Olfr78在APP/PS1小鼠皮質(zhì)中的表達(dá)顯著降低，這種異常趨勢同樣被HNXY26M4所逆轉(zhuǎn)。該結(jié)果結(jié)合斯皮爾曼相關(guān)分析表明：HNXY26M4治療可調(diào)節(jié)通過血腦屏障和循環(huán)運(yùn)輸?shù)酱竽X的SCFAs水平，從而通過腦-腸軸對相關(guān)的腦缺陷和炎癥產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用。

圖5| HNXY26M4可調(diào)節(jié)大腦的SCFAs水平

總的來說，本文發(fā)現(xiàn) HNXY26M4可通過恢復(fù)腸道微生物種屬水平和SCFAs含量顯著減輕APP/PS1小鼠的認(rèn)知障礙和神經(jīng)炎癥，而補(bǔ)充HNXY26M4可抑制腦氧化損傷，促進(jìn)血腦屏障和腸道屏障的功能，提示益生菌干預(yù)與腦-腸軸之間存在相互作用。該研究結(jié)果提供了一種飲食干預(yù)策略，即補(bǔ)充益生菌可改善認(rèn)知和降低患AD的風(fēng)險(xiǎn)。

文章來源

https:///10.1021/acs.jafc.3c00652