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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( 五 )

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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4SCFAs觸發GF3×Tg小鼠的C/EBPβ/AEP激活和認知缺陷以及被PGE2-G加劇的炎癥 。
(A)免疫印跡顯示有/無SCFAs處理的GF小鼠大腦中p-C/EBPβ、C/EBPβ、AEP、APP和tau蛋白表達和加工 ， 以及花生四烯酸代謝 。 (B)有/無SCFAs處理的GF3×Tg小鼠腦裂解物中的AEP活性測定 。 SCFAs處理可提高GF3×Tg小鼠大腦中的AEP活性 。 (C)GF3×Tg小鼠和SPF3×Tg小鼠腦裂解物中的促炎細胞因子IL1-β、IL-6和TNFα濃度 。 (D)使用人Aβ40和Aβ42ELISA試劑盒檢測GF3×Tg小鼠皮層中Aβ40和Aβ42的濃度 。 與對照處理的GF3×Tg小鼠相比 ， SCFAs處理的GF3×Tg小鼠的大腦皮層中Aβ42的濃度顯著增加 。 (E)有/無SCFAs處理的GF3×Tg小鼠大腦海馬CA1區Aβ(紅色)和ThS(綠色)、AT8(綠色)和T22(紅色)的免疫熒光染色 。 比例尺：20μm 。 (F)定量分析Aβ陽性細胞、ThS陽性細胞、AT8陽性細胞和T22陽性細胞 。 在SCFAs處理的GF3×Tg小鼠大腦中 ， Aβ、ThS、AT8和T22陽性細胞的密度顯著增加 。 (G ， H)Y迷宮行為測試 。 自發交替(G) ， 進入臂次數(H) 。 (I)GF小鼠和SPF小鼠糞便中花生四烯酸及其代謝物的濃度 。 (J)GF3×Tg小鼠、PGE2-G或SCFAs處理GF3×Tg小鼠、以及SCFAs和PGE2-G處理GF3×Tg小鼠皮層中Iba-1染色小膠質細胞(紅色)的代表性圖像(上圖)和3D重建(下圖) 。 (K ， L)定量分析駐留在皮層中小膠質細胞的直徑和分支點數量 。 Aβ ， 淀粉樣蛋白-β；AEP ， 天冬酰胺內肽酶；GF ， 無菌；PGE2-G ， 前列腺素E2-1-甘油酯；SCFA ， 短鏈脂肪酸 。
5與PUFA代謝有關的擬桿菌菌株在AD微生物再定植的GF小鼠中升高
由于AD患者表現出微生物組改變 ， 我們試圖確定人源性腸道微生物組在轉移到GF小鼠時是否會影響疾病結果 。 我們將三個AD患者和三個HC供體的糞便樣本接種到GF小鼠中 。 收集人源化小鼠糞便顆粒 ， 提取細菌DNA ， 并進行16SrRNA測序 。 微生物組分析顯示 ， 在ex-GF小鼠中 ， 通過糞便微生物群移植(FMT)建立了人類腸道微生物群 。 在門水平上 ， 分類學分析表明FMT受體小鼠的微生物群落與人類供體接種物的微生物門非常相似(圖5A) 。 如之前的幾項研究所示 ， 受體小鼠成功攜帶了在供體接種物中檢測到的100%門水平和86%屬水平的分類群 。 此外 ， β多樣性分析PCoA顯示 ， FMT受體小鼠的微生物群與其人類供體對應物聚集在一起(圖5B) 。 重要的是 ， 我們的研究證實 ， 供體和FMT受體小鼠之間的α多樣性沒有顯著變化 。 因此 ， 我們的數據表明人類腸道微生物群在GF小鼠中成功植入 。 此外 ， 我們的研究結果表明 ， Bacteroidesintestinalis(圖5C)、Bacteroidesfragilis(圖5D)和Bacteroidesxylanivsolvens(圖5E)的平均相對豐度顯著增加 ， 而Parabacteroidesgoldsteiniii(圖5F)、Bacteroidesovatus(圖5G)和Clostridiumbolteae的平均相對豐度顯著降低(圖5H) 。 值得注意的是 ， 在AD人源化ex-GF小鼠中 ， 三種細菌菌株(B.nestiinalis、B.fragilis和B.xylanivsolvens)培養液中AA及其代謝物濃度的定量分析表明 ， 這些細菌參與AA代謝并可產生AA代謝物(圖5I) 。
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5對人源化GF3×Tg小鼠糞便進行微生物組分析 ， 發現AD患者糞便菌群接種GF小鼠后 ， 糞便中的擬桿菌增多 。
(A)通過高通量測序分析確定細菌門的相對豐度 。 (B)微生物群落結構的主坐標圖(PcoA) 。 (C-H)細菌種類的平均頻率 。 (I)Bacteroidesintestinalis、Bacteroidesfragilis和Bacteroidesxylanisolvens體外培養物中花生四烯酸(AA)及其代謝物的濃度 。 AD ， 阿爾茨海默?。籄NOVA ， 方差分析 。
6AD患者腸道菌群可增強AD病理并促進認知缺陷
為了評估人類AD糞便樣本是否會加速GF小鼠的AD病理 ， 我們進行了IF染色 ， 發現與HC相比 ， AD人源化ex-GF3×Tg小鼠大腦中ThS陽性Aβ沉積加重 。 此外 ， 海馬中的AT8/T22也表現出類似的模式(圖6A ， B) ， 支持AD患者微生物組促進GF3×Tg小鼠的AD病理 ， 包括老年斑和NFT 。 定量結果顯示 ， 在接種AD糞便的GF小鼠中 ， Aβ42(而非Aβ40)濃度顯著增加(圖6C) 。 IF染色顯示 ， 與HC相比 ， ex-GF小鼠AD糞便接種后C/EBPβ和AEP明顯升高；因此 ， TauN368、APPC586和Aβ均顯著增強 ， 并伴有明顯的小膠質細胞激活 。 與AA代謝酶、LKB4和12-HHT受體、BLT1和BLT2的上調一致 ， C/EBPβ的兩個下游轉錄靶標在人類AD微生物移植的ex-GF小鼠中也明顯升高 。 與AD突出的病理特征一致 ， 免疫印跡顯示 ， 與HC相比 ， AD糞便移植的ex-GF小鼠中包括PSD95、GluR2和Spinophilin在內的突觸蛋白降低 。 與這些結果一致的是 ， AD糞便人源化小鼠的BDNF水平顯著降低 。 同時 ， 海馬神經元中的樹突棘大大減少 。 因此 ， 與HC小鼠相比 ， AD糞便人源化小鼠在Y迷宮中表現出認知缺陷 ， 盡管進入臂的總數沒有統計學變化 。 然而 ， 一對接種了AD和HC糞便樣本的ex-GF小鼠表現出明顯減少的臂進入(圖6D-G) 。 正如預期的那樣 ， Iba-1染色和3D小膠質細胞重建分析表明AD患者菌群接種GF小鼠的小膠質細胞高度活化且形態成熟(圖6H-K) 。 因此 ， 這些數據支持AD和HC患者之間的糞便微生物群落差異在接種到GF小鼠后可能仍然存在 。