高脂肪和蔗糖饮食被称为致肥胖饮食（OD），与亚临床慢性炎症和神经发育障碍有关。新出现的证据表明，OD是通过肠道-脑轴影响认知和社会功能的。本文旨在探讨OD对青少年的影响，探讨杜仲皮质多糖（EP）对OD诱导的行为功能障碍的调节作用，阐明其潜在的分子机制。关注“太阳集团2018网站科服”微信公众号，后台回复220801，即可下载本文原文~

Eucommiae cortex polysaccharides mitigate obesogenic diet-induced cognitive and social dysfunction via modulation of gut microbiota and tryptophan metabolism

杜仲皮多糖通过调节肠道微生物群和色氨酸代谢来减轻肥胖饮食引起的认知和社会功能障碍

作者：Penghao Sun, Mengli Wang等

期刊：Theranostics

时间：2022.05.01

影响因子：11.6

DOI：10.7150/thno.72756

一、文章摘要

高脂肪和蔗糖饮食被称为致肥胖饮食（OD），与亚临床慢性炎症和神经发育障碍有关。新出现的证据表明，OD是通过肠道-脑轴影响认知和社会功能的。然而，青少年时期OD对未来健康的影响尚不清楚，与此同时，其基本机制和有效干预措施尚未得到充分理解。多糖是杜仲皮层中最丰富的物质之一，具有潜在的免疫调节和神经保护作用。本文旨在探讨OD对青少年的影响，探讨杜仲皮质多糖（EP）对OD诱导的行为功能障碍的调节作用，阐明其潜在的分子机制。本研究弥补了对青少年时期OD相关神经元功能障碍的认识上的空白，首次证明EPs通过调节肠道微生物群和色氨酸代谢改善了喂养OD的青春期小鼠的认知和社会行为，这可能代表了通过操纵色氨酸代谢物对神经发育障碍的新型抢先治疗。

二、主要方法及内容

在无菌条件下收集不同饮食实验条件下小鼠的结肠内容物，进行DNA提取、PCR扩增(细菌16S rRNA基因的V3-V4高变异区域用引物341 F和806 R扩增)和16S测序，测序数据进一步分析后生成代表序列和扩增子序列变体表，对各代表性16S细菌基因序列进行分类学分析。

另外，进行露天测试和莫里斯水迷宫对小鼠进行行为测试；收集血清、海马组织和结肠内容物进行代谢组分析。采用免疫印迹、免疫荧光染色、qRT-PCR和核糖核酸提取等手段检测结肠组织和海马体中的基因和蛋白表达。

三、主要结果

1.EP减轻OD诱导的肥胖相关症状和行为功能障碍

与正常饮食的小鼠相比，喂养OD四周的小鼠体重，血清总胆固醇和附睾脂肪积累显著增加（图1B-F）。EP联合管理有效缓解OD诱导的肥胖相关症状，包括体重增加（图1B-C），血清胆固醇升高（图1D）和附睾脂肪堆积（图1E-F）。补充EP的OD喂养小鼠表现出与chow喂养的小鼠更相似的社交行为模式（图1H）。此外，与正常饮食小鼠相比，OD喂养小鼠表现出较低的中心运动距离，表明青春期OD显著干扰了小鼠的探索行为，并且通过EPs补充缓解了这一缺陷（图1H）。通过莫里斯水迷宫测试，OD喂养的小鼠显示出海马体依赖性空间学习和记忆的缺陷，补充EP显著改善了认知能力（图1I-J）。这些结果表明，EP补充剂减轻了OD诱导的行为功能障碍。

图1. EP减轻了OD诱导的肥胖相关症状和行为功能障碍

2. EP重塑了肠道菌群，并缓解了OD喂养小鼠随后的实验性结肠炎

在进行16S rRNA基因扩增子测序评估OD对肠道菌群影响时，对RF鉴定的47个ASV进行PCoA，进一步评估了EP对OD喂养小鼠肠道菌群的重塑作用，基于Bray-Curtis距离的PCoA显示了肠道菌群在各组间的明显聚类（图2E），这些结果表明，口服EP在一定程度上减轻了OD诱导的肠道菌群紊乱。

图2. EP重塑了OD喂养小鼠的肠道微生物群

与16S rRNA基因扩增子测序的结果一致，显色培养实验证明，青春期OD导致结肠中大肠杆菌的扩增（图3A-B）。同时，酶联免疫吸附试验显示，细菌来源的LPS在OD喂养小鼠的粪便和血清中显著升高（图3C-D）。EP补充剂显著抑制了大肠杆菌的扩张（图2H;图3A-B），并且还降低了OD喂养小鼠粪便和血清中LPS的浓度（图3C-D）。如图3J-K所示，四周OD显著降低了结肠组织中闭塞素蛋白的表达，表明肠道通透性增加，但这种损害通过OD喂养小鼠的EP共同管理得到缓解。总的来说，这些结果表明，通过口服EP在OD喂养的小鼠中，肠道生态失调相关的结肠炎症状得到了改善。

图3. EP抑制了肠道中大肠杆菌的扩张并缓解了随后的实验性结肠炎

3. EP减弱OD诱导的代谢破坏

基酰基-tRNA生物合成、色氨酸代谢、花生四烯酸代谢有关（图 4A）。通过Mantel测试将OD改变的属与OD相关代谢物模块的基质相关联后，我们发现产生丁酸盐的细菌，丁酸菌和Roseburia与这些代谢物模块密切相关（图4E）。这些结果表明，肠道生态失调可能是OD相关代谢紊乱的潜在危险因素。

在OD喂养小鼠的血清中，Trp水平降低，Kyn / Trp比率升高（图4D4，D6），与结肠组织中IDO1的表达增加相吻合（图3H-I）。口服EP显著抑制OD喂养小鼠的Kyn途径，其特征在于血清Kyn和Kyn / Trp比值降低（图4D2，D4）。肠道微生物群在刺激IDO1活性方面的关键作用已被明确证明。这些结果表明，EP对OD喂养小鼠的Kyn途径的改善作用可能是由于重塑肠道微生物群，从而缓解了与结肠炎相关的IDO1的上调。OD喂养小鼠的血清表现出较高浓度的QA，一种选择性N-甲基-D-天冬氨酸受体激动剂，但这种效应通过EP补充消除（图4D5）。这些结果启发我们，OD引起的Trp代谢紊乱可能是青春期小鼠行为功能障碍的潜在触发因素。

图4. EP减弱OD诱导的代谢破坏

4. EP抑制OD诱导的海马神经炎症

进一步研究OD对青少年小鼠CNS免疫稳态的影响时，我们在OD喂养小鼠的海马体中观察到一系列神经炎症反应，包括诱导的一氧化氮合酶（iNOS），IL-1β，TNF-α和白细胞介素-6（IL-6）的显著上调（图5A-D;图 S6A-C）。与对肠道菌群的影响一致，EP补充剂导致促炎细胞因子（包括iNOS，IL-1β，TNF-α和IL-6）以及OD喂养小鼠中通过整个海马体的小胶质细胞密度的显著降低（图5A-F；图 S6A-C）。OD诱导的肠道生态失调导致肠道屏障的渗透（图2;图3J-K），同时导致细菌LPS进入循环的增加（图3D）。结果表明，青春期OD导致海马神经炎症，而EP对海马神经炎症的有益作用可能是由于抑制大肠杆菌的扩张来减少LPS的产生。与TLR4表达结果一致，补充EP有效抑制小胶质细胞过度活化（图5J-K;图 S7A-C）。总的来说，这些结果表明，EP显著改善了OD诱导的青少年小鼠海马神经炎症，可能是通过抑制LPS激活的TLR4 / NF-κB途径。

图5. EP抑制OD诱导的海马神经炎症

5. EP改善了青春期OD诱导的成人神经发生缺陷

EP补充剂抑制了OD喂养小鼠中rNSCs的过度活化（图6B），结果表明，OD主要刺激粒下区（SGZ）中rNSCs的不对称分裂，表明青春期的OD可能诱导SGZ中干细胞库的消耗，这可以通过EPs补充剂来缓解（图6B-C）。

图6. EP减轻了海马体中成人神经发生的OD相关缺陷

在进行双重免疫染色时，我们观察到OD显著增加了海马体中c-Fos + MC的密度（图7E-F）。同时，靶向代谢组学分析显示，OD喂养小鼠海马体中谷氨酸水平显著升高（图7H），这表明OD显著增强了MC的激活，打破了rNSCs维持和神经发生的平衡，这对于确保海马体中在整个生命中连续的神经元生成而不消耗rNSCs池至关重要。结果表明，OD损害了PV中间神经元相关的环，这加剧了rNSCs的过度激活。

图7. EP抑制了Kyn途径并重新平衡了OD喂养小鼠海马体中的GABA和谷氨酸

在OD喂养小鼠的DG中，EP显著减少了凋亡DCX未成熟神经元（图6F，H），并促进神经母细胞的成熟（图6I-J）。另外，我们观察到EP提高了OD喂养小鼠中存活的新生儿细胞的比例（图6M），根据上述结果，青春期的OD显著干扰了DG中新生神经元的迁移，通过补充EP来挽救（图6K-L）。

四、总结讨论

我们观察到，EP补充剂改善了肥胖相关症状，并保护OD喂养的小鼠免受行为功能障碍的影响，可能是通过重塑肠道微生物组和减弱OD诱导的Trp代谢紊乱（图8)。

图8. EP的机制减轻了OD诱导的行为功能障碍

青春期的OD通过诱导肠道生态失调和上调外围和中枢神经系统的Kyn通路而导致个体认知和社会功能障碍。这些结果提供了对OD的负面影响的更深入的了解，特别是对青春期的负面影响。值得注意的是，口服EP重塑了肠道微生物组成，抑制了结肠炎并缓解了以下代谢综合征。同时，EP有效抑制了OD诱导的神经炎症和成人神经发生的缺陷，从而恢复了OD喂养的青春期小鼠异常的神经认知和社会行为。总的来说，这些发现为针对OD诱导的肠道生态失调的神经发育障碍的先发制人疗法开辟了新的研究途径，并表明EP可以用作益生元来恢复微生物群落和随后相关的缺陷。