科研丨GUT(IF:31.7): 肠道菌群通过PUFA相关神经炎症调节阿尔茨海默病的病理和认知障碍( 七 ) _健康小知识

免疫印迹还显示，与年龄匹配的对照组相比，人类AD患者大脑中的Lox5、Cox1、Cox2、BLT1和BLT2水平要丰富得多，与AD人源化ex-GF小鼠血清和大脑中的AA代谢物升高一致。 IF染色进一步证明，与对照组相比， AD患者大脑中Iba-1阳性小胶质细胞和NeuN阳性神经元中C/EBPβ和Lox5水平升高。此外，人类AD大脑中C/EBPβ的显著增强伴随着Lox5和AEP信号的增强，这是两个下游转录靶点。因此，人类AD微生物组接种GF小鼠中AD病理和AA代谢酶升高，这与炎症性小胶质细胞激活有关。

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图7AD粪便人源化ex-GF小鼠表现出C/EBPβ/AEP激活升高，与炎症升高有关。
(A)免疫印迹显示HC人源化ex-GF3×Tg小鼠和AD人源化ex-GF3×Tg小鼠大脑中p-C/EBPβ、C/EBPβ、AEP、APP和tau蛋白表达和加工以及花生四烯酸代谢。 (B)免疫印迹定量分析。用ImageJ统计C/EBPβ、LOX5、COX1、COX2、BLT1和BLT2的条带，并用β-肌动蛋白归一化。 (C)HC人源化ex-GF3×Tg小鼠和AD人源化ex-GF3×Tg小鼠的脑裂解物中AEP活性测定。与HC人源化ex-GF3×Tg小鼠相比， AD人源化ex-GF3×Tg小鼠的AEP活性增加。 (D)HC人源化ex-GF3×Tg小鼠和AD人源化ex-GF3×Tg小鼠的脑裂解物中促炎细胞因子IL1-β、IL-6和TNFα的浓度。 (E)HC人源化ex-GF3×Tg小鼠和AD人源化ex-GF3×Tg小鼠大脑中涉及花生四烯酸代谢的基因相对mRNA水平。 AD ，阿尔茨海默病；AEP ，天冬酰胺内肽酶；ANOVA ，方差分析；COX ，环氧酶；GF ，无菌；HC ，健康对照。
讨论
肠道微生物群在各种神经系统疾病的外周以及中枢免疫激活和炎症中起重要作用。在本研究中，我们提供的证据表明，肠道微生物组是AD小鼠模型中AD病理和认知缺陷所必需的。与SPF动物相比，在GF条件下3×Tg小鼠表现出小胶质细胞活化减少，老年斑块和NFT减少，以及空间记忆缺陷。 RNAseq显示，与GF3×TG小鼠大脑相比， SPF组中的胰岛素信号传导异常改变，促炎途径升高。此外，来自人源化GF小鼠大脑、血清和粪便的代谢组学分析确定了促炎信号升高和许多与SCFA减少相关的AA相关代谢物。用来自拟杆菌的AA代谢物PGE2-G治疗，在SCFA存在的情况下可恢复GF小鼠的AD病理和小胶质细胞活化。这一发现提供了一种由肠-脑轴驱动的潜在分子机制。与HC相比，移植AD微生物群的人源化小鼠空间记忆受损，表明Aβ和Tau过表达和生态失调相互作用并调节疾病进展。可以想象，这些临床前发现可能应用于人类，基因-微生物组相互作用可能为AD的发病机制提供见解。
C/EBPβ在神经炎症基因表达调控中起关键作用。因此，我们发现它在SPF或AD患者粪便移植小鼠大脑中的小胶质细胞中被激活，并提高了与AA代谢有关主要酶的mRNA转录(图2和7) 。这些发现与先前的报告一致，即COXs、LOX5和PTGES的表达是由C/EBPβ介导的。 Ptges3编码胞质前列腺素E合酶(cPGES) ， Pgtes2编码微粒体PGES-2(mPGES-2) ， cPGES和mPGES-2都是将PGH2转化为PGE2的重要PGES 。 cPGES优先与COX-1结合以将PGH2转化为PGE2 ，而mPGES-2可以与COX-1和COX-2结合产生PGE2以响应炎症。 GF小鼠炎症和PGE2减少与Hpgd和Pgtes3mRNA水平降低一致。而mPGES-2在组织中形成型表达，并且在组织炎症或损伤期间不会明显增加。据推测，由于GF小鼠中PGE2水平较低，因此Pgtes2可能会作为反馈补偿而增加(图3D) 。 Alox12基因编码酶及其反应产物调节血小板功能。在人类糖尿病患者的胰岛中观察到该基因的表达升高，但其在大脑中的作用尚不清楚。因此，它是否由C/EBPβ介导仍然未知。升高的酶导致各种AA代谢物上调，包括PGE2、血栓素B2、LKB4和12-HHT等，这些反馈刺激小胶质细胞激活，进一步加剧神经炎症。此外， C/EBPβ调节神经胶质激活中的许多促炎基因。与这些发现一致， PGE2-G和SCFA处理在GF3×Tg小鼠中引起明显的小胶质细胞活化和AD病理(图4) 。因此，在C/EBPβ和介导促炎AA代谢以放大神经炎症的酶之间存在恶性循环。除神经胶质细胞外， C/EBPβ还充当神经元中的关键转录因子，调节主要AD效应因子(包括APP、MAPT和AEP等)的表达。最近，我们报道了C/EBPβ/AEP信号在神经元中呈年龄依赖性增长，增多的APP和Tau蛋白随后被活性AEP截短，触发AD发病机制。有趣的是， C/EBPβ缺乏可在缺血性或兴奋性毒性损伤后提供神经保护， COX-2抑制对这两种模型是有益的。据推测， 5×FAD肠道或AD粪便人源化的SPF小鼠和GF小鼠大脑中的C/EBPβ/AEP信号激活部分由AD受试者肠道生态失调引起的促炎AA代谢物介导(图2和7) 。