慢性乙醇暴露引起小鼠肠道菌群构成改变经激活海马NLRP3炎性小体导致抑郁样行为的机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youngpansy
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目的:乙醇(Ethanol),俗称酒精(Alcohol),是世界范围内最常见的滥用物质之一。酗酒作为一个严重的医学与社会问题,已经成为世界范围内导致死亡和伤残的一个重要因素。慢性乙醇暴露还参与负强化过程,增加包括焦虑症和抑郁症在内的多种精神心理障碍的患病率。近年来,我国与乙醇滥用相关的精神障碍发病率及伤残调整寿命年呈现逐步上升的趋势。但目前乙醇引起抑郁障碍的机制及受时间、摄入剂量影响的变化规律并不明确。因此,对乙醇引起精神心理障碍的机制进行深入研究,可以帮助进一步补充和完善乙醇引起神经损害的毒理学机制,亦可为长期慢性乙醇暴露所致的神经精神损害的防治提供新的研究思路和理论依据。乙醇不仅直接作用于中枢神经系统,其对胃肠道系统也有很强的负面作用。越来越多的证据表明,乙醇摄入通过影响胃肠道微环境、激活肠管免疫系统及破坏肠道稳态,进而干扰肠道微生物菌群的构成。随着高通量测序和组学技术的发展,人们发现肠道微生物菌群的改变可通过多途径影响中枢神经系统,参与抑郁症、自闭症、帕金森氏病等多种精神或神经退行性疾病的发病。截至目前,肠道微生物菌群、乙醇和抑郁障碍三者之间的关联目前尚不明确。本实验旨在进一步明确慢性乙醇暴露对于抑郁障碍的影响及其作用规律,确定肠道微生物菌群在乙醇所致精神障碍中的重要作用,并对其作用机制进行深入探究。研究方法:1.采用10%和20%(m/V)浓度乙醇建立60天、90天及180天的慢性乙醇暴露小鼠模型,并对小鼠的血液乙醇浓度进行检测。采用强迫游泳实验检测小鼠的抑郁样行为,采用WB和q PCR方法检测小鼠海马AMPA受体表达及其磷酸化水平,炎性因子及凋亡相关蛋白表达水平;2.采用20%(m/V)浓度乙醇建立野生型小鼠90天慢性乙醇暴露模型,并加入复合益生菌制剂Biotics摄入组作为对照。采用旷场实验、高架十字迷宫、强迫游泳等行为学实验和血清皮质醇水平反映小鼠的行为、情绪变化,采用16S r RNA基因测序检测小鼠肠道菌群改变,采用HE染色、q RT-PCR和FD4灌胃检测肠屏障结构和功能,采用ELISA和Luminex方法检测血清脂多糖及多种炎性因子的水平,采用Western blot方法检测血脑屏障结构功能,采用Western blot、q RT-PCR和免疫荧光检测小鼠海马神经炎症、细胞凋亡、神经营养蛋白及突触蛋白的表达变化;3.将野生型小鼠慢性乙醇暴露模型中的对照组和乙醇组小鼠的肠道菌群通过粪便菌群移植的方式移植给健康受体小鼠。采用行为学实验和血清皮质醇水平检测小鼠的情绪及行为改变,采用16S r RNA基因测序检测肠道菌群改变,采用HE染色、ELISA、免疫荧光等方法检测受体小鼠肠屏障及血脑屏障的结构功能、海马神经营养蛋白及突触蛋白表达变化,采用WB、免疫荧光和蛋白芯片检测海马NLRP3炎性小体及小胶质细胞激活状态、炎性因子及趋化因子水平;4.采用侧脑室注射腺相关病毒的方式获取海马NLRP3沉默小鼠,并建立90天20%(m/V)浓度慢性乙醇暴露模型。检测小鼠的焦虑样及抑郁样行为、肠道菌群改变、肠屏障及血脑屏障的改变、海马神经营养蛋白及突触蛋白表达水平,并采用Luminex方法全面检测了血清中炎性因子的变化;5.将两组海马NLRP3沉默小鼠的肠道菌群移植给健康受体小鼠。采用5种行为学实验全面反映受体小鼠的焦虑行为和快感缺失、行为绝望等核心抑郁症状,并对受体小鼠肠道菌群改变、肠屏障及血脑屏障的结构功能、血清LPS及炎性因子水平、海马神经元损伤、NLRP3炎性小体及胶质细胞激活状态进行检测分析。采用多元因果中介分析方法探索不同血清炎性因子在肠道菌群对小鼠抑郁行为影响中的介导作用。结果:1.慢性乙醇暴露90天以上可致小鼠在强迫游泳实验中不动时间显著增加,海马AMPA受体Glu A1亚基的表达及其在Ser831、Ser845位点的磷酸化水平降低,炎性因子增加,细胞凋亡增加,20%(m/V)浓度乙醇组的改变更为明显。2.慢性乙醇暴露可引起小鼠焦虑样及抑郁样行为、高应激状态、肠道菌群构成改变、肠屏障损伤、血清LPS及IL-1β升高、血脑屏障损伤、海马神经炎症及神经损伤;益生菌的摄入可以在一定程度上缓解乙醇引起的抑郁样行为、肠道菌群多样改变。3.慢性乙醇暴露小鼠的肠道菌群可致健康受体小鼠出现焦虑样及抑郁样行为、高应激状态、肠屏障损伤、血清LPS及IL-1β升高、血脑屏障损伤、海马神经炎症及细胞凋亡加重、海马神经营养蛋白及突触蛋白表达减少。4.沉默小鼠海马区NLRP3表达后,慢性乙醇暴露仍可引起肠道菌群构成改变、肠屏障损伤、血清LPS及多种炎性因子升高、血脑屏障损伤,但未见显著的抑郁样行为、海马神经炎症或神经损伤。5.海马NLRP3沉默小鼠接受慢性乙醇暴露后未表现出抑郁样行为,但其肠道菌群可致受体小鼠产生抑郁样行为、肠屏障损伤、血清LPS及炎性因子升高、血脑屏障损伤、海马NLRP3炎性小体激活、海马神经炎症及神经损伤。结论:1.慢性乙醇暴露引起的肠道菌群构成改变参与小鼠焦虑样、抑郁样行为的产生。2.慢性乙醇暴露导致小鼠肠道菌群构成改变,引起血清LPS及IL-1β、TNF-α、IFN-γ等炎性因子升高,进而激活海马NLRP3炎性小体,导致神经炎症和焦虑样、抑郁样行为产生。3.改善肠道菌群的构成或抑制NLRP3相关的神经炎症可能成为乙醇所致焦虑和抑郁的治疗靶点。
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