自身免疫性前列腺炎引起抑郁行为中肠道菌群的作用及对情绪和记忆影响的神经机制研究

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目的慢性前列腺炎/慢性盆腔疼痛综合征(CP/CPPS)是一种常见的泌尿生殖系统疾病。CP/CPPS最常见的临床表现为长期的慢性盆腔疼痛,伴或不伴有排尿症状。除此之外,很多CP/CPPS患者还表现出抑郁、焦虑、记忆能力下降等神经精神症状。多个临床研究也证实CP/CPPS可引起患者出现情绪异常和学习记忆损害,但其背后的机制仍不清楚。近年来,越来越多的研究表明肠道菌群失调、胶质细胞激活与情绪异常密切相关,同时神经突触结构的可塑性改变在学习记忆中起着重要作用。因此,本研究拟建立实验性自身免疫性前列腺炎(EAP)?小鼠模型,探讨肠道菌群在EAP诱导的抑郁行为中的作用。同时,进一步研究EAP对小鼠情绪行为和学习记忆影响的神经机制。方法雄性NOD小鼠两次皮下两次注射前列腺抗原和免疫佐剂。通过旷场试验(OFT)、糖水偏好实验(SPT)、高架十字迷宫实验(EPM)、强迫游泳试验(FST)和悬尾试验(TST)评估小鼠的情绪行为。利用Morris水迷宫(MWM)和新奇物识别实验(NORT)检测小鼠的学习记忆能力。收集小鼠粪便样本进行16S r RNA测序,比较对照组和EAP组小鼠肠道菌群组成的差异。并将该两组小鼠的粪便移植到抗生素处理的假无菌小鼠体内,观察其对受体小鼠的情绪行为和肠道菌群组成的影响。运用免疫荧光、蛋白印迹和透射电镜等方法检测对照组和EAP组小鼠海马小胶质细胞和星型胶质细胞的形态与功能。进一步利用RT-PCR检测TNF-α、IL-1β等促炎因子水平以及五羟色胺(5-HT)的转运体SLC6A4和合成限速酶IDO的含量,并用ELISA法测定血清5-HT浓度。同时,采用氢质子磁共振波谱(1H-MRS)测定海马谷氨酸水平。此外,利用高尔基染色分析小鼠海马锥体神经元树突复杂性和树突棘密度。通过透射电镜观察突触的超微结构。并运用免疫荧光分析小胶质细胞的活化状态及其与突触之间的关系。结果1、(1)EAP模型的建立:(1)小鼠体重:对照组和EAP组小鼠体重无明显差异。(2)前列腺HE染色:对照组前列腺无明显炎症,EAP组炎症细胞浸润明显。(3)前列腺炎病理评分:EAP组平均炎症评分较对照组明显增高(P<0.001)。(4)盆腔疼痛测量:EAP组小鼠对盆腔刺激的响应频率变化百分比显著增加。(2)情绪相关行为学:(1)OFT:EAP组的中央区距离(P<0.05)、中央区时间(P<0.05)和站立次数(P<0.05)均较对照组明显减少。(2)SPT:EAP组糖水偏好百分比明显下降(P<0.05)。(3)EPM:EAP小鼠的开臂时间(P<0.05)、开臂时间百分比(P<0.05)和进入开臂次数均显著减少(P<0.01)。(4)FST和TST:EAP小鼠的不动时间明显延长(P<0.05)。(3)对照组和EAP组肠道菌群组成分析:(1)α-多样性:EAP组Chao 1指数(P<0.05)、Shannon指数(P<0.01)、Simpson指数(P<0.01)和PD whole tree指数(P<0.05)均增加。(2)β-多样性:NMDS和PCA分析显示EAP组的β-多样性与对照组明显不同。(3)门、纲、目、科、属、种六个层面上两组小鼠多个肠道菌群的相对丰度不同。(4)粪便移植后受体小鼠行为学:(1)抗生素处理的受体小鼠较未处理组小鼠在FST(P<0.01)和TST(P<0.05)中的不动时间更长,且OFT中的中央区时间(P<0.05)和站立次数(P<0.01)减少。(2)接受对照组小鼠粪便移植对受体小鼠的抑郁行为具有改善作用,接受EAP组小鼠粪便移植则加重抑郁表现。(5)粪便移植后受体小鼠肠道菌群组成分析:(1)接受对照小鼠粪便移植和接受EAP小鼠粪便移植的受体小鼠在α-多样性和β-多样性上存在明显差异。(2)不同组小鼠肠道菌群在门、纲、目等六个层面上共有24种细菌丰度发生变化。2、(1)海马胶质细胞形态与功能:(1)免疫荧光:EAP组海马Iba1标记的小胶质细胞激活增多(P<0.05),GFAP标记的星形胶质细胞阳性染色面积增加(P<0.05)。(2)蛋白印迹:EAP组Iba1(P<0.05)和GFAP(P<0.01)的蛋白水平明显增高。(3)透射电镜:EAP组海马小胶质细胞的胞质中溶酶体明显增多、变大,星形胶质细胞的胞质中细胞器数量增多。(2)促炎因子检测:EAP组海马TNF-α(P<0.01)、IL-1β(P<0.05)、IL-6(P<0.01)、IL-8(P<0.05)的m RNA表达水平显著高于对照组。(3)神经递质系统变化:(1)5-HT能系统:EAP小鼠海马中SLC6A4(P<0.05)和IDO(P<0.05)的m RNA表达增高,血清5-HT浓度降低(P<0.05)。EAP小鼠血清5-HT浓度与OFT中的中央区时间(r=+0.692;P=0.027)和EPM中的开臂时间(r=+0.657;P=0.039)呈正相关,与FST(r=-0.733;P=0.016)和TST(r=-0.755;P=0.012)中的不动时间呈负相关。(2)谷氨酸能系统:1H-MRS显示EAP小鼠海马谷氨酸+谷氨酰胺(Glx)/总肌酸(t Cr)比率显著降低(P<0.05)。3、(1)记忆相关行为学:(1)MWM:定向航行试验中,EAP小鼠在第4、5两天的逃避潜伏期显著缩短(P<0.05)。空间探索试验中,EAP组的目标象限时间(P<0.01)和穿越平台次数(P<0.05)明显减少。(2)NORT:EAP组的识别指数显著降低(P<0.01)。(2)Sholl分析海马神经元树突复杂性:EAP组树突分支与同心环的交点数(60-90μm处P<0.05)、树突的分支数(P<0.05)和总长度(P<0.01)明显降低。(3)树突棘密度及突触蛋白分析:EAP组中尖部(P<0.05)和根部(P<0.01)树突的树突棘密度显著降低,突触相关蛋白SYN(P<0.01)和PSD95(P<0.05)表达减少。(4)突触超微结构体视学分析:EAP海马CA1区突触后致密物厚度降低(P<0.01)、突触间隙增宽(P<0.001)、突触曲率降低(P<0.01)。(5)小胶质细胞活化状态分析:(1)EAP组海马中部分(P<0.05)和完全(P<0.05)变形虫样小胶质细胞的数量显著增加。(2)EAP组海马小胶质细胞表面标记物CD11b蛋白含量显著增加(P<0.05)。(6)小胶质细胞与突触关系:(1)EAP组中与小胶质细胞相接触的神经元比例增大(P<0.05)。(2)EAP组小胶质细胞与突触之间联系增加(P<0.001)。结论1、EAP中肠道菌群失调有助于诱导小鼠出现抑郁样行为。2、EAP引起的小鼠情绪改变可能与海马胶质细胞活化及其介导的5-HT和谷氨酸递质系统异常有关。3、EAP引起小鼠学习记忆能力下降和神经突触结构可塑性改变,并伴有小胶质细胞和突触的联系增加。
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