阿尔茨海默病（AD）是一种神经退行性疾病，其病理标志物是淀粉样斑块和神经原纤维缠结。肠道微生物群作为脑-肠轴的关键节点，与认知行为和脑功能的变化越来越相关。众所周知，益生菌制剂可通过产生和调控神经活性物质而使神经退行性疾病患者受益。然而，益生菌制剂往往具有菌株特异性，它们对大脑的神经保护作用和对肠道微生物群的调节作用仍具有一定的局限性。
在此背景下，年3月8日，江南大学食品学院王刚课题组在JournalofAgriculturalandFoodChemistry发文揭示了益生菌可通过恢复脑肠轴功能减轻APP/PS1小鼠的认知障碍和神经炎症。
短双歧杆菌HNXY26M4最初是从一名健康婴儿的粪便样本中分离出来的，在延缓AD的进展方面具有潜在的心理生物作用。在本研究中，课题组研究了短双歧杆菌HNXY26M4对APP/PS1小鼠模型的作用。ELISA结果显示：HNXY26M4显著抑制了APP/PS1小鼠脑中Aβ1-42的含量的异常上调。行为学测试结果显示：APP/PS1小鼠在Y迷宫中的转向次数及新物体识别测试中的分辨能力显著下降，表现出认知障碍；其在旷场中央的活动时间显著减少，表现出焦虑表型；在水迷宫中的逃离时间增加，但在目标象限内的活动时间减少，表现出空间记忆障碍；而HNXY26M4显著缓解了APP/PS1小鼠的上述行为学障碍。
图1ELISA和行为学测试结果
随后，课题组检测了脑组织中细胞因子和抗氧化剂的表达，以检测HNXY26M4对神经炎症和氧化损伤的影响。结果显示：补充HNXY26M4逆转了APP/PS1小鼠皮质中编码促炎细胞因子的TNF-α和IL-1β表达的增加；并降低了APP/PS1小鼠大脑中MDA和GSH-Px水平，恢复了CAT水平的表达。此外，与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠的海马BDNF和PSD95显著降低，而HNXY26M4处理恢复了这些蛋白的表达，即HNXY26M4恢复了突触可塑性。这些结果表明HNXY26M4可改善APP/PS1小鼠大脑中的神经炎症、氧化损伤和突触损伤。
图2
HNXY26M4可改善APP/PS1小鼠大脑中的神经炎症、氧化损伤和突触损伤
为了研究HNXY26M4对血脑屏障的影响，课题组评估了皮质中作为血脑屏障完整性的潜在调节剂的关键紧密连接蛋白的表达。结果显示：与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠皮质中Claudin-5和ZO-1的表达明显降低，而HNXY26M4在一定程度上恢复了Claudin-5的表达。RT-qPCR结果显示：HNXY26M4减弱了APP/PS1小鼠结肠中炎症细胞因子的表达（TNF-α和1β-IL-1β的表达降低）；APP/PS1小鼠结肠中Claudin-1和ZO-1的表达明显降低，提示结肠紧密连接结构损伤，而Claudin-1和ZO-1的表达在HNXY26M4作用下恢复。这些结果表明：HNXY26M4有助于维持肠道屏障的完整性，调节结肠的环境和稳态。
图3
HNXY26M4有助于维持肠道屏障的完整性，调节结肠的环境和稳态
为了研究HNXY26M4对肠道微生物群的影响，课题组使用16SrRNA测序对粪便样本进行了分析。主坐标分析（PCoA）显示WT和APP/PS1小鼠β多样性存在明显差异，表明APP/PS1小鼠肠道菌群严重失调。此外，与WT和APP/PS1小鼠相比，HNXY26M4使阿克曼菌的相对丰度显著增加。进一步的研究结果表明，HNXY26M4也恢复了APP/PS1小鼠肠道微生物群属水平的变化。
图4肠道菌群分析
SCFAs（短链脂肪酸）定量分析结果显示，APP/PS1小鼠粪便样本中乙酸和丁酸水平显著降低，而HNXY26m4使其恢复；此外，SCFA受体Olfr78在APP/PS1小鼠皮质中的表达显著降低，这种异常趋势同样被HNXY26M4所逆转。该结果结合斯皮尔曼相关分析表明：HNXY26M4治疗可调节通过血脑屏障和循环运输到大脑的SCFAs水平，从而通过脑-肠轴对相关的脑缺陷和炎症产生神经保护作用。
图5HNXY26M4可调节大脑的SCFAs水平
总的来说，本文发现HNXY26M4可通过恢复肠道微生物种属水平和SCFAs含量显著减轻APP/PS1小鼠的认知障碍和神经炎症，而补充HNXY26M4可抑制脑氧化损伤，促进血脑屏障和肠道屏障的功能，提示益生菌干预与脑-肠轴之间存在相互作用。该研究结果提供了一种饮食干预策略，即补充益生菌可改善认知和降低患AD的风险。