间歇性禁食对小鼠溃疡性结肠炎及其行为障碍的影响

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随着社会经济的快速发展和国人饮食西方化的盛行,许多炎症相关疾病的发病率呈现出逐年增加的趋势。其中,溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis,UC)是炎症性肠病的一种,其发病机制目前尚不明确。目前UC被广泛接受的潜在发病因素主要涉及遗传、环境、肠道菌群紊乱和免疫反应等。此外,临床上许多UC患者还伴随着焦虑抑郁样行为,这些情绪障碍已经日益被认为是UC的重要共病。基于目前UC难治愈、易复发的特点,探究具有肠道保护作用的新型饮食模式意义至关重大。间歇性禁食(Intermittent fasting,IF)是一种限制饮食的方式,主要包括隔天禁食(Alternate-day fasting,ADF)、限制时间饮食(Time-restricted feeding,TRF)和间歇性能量限制(Intermittent energy restriction,IER)等。大量研究表明,间歇性禁食具有抗炎,重塑肠道菌群,改善肥胖和延长寿命等功效。然而其对于UC及其伴随的情绪异常的影响却鲜有报道。因此,本研究以DSS诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型为研究对象,探究了三种间歇性禁食模式能否通过改善溃疡性结肠炎小鼠肠道菌群紊乱进而减轻UC的一系列病理特征(如结肠缩短,便血,死亡率等)及其伴随的焦虑抑郁样行为。旨在探究三种间歇性禁食模式对溃疡性结肠炎相关失调的全面影响,具有积极的研究意义。主要研究内容如下:(1)为探究不同间歇性禁食模式对溃疡性结肠炎小鼠肠道屏障及肠道炎症的影响,以8周龄的C57BL/6J雄性小鼠为研究对象,用2%的DSS水溶液替代饮水干预两个周期(每个周期6天)构建溃疡性结肠炎小鼠模型。并用三种不同的禁食模式进行全程干预,包括隔天禁食(ADF),每天限制8 h的限制时间饮食(TRF)和两个为期4天的间歇性能量限制(IER)周期。结果发现,TRF和IER显著改善了溃疡性结肠炎小鼠结肠缩短、DAI评分及死亡率。结肠组织病理结果显示,TRF和IER干预后小鼠肠道屏障损伤和炎性细胞浸润情况减轻,但ADF禁食模式并未见上述保护作用。同时,TRF和IER干预后小鼠结肠黏液层的杯状细胞数量和隐窝的数量均显著增加,MUC2的m RNA表达水平显著上调,并减轻了结肠肠上皮紧密连接损伤的情况,增加了紧密连接蛋白Claudin-1,Occludin和Zo-1的m RNA表达。此外,TRF和IER干预还显著下调了结肠炎小鼠结肠组织TNF-α,IL-1β的水平及氧化应激生物标志物MDA的水平。(2)探究了间歇性禁食对溃疡性结肠炎小鼠伴随的焦虑强迫样行为的影响,利用高架十字迷宫试验和埋珠试验评价了溃疡性结肠炎小鼠的行为障碍。结果表明,TRF和IER干预显著改善了溃疡性结肠炎小鼠的行为障碍,并显著增加了小鼠血清中5-HT的含量,显著降低了血清中LPS的水平,抑制了溃疡性结肠炎小鼠脑内小胶质细胞的过度激活和神经元损伤情况。此外,在溃疡性结肠炎小鼠的脑组织中,TRF和IER干预还显著抑制了TNF-α、IL-1β和IL-6等炎性细胞因子的m RNA表达,降低了脑组织中MDA和GSSG的水平,并且还提高了GSH的水平。(3)利用16S rDNA测序技术及GC技术分析了溃疡性结肠炎小鼠肠道菌群结构及粪便中SCFAs水平的变化。结果发现,TRF和IER干预可在一定程度上改善溃疡性结肠炎小鼠肠道菌群丰富度的降低,抑制其肠道炎症相关菌(Shigella、Escherichia coli等)丰度的增加,而ADF干预并不具有上述有益的作用。此外,TRF和IER干预还显著增加了结肠炎小鼠粪便中乙酸、丁酸和异丁酸的含量,并促进了短链脂肪酸产生菌(Lactobacillus、Coprococcus等)丰度的增加。通过相关性分析发现,丁酸与DAI指数、结肠组织学评分等溃疡性结肠炎相关指标呈现出显著负相关。并且与高架十字迷宫试验中小鼠进入开放臂的比例呈现出显著正相关,与埋珠试验中小鼠埋珠数目呈现出显著负相关。综上所述,TRF和IER对结肠炎及相关行为障碍具有保护作用,其部分原因可能是改善了肠道微生物组成,增加了有益代谢产物SCFAs的生成,进而减轻了肠道屏障受损,从而抑制结肠和脑的炎症和氧化损伤。因此,合理的间歇性禁食方案是改善结肠炎的有效营养干预策略。
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