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脑肠轴系列 | 肠道菌群失调与阿尔茨海默病的相互作用及模型构建案例详解!

发布时间:2025-05-19点击量:15

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AD中的肠道菌群失调



AD患者的GM组成与健康人群显著不同,表现为菌群多样性降低、抗炎菌属(如直肠真杆菌)减少及促炎菌属(如大肠杆菌/志贺氏菌)增多。动物研究表明,GM失调加剧Aβ沉积、神经炎症及认知缺陷。GM参与AD的关键机制包括:

神经内分泌通路:GM代谢物及迷走神经信号调控HPA轴,影响皮质醇释放和小胶质细胞激活。

免疫炎症信号:促炎细胞因子(如IL-1β、TNF-α)和细菌内毒素(如脂多糖,LPS)破坏血脑屏障(BBB)、促进Aβ聚集并激活小胶质细胞。

短链脂肪酸(SCFAs)与代谢调控:丁酸等SCFAs通过增强BBB完整性、抑制神经炎症及提供神经保护性能源底物,发挥抗AD作用。



失调的GM或其代谢物与AD之间的通讯途径


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注:CNS:中枢神经系统;LPS:脂多糖,IL-13:白细胞介素13,TLR4:TOI样受体4,SCFAs:短链脂肪酸,CRH:促肾上腺皮质激素,NFT:神经纤维缠结,迷走神经,迷走神经刺激。HPA轴:下丘脑-垂体-肾上腺轴;APP:淀粉样前体蛋白;NO:一氧化氮。



模型构建案例



1. 实验动物选择

① 模型动物:

SAMP8小鼠(Senescence-Accelerated Mouse Prone 8):自然衰老模型,兼具肠道菌群失调和AD样病理(Aβ沉积、认知缺陷)。

5xFAD转基因小鼠:高表达人类APP和PSEN1突变基因,快速形成Aβ斑块和神经元丢失。


② 对照组

SAMR1小鼠(Senescence-Accelerated Mouse Resistant 1):同源健康对照,无加速衰老表型。

野生型C57BL/6小鼠:用于转基因模型对照。



2. 肠道菌群干预方法

① 菌群失调诱导

广谱抗生素处理:

方案:混合抗生素(氨苄西林1 g/L、万古霉素0.5 g/L、新霉素1 g/L、甲硝唑1 g/L)溶于饮用水,连续灌胃4周。

目的:清除肠道共生菌群,模拟菌群失调。

高脂饮食(HFD):

方案:60%脂肪供能饲料喂养12周,诱导肠道菌群紊乱和代谢异常。


② 菌群移植(FMT)

AD患者菌群移植:

来源:收集AD患者粪便样本,制备菌群悬液。

方法:通过灌胃将AD菌群移植至无菌或抗生素处理的小鼠,每周3次,持续4周。

健康菌群移植:

来源:健康志愿者粪便样本作为对照。



3. 行为学与认知功能评估

① Morris水迷宫

评估空间学习和记忆能力,记录逃避潜伏期、目标象限停留时间。


② 新物体识别实验

检测短期记忆和认知灵活性,计算辨别指数(DI)。


③ Y迷宫自发交替实验

评估工作记忆,记录自发交替率。



4. 样本采集与分析

① 肠道内容物

16S rRNA测序:分析菌群组成(α/β多样性、菌属丰度变化)。

代谢组学:检测SCFAs(乙酸、丙酸、丁酸)水平(GC-MS/HPLC)。


② 脑组织

免疫组化/ELISA:定量Aβ斑块(6E10抗体)、磷酸化tau蛋白(AT8抗体)。

Western blot/qPCR:分析炎症标志物(IL-1β、TNF-α、NF-κB)、小胶质细胞活化标记(Iba1)。


③ 透射电镜:观察突触超微结构变化。

血液与脑脊液

ELISA:检测炎症因子(IL-6、IL-17)、LPS、皮质醇水平。

代谢标志物:血糖、胰岛素、脂多糖结合蛋白(LBP)。



5. 实验分组与时间线

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6. 关键验证指标

肠道菌群特征:AD相关菌属(如大肠杆菌↑、直肠真杆菌↓)与SCFAs水平。

AD病理进展:Aβ斑块负荷、tau磷酸化程度、神经炎症强度。

认知功能关联:行为学评分与菌群/代谢物的相关性分析(Spearman/Pearson)。




参考文献:

[1]Roles of Gut Microbiota in Pathogenesis of Alzheimer's Disease and Therapeutic Effects of Chinese Medicine.SUN Ying-xin, JIANG Xi-juan, LU Bin, GAO Qing, CHEN Ye-fei, WU Dan-bin,ZENG Wen-yun, YANG Lin, LI Hu-hu, and YU Bin

[2]Dysbiosis and Alzheimer’s Disease: Cause or Treatment Opportunity?Manuel H. Janeiro, María J. Ramírez & Maite Solas.Review Paper.Published: 05 January 2021.Volume 42, pages 377–387, (2022)




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