新型精神益生菌？一种肠道菌或通过SCFAs缓解神经炎症

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Roseburia hominis通过抑制组蛋白去乙酰化酶利用短链脂肪酸减轻神经炎症

导 读

2022年7月12日，北京大学段丽萍课题组联合中国科学院微生物研究所刘双江研究员课题组在国际期刊Molecular Nutrition & Food Research（Q1，IF: 6.57）

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发表题为“Roseburia hominisAlleviates Neuroinflammation via Short-Chain Fatty Acids through Histone Deacetylase Inhibition”的研究性论文。2022年9月21日，该文被选为封面文章，该封面形象设计的灵感来自中国古代“阴阳”哲学。

神经炎症一般是指中枢神经系统（CNS）内的炎症反应，可由多种病理刺激引起，包括感染、外伤、缺血、毒素等。这个过程总是伴随着一系列细胞因子的释放，如 IL-1β、IL-6、IL-18 和 TNF-α，以及趋化因子，如 MCP-1 和 CCL5。在病理情况下，激活的小胶质细胞会产生更多的炎症因子，这可能有助于清除病原体或毒素，但也会导致神经元功能障碍和损伤。神经炎症在阿尔茨海默病、帕金森病和重度抑郁症的发病中起重要作用。抑制神经炎症可明显改善中枢神经系统的损伤，防止相关神经系统疾病的发病。因此，抑制神经炎症是治疗这些神经退行性疾病或脑损伤的最有希望的方法之一。

肠道菌群与中枢神经系统密切沟通，从而调节大脑功能和行为。最近的研究报道，肠道菌群通过肠-脑轴影响神经炎症。在该课题组之前的研究中，口服人罗斯拜瑞氏菌 (R. hominis)，一种专性革兰氏阳性厌氧菌，显著改善慢性避水应激诱导的大鼠模型的内脏超敏反应，并降低促肾上腺皮质激素释放激素的水平在血清中，但是否R. hominis可能影响神经炎症，其潜在机制仍不清楚。R. hominis的特点是产生短链脂肪酸 (SCFA)。SCFAs可以穿过血脑屏障，调节小胶质细胞的免疫功能。然而，R. hominis是否可以通过促进 SCFA 的产生来改善神经炎症仍不清楚。

无菌 (GF) 动物表现出异常行为和生理功能。在这项研究中，GF 大鼠被用来通过检测小胶质细胞激活来评估人罗斯拜瑞氏菌对神经炎症的影响。该文还评估了R. hominis对血清SCFA水平和组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1）表达的影响。这项研究提供了一种通过补充候选精神益生菌R. hominis来缓解神经炎症的新方法。

研究概述

肠道菌群在肠-脑相互作用中发挥着重要作用，肠道菌群失调与神经炎症有关。然而，需要探索针对神经炎症的特定益生菌。在这项研究中，研究了候选益生菌人罗斯拜瑞氏菌 (R. hominis) 的抗神经炎症作用及其潜在机制。

首先，无菌 (GF) 大鼠采用R. hominis口服处理。然后评估小胶质细胞活化、促炎细胞因子、短链脂肪酸水平、抑郁行为和内脏敏感性。

其次，利用丙酸盐或丁酸盐处理 GF 大鼠，分析小胶质细胞活化、促炎细胞因子、组蛋白脱乙酰酶 1 (HDAC1) 和组蛋白 H3 乙酰 K9 (Ac-H3K9)。

结果表明，R. hominis喂服可抑制小胶质细胞活化，降低脑中 IL-1α、INF-γ 和 MCP-1 的水平，并减轻 GF 大鼠的抑郁行为和内脏高敏感性反应。此外，R. hominis处理组中丙酸盐和丁酸盐的血清水平显著增加。丙酸盐或丁酸盐治疗可降低小胶质细胞活化、促炎细胞因子和 HDAC1 的水平，并促进大脑中 Ac-H3K9 的表达。

这些发现表明R. hominis通过产生丙酸盐和丁酸盐来减轻神经炎症，丙酸盐和丁酸盐可作为 HDAC 抑制剂。这项研究提供了一种候选精神益生菌来减少神经炎症。

图文赏析

图1.R. hominis减少了无菌大鼠的小胶质细胞活化。

图2.R. hominis对大鼠脑中促炎细胞因子和趋化因子水平的影响。

图3. 大鼠中短链脂肪酸的血清浓度。

图4. 丙酸盐或丁酸盐可降低无菌 (GF) 大鼠的小胶质细胞活化。

图5. 丙酸盐和丁酸盐显著降低了大鼠脑中促炎细胞因子和趋化因子的水平。

图6. 丙酸盐和丁酸盐抑制 GF 大鼠小胶质细胞中 HDAC1 的表达并增加 Ac-H3K9 水平。

图7.R. hominis抑制 HDAC1 表达并增加 GF 大鼠小胶质细胞的 Ac-H3K9 水平。

https://doi.org/10.1002/mnfr.202200164