基于“肠-脑轴”理论探讨固本健脑法对AD模型动物肠道菌群、神经炎症的影响

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目的:基于“肠-脑轴”理论探讨固本健脑法中药对AD模型大鼠肠道菌群和神经炎症的影响。方法:1.理论研究:检索数据库及查阅书籍,综述AD相关的现代研究和中医学理论,挖掘AD与肠道微生物、痴呆与脾胃间的联系,以阐释“肠-脑轴”理论用于AD诊疗的应用价值。2.实验研究:实验一:50只SD大鼠随机分为正常对照组(Control)、模型组(Model)、固本健脑法中药低剂量组(TCM-low)、高剂量组(TCM-high)、阳性对照组(Positive control)。采用双侧海马注射Aβ25-35建立AD动物模型,造模结束当天灌胃给予低剂量组(1.035 g/kg/d)和高剂量组(2.070 g/kg/d)固本健脑法中药,其中正常对照组和模型组灌胃等体积生理盐水,持续干预2个月。采用Morris水迷宫观察大鼠学习记忆能力,尼氏染色观察海马神经元,免疫荧光观察海马CA1区Aβ表达情况,western blot观察海马Aβ和BACE1蛋白表达情况。实验二:16S r RNA检测实验一大鼠粪便菌群,免疫组化观察皮质大肠埃希菌(E.coli)成分表达情况,免疫印迹观察海马E.coli成分表达情况。实验三:SD大鼠灌胃低剂量固本健脑法中药以制备含药血清,BV-2细胞预处理1%、10%中药含药血清2h,再加入1μg/ml LPS干预24h。CCK-8法观察固本健脑法中药含药血清对BV-2细胞活性的影响,免疫荧光观察实验一海马CA1区NF-κB p65和Iba-1蛋白,及BV-2细胞p-NF-κB p65蛋白表达,western blot观察实验一海马及BV-2细胞TLR4/TRAF6/NF-κB通路相关蛋白表达,q RT-PCR观察海马TLR4、TNF-αm RNA,及BV-2细胞IL-1β、TNF-αm RNA表达,ELISA观察大鼠血清IL-1β含量。实验四:30只SD大鼠随机分为固本健脑法中药低剂量组(TCM-low)、米诺环素组(minocyline)、脂多糖组(LPS),采用双侧海马注射Aβ25-35建立AD动物,造模结束当天开始,低剂量组、米诺环素组、脂多糖组大鼠均灌胃低剂量固本健脑法中药(1.035 g/kg/d);在中药基础上,米诺环素组饮水中添加米诺环素50mg/kg/d,造模当天开始,持续11d,脂多糖组腹腔注射LPS 7mg/kg/次,于造模后开始,持续7d。免疫荧光观察海马CA1区NF-κB p65和Iba-1表达蛋白,western blot观察海马TLR4/TRAF6/NF-κB通路相关蛋白表达,q RT-PCR检测海马TLR4、TNF-αm RNA表达,ELISA检测大鼠血清IL-1β含量。结果:1.实验一结果(1)Morris水迷宫结果与正常对照组相比,模型组AD大鼠逃避潜伏期延长(P<0.01),穿越平台次数减少(P<0.01);与模型组相比,低剂量组、高剂量组逃避潜伏期降低(P<0.05或P<0.01),低剂量组穿越平台次数增加(P<0.05)。(2)尼氏染色结果与正常对照组相比,模型组海马CA1区神经元尼氏体减少;与模型组相比,低剂量组、高剂量组CA1区尼氏体数量上升,形状较规则。(3)免疫荧光方面与正常对照组相比,模型组海马CA1区Aβ表达增加(P<0.01);与模型组相比,低剂量组和高剂量组海马CA1区Aβ表达均下降(P<0.01,P<0.05)。(4)western blot结果与正常对照组相比,模型组海马Aβ、BACE1表达量增加(P<0.05或P<0.01);与模型组相比,低剂量组和高剂量组海马Aβ、BACE1表达量下降(P<0.05或P<0.01)。2.实验二结果(1)16S r RNA实验结果α多样性方面,与正常对照组相比,模型组Chao指数、Shannon指数明显上升(P<0.01),而Simpson指数略下降(P>0.05);与模型组相比,低剂量组、高剂量组Chao指数、Shannon指数、Simpson指数均无明显改变(P>0.05)。β多样性方面,PCA分析中,低剂量组、高剂量组与模型组存在部分重叠。PCOA分析中,低剂量组与模型组无明显重合,固本健脑法中药高剂量组与模型组存在部分重叠。菌群组成方面,门水平方面,与正常对照组相比,固本健脑法中药低剂量组、高剂量组、阳性对照组均无明显变化(P>0.01);与模型组相比,固本健脑法中药高剂量组厚壁菌门(Firmicutes)比例上升(P<0.01),而阳性对照组厚壁菌门下降(P<0.01),类杆菌门(Bacteroidota)比例明显上升(P<0.01)。属水平方面,与正常对照相比,模型组异源普雷维菌属(Alloprevotella)、乳酸菌属(Lactobacillus)、舌状芽孢杆菌属(Ligilactobacillus)、鼠杆菌属(Muribaculaceae_norank)、普雷维菌属(Prevotella_9)、普雷维菌属(Prevotellaceae Ga6A1 group)、普雷维菌属(Prevotellaceae UCG-001)、普雷维菌属(Prevotellaceae UCG-003)、罗姆布茨菌属(Romboutsia)出现明显变化(P<0.05或P<0.01);与模型组相比,固本健脑法中药低剂量组、高剂量组毛螺菌属(Lachnospiraceae NK4A136 group)、鼠杆菌属(Muribaculaceae_norank)、普雷沃菌属(Prevotella_9)均明显改变(均P<0.01)。样本聚类树与柱状图组合分析方面,正常对照组与其他各组存在明显差异,AD造模各组聚类在一起,其中模型组与高剂量组、低剂量组与阳性对照组聚类在一起。PICRUSt2代谢功能预测方面,与正常对照组相比,模型组无明显变化(P>0.05);与模型组相比,低剂量组和高剂量组均无明显变化(P>0.05)。(2)western blot结果与正常对照组相比,模型组海马E.coli成分含量明显上升(P<0.01);与模型组相比,低剂量组、高剂量组和阳性对照组E.coli成分含量均明显下降(均P<0.01)。(3)免疫组化结果与正常对照组相比,模型组大鼠皮质E.coli成分含量明显上升(P<0.01);与正常对照组相比,固本健脑法中药低剂量组、高剂量组、阳性对照组E.coli成分含量均明显下降(均P<0.01)。3.实验三结果(1)CCK-8实验结果CCK-8实验中,与无含药血清对照组相比,固本健脑法中药含药血清浓度上升对BV-2细胞活性无明显抑制作用(P>0.05)。(2)western blot结果体内实验中,western blot方面,与正常对照组相比,模型组海马TLR4、TRAF6、p-NF-κB p65、IL-1β表达明显上升(P<0.01);与模型组相比,低剂量组TLR4、p-NF-κB p65表达均下降(均P<0.01),TRAF6、IL-1β稍下降(P>0.05),高剂量组IL-1β表达下降(P<0.05)。体外实验中,与正常对照组相比,模型组海马TLR4、TRAF6、p-NF-κB p65、IL-1β表达明显上升(P<0.05或P<0.01);与模型组相比,1%、10%含药血清组TLR4、TRAF6、p-NF-κB p65、IL-1β表达下降(P<0.05或P<0.01)。(3)免疫荧光结果体内实验中,与正常对照组相比,模型组海马CA1区NF-κB p65、Iba-1表达明显上升(P<0.01);与模型组相比,低剂量组NF-κB p65、Iba-1表达下降(P<0.05或P<0.01)。体外实验中,与正常对照组相比,模型组p-NF-κB p65表达上升(P<0.01);与模型组相比,1%、10%含药血清p-NF-κB p65表达均下降(均P<0.01)。(4)q RT-PCR结果体内实验中,与正常对照组相比,模型组TLR4、TNF-αm RNA表达均上升(P<0.01);与模型组相比,低剂量组、高剂量组TLR4、TNF-αm RNA表达均下降(P<0.05或P<0.01)。体外实验中,与正常对照组相比,模型组IL-1β、TNF-αm RNA表达上升(P<0.01);与模型组相比,1%含药血清组IL-1βm RNA表达下降(P<0.01),1%、10%含药血清组TNF-αm RNA表达均下降(均P<0.01)。(5)ELISA结果体内实验中,与正常对照组相比,模型组血清IL-1β含量明显上升(P<0.01);与模型组相比,低剂量组、高剂量组、阳性对照组血清IL-1β含量均下降(均P<0.01)。4.实验四结果(1)Morris水迷宫结果与低剂量组相比,米诺环素组、脂多糖组逃避潜伏期均延长(P<0.05或P<0.01),米诺环素组穿越平台次数下降(P<0.01),脂多糖组穿越平台次数稍下降(P>0.05)。(2)免疫荧光结果与低剂量组相比,米诺环素组、脂多糖组海马CA1区Iba-1、NF-κB p65表达均下降(均P<0.01),而脂多糖组海马CA1区Iba-1、NF-κB p65表达均上升(均P<0.01)。(3)western blot结果与低剂量组相比,米诺环素组海马TLR4、TRAF6、p-NF-κB p65、IL-1β表达下降(P<0.05或P<0.01),脂多糖组海马CA1区TLR4、TRAF6、IL-1β表达上升(P<0.01),p-NF-κB p65表达无明显变化(P>0.05)。(4)q RT-PCR结果与低剂量组相比,米诺环素组海马TLR4、TNF-αm RNA表达下降(P<0.01),而脂多糖组海马TLR4 m RNA表达无明显变化(P>0.05),TNF-αm RNA表达上升(P<0.01)。(5)ELISA结果与低剂量组相比,米诺环素组血清IL-1β含量下降(P<0.01),而脂多糖组血清IL-1β含量上升(P<0.01)。结论:1.固本健脑法中药治疗AD大鼠,可改善学习记忆功能,抑制Aβ表达,减少神经元尼氏体丢失;2.固本健脑法中药对AD大鼠肠道菌群具有积极的调节作用,并可降低海马和皮质中E.coli成分的含量;3.固本健脑法中药或含药血清可有效改善神经炎症,其机制可能与小胶质细胞参与的TLR4/TRAF6/NF-κB通路活化有关,尤其是固本健脑法中药对小胶质细胞功能的调控。
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