肠道菌群对小鼠脑出血后轴突再生及功能恢复的影响及其相关机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuheman
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目的:脑出血是指高血压、脑动脉硬化等病因引起的脑血管非外伤性破裂出血,是卒中的一种最常见的亚型。脑出血疾病每年发病率约占卒中总发病率的10%-15%。脑出血能够导致大脑发生一系列急剧的病理性变化,包括血肿压迫效应、脑组织水肿、炎症反应和神经元细胞凋亡等。早期症状的迅速恶化导致脑出血的致残率和致死率都非常高,患者的神经功能受到了严重损害。目前脑出血疾病的临床治疗方案主要是绝对卧床休息、降低颅内压和外科手术,但都只适用于急性期阶段。值得注意的是,大脑的自我修复和可塑性功能或能为脑出血慢性恢复期的治疗提供一个相对合适的时间窗。脑损伤能够激发大脑神经自我修复的功能,主要机制包括轴突再生、神经兴奋性改变、神经发生和血管再生。微生物-肠-脑轴是存在于肠道微生物和中枢神经系统之间的一条囊括免疫、内分泌、代谢、神经等方面的双向互作通路。中枢神经系统疾病能够导致原本正常的肠道菌群发生紊乱失调;相反,通过重塑肠道菌群的稳态也能有助于缓解中枢神经系统疾病的症状和进展。膳食纤维本质上是一种多糖,因为无法被胃肠道直接吸收和产生能量而一度被认为是“无营养物质”,但随着营养学和相关科学的深入研究发现,膳食纤维能够被肠道菌群代谢利用并产生短链脂肪酸(Short Chain Fatty Acids,SCFAs)。短链脂肪酸是一种能够被肠道迅速吸收的有机脂肪酸,对维持肠道正常功能具有重要作用,此外还可以调节血脑屏障的通透性,维持中枢神经系统内环境的稳定,影响大脑发育和神经功能。抗生素是微生物或高等动植物在生活过程中产生的具有抗病原体效应的次级代谢产物,能够明显改变肠道菌群的种类和数量,诱导肠道菌群的微生态和外周免疫应答发生改变。然而,从脑出血后的早期到慢性期,通过调节肠道菌群能否影响脑出血后轴突再生和神经功能恢复尚未可知。因此,本研究的目的在于探讨肠道菌群对小鼠脑出血后轴突再生和神经功能恢复的影响及其相关机制。研究方法:本研究选择7周龄雄性C57BL/6小鼠作为研究对象,体重20~25g,由北京维通利华生物技术有限公司提供,将小鼠随机分为:假手术组(SHAM组)、出血组(ICH组)、出血+膳食纤维组(ICH+HFD组)、出血+抗生素组(ICH+AB组)。参考小鼠大脑解剖图谱,使用立体定位的方式将胶原酶VII(Collagenase VII)注射到小鼠大脑右侧纹状体形成局灶性脑出血,构建小鼠脑出血模型。脑出血后第28天,使用立体定位的方式向小鼠健侧大脑运动皮层注射生物素化葡聚糖胺(biotinylated dextran amine,BDA)对皮质脊髓束进行顺行示踪标记。脑出血后第1-35天,分别给ICH+HFD组添加膳食纤维饮食和ICH+AB组添加抗生素饮水。脑出血后第35天应用平衡木行走实验,圆桶实验对各组小鼠患侧肢体的运动功能进行评价。各组小鼠均在脑出血后第35天处死取材。根据实验目的,需要做心脏灌流的小鼠经异氟烷充分麻醉后用0.9%生理盐水和4%多聚甲醛固定液进行心脏灌注,待其四肢僵硬后完整取出小鼠大脑及颈段脊髓,经固定、脱水、包埋等一系列步骤后用冰冻切片机进行大脑冰冻切片(片厚10μm)和脊髓切片(片厚30μm)的制备,然后进行免疫荧光染色;需要直接冻存标本的小鼠在使用生理盐水心脏灌注后迅速取脑,冲洗表面残留的血液后储存于-80℃冰箱。我们使用共聚焦显微镜拍摄小鼠脊髓切片的Z轴方向的多张连续图层后,对轴突纤维进行三维重建,并使用NIH Image J软件对新生轴突的长度进行追踪描绘和测量,以观测BDA标记的皮质脊髓束纤维的芽生情况。脑出血术后第35天,我们使用Western blot检测小鼠脑出血皮层的p AKT、p NF-k B p65、PSD-95、BDNF、Nogo A、GAP43、Synaptophysin等指标的表达水平。所有数据采用统计分析软件SPSS 26.0 for windows进行分析。实验数据以均值±标准差表示。应用单因素方差分析及LSD检验来判断差异的统计学意义,P<0.05表示有统计学差异。结果:(1)脑出血、HFD和抗生素对肠道菌群的影响:相比于SHAM组,ICH组厚壁菌门取代疣微菌门成为主要优势菌;与ICH组相比,ICH+HFD组的拟杆菌门数量明显增加,厚壁菌门数量无明显变化;与ICH组相比,ICH+AB组厚壁菌门无明显变化,变形菌门明显增加。(2)脑出血、HFD和抗生素对轴突再生的影响:与SHAM组相比,ICH组的轴突长度明显增加(P<0.001);ICH+HFD组和ICH+AB组的轴突长度较ICH组进一步增加(P<0.05)。(3)各组行为学功能差异没有统计学意义(P>0.05)。结论:(1)脑出血后肠道菌群发生了明显改变。(2)HFD和抗生素干预显著改变了脑出血后肠道菌群组成结构。(3)HFD和抗生素干预促进了脑出血后轴突再生。(4)HFD和抗生素干预对脑出血后慢性期神经功能恢复没有显著性影响。
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