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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( 四 )

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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
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圖3腸道菌群影響GF和SPF3×Tg小鼠AD模型海馬區mRNA表達的轉錄組譜 。
(A)主成分分析(PCA)中顯示樣品間距離的圖 。 (B)散點圖顯示log2(倍數變化)與歸一化平均基因計數的關系 。 (C)GF和SPF中功能性mRNA的聚類分析 ， 數據以熱圖形式呈現(p<0.05) 。 每行代表所有小鼠中單個基因的相對表達水平；每列表示單個小鼠的表達級別 。 紅色和綠色分別表示低表達和高表達 。 (D)熱圖顯示了GF和SPF之間花生四烯酸代謝途徑的差異基因 。 (E)差異基因的KEGG和Panther通路分析 。 (F)免疫印跡顯示GF3×Tg小鼠和SPF3×Tg小鼠海馬中胰島素/IGF-1信號通路 。 (G)免疫印跡定量分析 。 p-IR、p-IRS和p-GSK的條帶分別用imageJ測量 ， 并分別用IR、IRS和GSK歸一化 。 AD ， 阿爾茨海默病；GF ， 無菌；IR ， 胰島素受體；SPF ， 無特定病原體 。
4短鏈脂肪酸觸發GF3×Tg小鼠的C/EBPβ/AEP激活和認知缺陷以及被前列腺素E2-1-甘油酯加劇的炎癥
AD患者的腸道微生物群具有較低比例的關鍵產丁酸鹽菌 ， 例如Butyrivibrio和Eubacterium屬的成員 。 老年AD的丁酸鹽酶編碼基因也比沒有癡呆的健康老人低 。 較低比例的產丁酸鹽菌會導致促炎狀態 。 事實上 ， AD患者糞便移植的ex-GF小鼠的糞便和血清中的短鏈脂肪酸(SCFAs)降低 。 為了研究SCFAs是否會部分模擬定植SPF小鼠的腸道微生物群 ， 從而觸發C/EBPβ/AEP通路激活 ， 我們連續3個月給GF3×Tg小鼠喂食對照或乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽混合的SCFAs(同時動物保持微生物無菌狀態) 。 免疫印跡顯示 ， 飼喂SCFAs的GF小鼠中p-C/EBPβ及其總蛋白水平升高；下游AEP及其活性形式增加 ， 從而觸發TauN368和APPN585表達增強 。 隨后 ， p-TauAT8活性也相應增加 。 結果 ， 與對照相比 ， SCFAs喂養增強了C/EBPβ的下游靶點 ， 包括Lox-5、Cox1、Cox2、BLT1和BLT2水平(圖4A) 。 定量酶檢測證實 ， 與對照相比 ， SCFAs喂養的GF小鼠中AEP蛋白酶活性顯著增強(圖4B) 。 與C/EBPβ激活一致 ， 下游反應性炎癥細胞因子IL-6增加(圖4C) 。 AβELISA定量顯示 ， SCFAs處理顯著增加了大腦中Aβ42的濃度 ， 但Aβ40的濃度沒有顯著提高(圖4D) 。 這些結果被IF染色進一步證實 。 在海馬中 ， SCFAs增強了ThS陽性Aβ聚集物、p-TauAT8和原纖維TauT22信號(圖4E ， F) 。 此外 ， 與AEP截短TauN368和APPC586片段相關的AEP升高也在SCFAs處理中富集 。 與SCFAs在GF3×Tg小鼠中產生的AD病理一致 ， 認知行為實驗發現 ， 盡管進入臂的數量保持不變 ， 但SCFAs喂養的GF小鼠轉換百分比被顯著抑制(圖4G ， H) 。 小膠質細胞是大腦中的常駐巨噬細胞 ， 可保護中樞神經系統免受損傷和感染 。 小膠質細胞還通過調節突觸傳遞、突觸形成和修剪以及胚胎腦布線的各個方面促進整個胚胎期和成年期的大腦發育 。 在受影響的海馬和皮層區域 ， 與對照處理的GF小鼠相比 ， SCFAs處理的GF小鼠中小膠質細胞表現出活化和成熟增加的形態 ， 分別與GF和SPF小鼠的小膠質細胞相似(圖4J) 。
腦組織樣本的代謝組學研究為AD發病機制的分子基礎提供了直接的見解 。 因此 ， 我們使用GF和SPF3×Tg小鼠的大腦樣本進行了代謝組學分析 。 代謝組學顯示 ， 與SPF小鼠相比 ， GF3×Tg小鼠大腦中的AA相關代謝物減少 。 正如預期的那樣 ， GF小鼠糞便中的PUFA代謝物與SPF小鼠相比顯著減少(圖4I) 。 因此 ， 我們選擇了從代謝組學分析中鑒定出來的PGE2-G ， 這是一種來自PGE2的甘油偶聯代謝物 。 與對照相比 ， PGE2-G處理在GF小鼠中幾乎沒有引起未成熟小膠質細胞的激活 。 然而 ， SCFA和PGE2-G共處理可刺激GF小鼠的小膠質細胞形態成熟和活化(圖4J-L) ， 表明PGE2刺激成熟（而非未成熟）的小膠質細胞活化 。 總之 ， 這些結果支持SCFAs觸發了GF3×Tg小鼠的C/EBPβ/AEP激活和認知缺陷以及由AA-代謝物PGE2-G加劇的炎癥 。