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科研丨GUT(IF:31.7): 腸道菌群通過PUFA相關神經炎癥調節阿爾茨海默病的病理和認知障礙( 三 )

健康知識養生常識


3腸道菌群提高炎癥代謝物并改變大腦中的炎癥和胰島素/IGF-1通路
為了評估腸道微生物組對AD相關轉錄反應的整體影響 ， 我們使用GF和SPF3×Tg小鼠的海馬樣本進行了無偏RNA測序 ， 并通過RNA轉錄本的定量深度測序測量了全基因組mRNA表達譜(圖3) 。 我們發現SPF和GF動物之間的mRNA譜和整體基因表達模式存在顯著差異 。 通過主成分分析(PCA)對數據集中的主要方差來源進行評估 ， 顯示GF和SPF3×Tg小鼠之間明顯分離(圖3A) 。 我們觀察到SPF3×Tg小鼠與GF3×Tg小鼠的1872個差異基因(圖3B) 。 在差異表達基因中 ， 與GF3×Tg小鼠相比 ， 我們在SPF3×Tg小鼠的海馬中觀察到載脂蛋白E的表達下調 。 接下來 ， 利用GF和SPF3×Tg小鼠之間海馬區差異表達基因 ， 通過功能mRNA的聚類分析生成熱圖(圖3C) 。 值得注意的是 ， 與GF3×Tg小鼠相比 ， 參與AA代謝途徑的基因 ， 包括Hpgd、Ptges3、Ptges2和Cyp1b1 ， 在SPF3×Tg小鼠中差異表達(上調：Hpgd、Ptges3和Cyp1b1;下調：Ptges2)(圖3D) ， 這與我們的觀察結果相吻合 ， 許多AA相關炎癥酶在GF小鼠中明顯減少 。 有趣的是 ， 除了AA代謝途徑中顯著改變的促炎基因外 ， RNAseq還顯示 ， 與GF小鼠相比 ， SPF小鼠的胰島素信號及其相關的下游通路發生了異常改變(圖3E) 。 因此 ， 我們通過免疫印跡檢測海馬胰島素信號 ， 發現與SPF小鼠相比 ， GF小鼠的p-胰島素受體(IR)和p-IRS(IR底物)及其下游效應物(包括p-Akt和p-MAPK和p-GSK活性)均顯著增加(圖3F) 。 這些數據與先前的報道一致 ， 即AD患者表現出進行性腦胰島素抵抗和胰島素缺乏 。
接下來 ， 我們使用公共基因集(GO、KEGG和PANTHER)對海馬中差異表達基因進行富集分析 ， 并確定了與凋亡、血清素和多巴胺、GABAnergic、谷氨酸和去甲腎上腺素途徑相關基因的變化 。 如圖所示 ， SPF小鼠中包括Tnf、Apaf1、Fasl等在內的促凋亡基因增加 ， 抗凋亡基因Bcl2l1降低 ， 盡管SPF小鼠的Bax、Bad、Casp3等促凋亡基因也減少 ， 表明SPF和GF小鼠之間不同途徑介導的細胞死亡效應因子發生顯著改變 ， GF3×Tg大腦中的細胞可能對細胞凋亡具有更強的抵抗力 。 編碼轉運神經遞質血清素的整合膜蛋白的Slc6a4基因在SPF小鼠中減少 ， 編碼血清素受體的Htr3b、Htr4基因在SPF小鼠中也減少 ， 表明GF小鼠海馬中血清素信號傳導增加的潛力 。 Ankk1基因與Drd2基因密切相關 ， 在SPF小鼠中均降低 ， 而編碼多巴胺受體的Drd2、Drd3、Drd4和Drd5在SPF小鼠中也減少 ， 表明GF小鼠中表達的多巴胺受體更多 。 Gad1編碼谷氨酸脫羧酶 ， 該酶負責催化L-谷氨酸產生γ-氨基丁酸(GABA)；Aldh9a1基因編碼將γ-氨基丁醛氧化為GABA的酶；Gabarap基因編碼GABA(A)受體相關蛋白 ， 所有這些在SPF小鼠中均降低 ， 而編碼負責GABA分解代謝的4-氨基丁酸轉氨酶的Abat基因在SPF小鼠中增加 ， 表明GF3×Tg小鼠海馬中產生和攝取了更多的GABA而不降解 ， GF小鼠合成的GABA受體比SPF小鼠更多；Gls和Gls2基因編碼谷氨酰胺酶 ， 催化谷氨酰胺水解為谷氨酸和氨；Glul基因編碼由谷氨酸合成谷氨酰胺的蛋白質；Grin1、Grin2a、Grin2b基因編碼N-甲基-D-天冬氨酸受體亞基；與SPF小鼠相比 ， 上述基因在SPF3×Tg小鼠海馬中均有增加 ， 而GF小鼠大腦中產生的谷氨酸較少 ， 伴隨著更高的谷氨酸降解和更少的谷氨酸受體合成 。 Comt基因編碼兒茶酚-O-甲基轉移酶；Dbh基因編碼氧化還原酶 ， 催化多巴胺轉化為去甲腎上腺素 ， 在SPF小鼠中降低 ， 而編碼α-1A-腎上腺素能受體和α-2A-腎上腺素能受體的Adra1a和Adra2a基因在SPF小鼠中增加 ， 表明GF小鼠大腦中產生的去甲腎上腺素較少 。 通過qRT-PCR驗證每個通路的兩個基礎基因 ， 結果與RNA-Seq結果一致 。 NeuN和TUNEL共染色顯示 ， SPF小鼠海馬神經元中的細胞凋亡明顯增加 。 總之 ， 這些數據表明 ， 在GF和SPF3×TgAD小鼠模型中 ， 常駐腸道微生物群影響海馬區mRNA表達的轉錄組景觀 。