酗酒會(huì)引發(fā)神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和記憶認(rèn)知障礙。目前在酒精性中樞神經(jīng)損傷的治療方面的進(jìn)展依然遲緩，臨床上仍迫切需要新穎的、更實(shí)用的治療方案。丁酸鹽是短鏈脂肪酸（SCFAs）的一種重要代謝物，已被越來越多地證明可以預(yù)防多種代謝性疾病。然而，丁酸鹽對(duì)慢性飲酒誘導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）病變的影響尚不清楚。

在此背景下，2023年1月28日，寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院劉娟、王浩課題組與中醫(yī)學(xué)院張曉霞課題組在Biomedicine & Pharmacotherapy發(fā)文揭示了丁酸通過調(diào)節(jié)微生物-腦-腸軸介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥改善相關(guān)記憶和認(rèn)知功能。

首先，課題組將實(shí)驗(yàn)小鼠分為(a) 以不含乙醇的飼料飼養(yǎng)的PF對(duì)照組； (b)含乙醇飼料飼養(yǎng)的AF/CON組；(c)含NaB（丁酸鈉）飼料飼養(yǎng)的NaB組；(d) 同時(shí)含含AF和NaB飼料飼養(yǎng)的AF/NaB組。

行為學(xué)測試結(jié)果顯示：酒精組小鼠在新物體識(shí)別測試中的分辨指數(shù)顯著降低，表現(xiàn)出識(shí)別記憶缺陷；其在水迷宮測試中的逃離時(shí)間顯著增加，在Y迷宮測試中進(jìn)入未知通道的次數(shù)減少，表現(xiàn)出空間記憶認(rèn)知障礙；在穿梭箱（Shuttle box）測試中的主動(dòng)回避次數(shù)減少，即恐懼記憶能力受損；在曠場中央停留時(shí)間減少，表現(xiàn)出焦慮表型；在強(qiáng)迫游泳期間的不動(dòng)時(shí)間增加，即具有抑郁表型；而NaB的慢性攝入緩解了上述酒精造成的行為缺陷。

圖1|行為學(xué)測試結(jié)果

尼氏染色顯示：與AF/CON組相比，AF/NaB組小鼠海馬和前額葉皮層核深染減少，表明神經(jīng)元損傷有所減輕，此外， AF/CON組肝細(xì)胞增大和肝細(xì)胞廣泛空泡化，但這些變化在AF/NaB組得到改善。

圖2|尼氏染色結(jié)果

免疫染色結(jié)果顯示：AF/CON組小鼠海馬和前額葉皮層的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增加，而用NaB處理AF小鼠減少了小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量。流式細(xì)胞術(shù)分析結(jié)果顯示： AF組活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和靜息小膠質(zhì)細(xì)胞的比例增加，而NaB處理使其降低。綜上所述，NaB干預(yù)可有效預(yù)防慢性酒精引起的小膠質(zhì)細(xì)胞的過度增殖和激活。

圖3|小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫熒光染色結(jié)果

通常情況下，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可以根據(jù)環(huán)境發(fā)生M1或M2極化。M1是一種促炎表型，iNOS是M1型極化的標(biāo)志物，具有殺滅病原體的能力。M2是抗炎表型，ARG1是M2的標(biāo)志物，能促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)，起到保護(hù)和恢復(fù)神經(jīng)元的作用。為了進(jìn)一步評(píng)估NaB對(duì)酒精性神經(jīng)炎癥中小膠質(zhì)細(xì)胞極化的影響，課題組使用免疫熒光染色檢測了海馬和前額葉皮質(zhì)中小膠質(zhì)細(xì)胞M1/M2極化的類型。結(jié)果顯示，在DG、CA1和CA3區(qū)域，與PF/CON組相比，AF/CON組的iNOS光密度增加，而Arg-1分別降低。然而，NaB干預(yù)顯著恢復(fù)了iNOS和Arg-1的表達(dá)。綜上所述，NaB可能通過調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞極化的平衡來發(fā)揮抗炎作用。

圖4| iNOS和Arg-1的免疫熒光染色結(jié)果（DG）

與上述染色結(jié)果一致，ELISA結(jié)果顯示: AF/CON組小鼠海馬、血漿和結(jié)腸和前額葉皮層TNF-α、IL- 6、IL-1β和IL-18濃度顯著升高，抗炎因子IL-10濃度下調(diào)。與預(yù)期的一樣，在NaB干預(yù)后，過度慢性酗酒引起的炎癥損傷得到了緩解。

圖5|ELISA結(jié)果（海馬）

為了闡明NaB的抗炎作用機(jī)制，課題組檢測了GPR109A受體、PPAR-γ和NF-κB p65在海馬和前額葉皮質(zhì)中的表達(dá)水平。RT-PCR和WB結(jié)果顯示：在海馬和前額葉皮質(zhì)中， AF/CON組的GPR109A、TLR4和PPAR-γ顯著降低，而NF-κB p65增加，且通過NaB干預(yù)顯著緩解，該結(jié)果暗示NaB通過GPR109A / PPAR-γ / TLR4- NF-κB信號(hào)通路減輕慢性酒精暴露中的神經(jīng)炎癥。

采用HE染色法觀察結(jié)腸組織情況，觀察AF/CON組隱窩細(xì)胞損傷和炎癥細(xì)胞向固有層浸潤，且腸道黏膜變薄，提示慢性炎癥引起了腸道結(jié)構(gòu)的病理改變。然而，經(jīng)過NaB治療后，這些病理改變得到了改善。對(duì)occludin的免疫組化分析顯示，AF/CON組陽性細(xì)胞染色較淺。經(jīng)過NaB干預(yù)后，染色明顯變深。進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析顯示， AF/CON組的閉合蛋白表達(dá)降低，給予NaB組后升高，進(jìn)一步的WB結(jié)果與此一致。

圖6|HE染色結(jié)果

進(jìn)一步的腸道菌群分析結(jié)果表明，慢性酒精暴露的小鼠腸道內(nèi)與神經(jīng)遞質(zhì)密切相關(guān)的菌群發(fā)生了顯著變化，而NaB干預(yù)緩解了此變化，提示NaB可能通過調(diào)節(jié)微生物-腦-腸軸來降低炎癥水平。

圖7|腸道菌群分析結(jié)果

總的來說，本文發(fā)現(xiàn)膳食微生物代謝物丁酸可改善慢性酒精性中樞神經(jīng)損傷，通過抑制GPR109A/PPAR-γ/TLR4-NF-κB信號(hào)通路和調(diào)節(jié)微生物-腦-腸軸介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，改善相關(guān)記憶和認(rèn)知功能。

文章來源

https:///10.1016/j.biopha.2023.114308