阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的神经退行性疾病,临床表现主要为认知和记忆障碍。研究表明,AD发病由多种因素共同参与,病理机制十分复杂,单一治疗策略很难有效控制或治愈包括AD在内的多种复杂疾病,因此对于AD的治疗也逐渐转化为关注多环整体治疗策略。酵母β-葡聚糖是一种具有强大生物学活性的多糖,具有抗炎、抗肿瘤、抗癌、免疫调节以及调节肠道菌群等众多生物学作用。基于脑肠轴概念的提出,本研究以APP/PS1小鼠为模式动物,以WT小鼠作为对照,通过测序和代谢组学等方法探究酵母β-葡聚糖对小鼠肠道微生态和神经退行性疾病的影响。1.酵母β-葡聚糖对APP/PS1小鼠认知功能的影响为了探索酵母β-葡聚糖对APP/PS1双转基因小鼠学习记忆能力的影响,将SPF级6月龄雄性APP/PS1小鼠给予小分子量β-葡聚糖(S-β-Glu)和大分子量β-葡聚糖(M-β-Glu)进行治疗,具有相同遗传背景的C57BL/6L雄性小鼠(Wild Type,WT)作为对照,给药结束后进行行为学试验评估小鼠学习记忆能力,免疫组化检测海马和大脑皮质中Aβ斑块沉积,免疫荧光检测星型胶质细胞和小胶质细胞的活化情况,免疫印迹(WB)和酶联免疫吸附试验(ELISA)检测前体蛋白APP和炎症相关蛋白表达水平。结果显示,APP/PS1小鼠在水迷宫试验中每天到达逃生平台所需的时间更长(P<0.05),穿越目标象限和平台的次数减少(P<0.05);在被动回避试验中APP/PS1小鼠进入暗室的潜伏期减少(P<0.05);在新物体试验中减少了对新物体的探索(P<0.05);酵母β-葡聚糖干预可明显改善APP/PS1小鼠的学习记忆能力。同时,APP/PS1小鼠海马和大脑皮质中出现了大量的Aβ斑块沉积以及星型胶质细胞和小胶质细胞的活化,WB和ELISA结果显示APP/PS1小鼠海马和大脑皮质APP和炎症相关蛋白表达上调;β-葡聚糖能明显逆转Aβ斑块沉积以及星型胶质细胞和小胶质细胞的活化,同时下调前体蛋白APP和炎症相关蛋白的水平,说明酵母β-葡聚糖可以改善APP/PS1小鼠学习记忆障碍和神经炎症反应。2.酵母β-葡聚糖对APP/PS1小鼠肠道菌群及其代谢产物的影响为探索酵母β-葡聚糖对APP/PS1双转基因小鼠肠道菌群及其代谢产物的影响,本研究通过16s基因测序技术分析上一章试验小鼠肠道菌群的组成;通过气相色谱串联质谱(GS-MS)技术测定小鼠结肠内容物中SCFAs和胆汁酸的含量。同时,一部分结肠内容物进行体外厌氧培养,通过GS-MS对培养物中的上清液进行非靶向代谢组学分析。与WT小鼠相比,APP/PS1小鼠肠道菌群发生明显变化,肠道菌群物种多样性降低,在补充β-葡聚糖后恢复。相较于WT小鼠APP/PS1小鼠结肠内容物中乙酸、丙酸、戊酸、己酸和异戊酸的含量下降,异丁酸和丁酸的含量上升;补充S-β-Glu可增加APP/PS1小鼠丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸的含量同时降低乙酸和己酸的含量;补充M-β-Glu可增加APP/PS1肠道内容物中丙酸、戊酸、己酸和异戊酸的含量,减少乙酸、丁酸和异丁酸的含量;APP/PS1小鼠结肠中的次级胆汁酸含量增加,补充β-葡聚糖后降低。这些结果提示酵母β-葡聚糖能够调节肠道菌群,维持SCFAs和胆汁酸平衡。3.小鼠结肠肠道菌群培养物对APP/PS1小鼠认知功能的影响为探索β-葡聚糖治疗后的小鼠肠道菌群培养物对APP/PS1小鼠学习记忆能力的影响,验证β-葡聚糖是否通过肠道菌群代谢产物干预神经炎症。本研究将第二章试验小鼠的肠道菌群培养物的上清液用于治疗6月龄雄性APP/PS1小鼠。所有小鼠给药结束后multiple infections进行行为学试验评估小鼠学习记忆能力,免疫组化检测海马和大脑皮质中Aβ斑块沉积,免疫荧光检测星型胶质细胞和小胶质细胞的活化情况,WB和ELISA检测前体蛋白APP、炎症相关蛋白表达水平。APP/PS1小鼠出现了明显的学习记忆障碍,与之前保持一致,肠道菌群培养物能明显改善APP/PS1小鼠的学习记忆能力。培养物干预也能明显逆转Aβ斑块沉积以及星型胶质细胞和小胶质细胞的活化,同时下调前体蛋白APP和炎症相关蛋白的水平。经酵母β-葡聚糖治疗后的APP/PS1小鼠的结肠肠道菌群培养物的上清液可以Bemcentinib molecular weight提升APP/PS1小鼠的学习记忆能力,表明酵母β-葡聚糖通过改善肠道菌群代谢产物来改善APP/PS1小鼠的神经炎症。4.肠道菌群培养物对LPS损伤的BV2小胶质细胞炎症反应的影响及其机制的研究本研究探索肠道菌群培养物对LPS诱导损伤的BV2细胞的活化和神经炎症反应的影响以及培养物干预小胶质细胞紊乱的机制。将BV2细胞经LPS处理,治疗组在LPS处理SAHA说明书后加入小鼠肠道菌群培养物,检测各组细胞神经炎症反应的相关指标。随后,进行PI3K抑制试验,验证培养物是否通过PI3K/AKT通路发挥神经保护作用。LPS处理的BV2细胞NF-κB和NLRP3的表达显著增加(P<0.05),CD 68出现活化,PI3K的表达升高,AKT出现明显的磷酸化(P<0.05);培养物治疗后,NF-κB和NLRP3的表达显著降低(P<0.05),CD 68活化减少,PI3K和P-AKT在BV2细胞的表达明显下降(P<0.05);经LY294002处理后,培养物的治疗效果减弱。酵母β-葡聚糖通过肠道菌群代谢产物来干预小胶质细胞活化,其分子机制是通过肠道菌群代谢产物调控PI3K/AKT途径实现。综上所述,本研究发现酵母β-葡聚糖通过肠道菌群代谢产物干预APP/PS1小鼠的神经炎症并改善APP/PS1小鼠的学习记忆能力,其分子机制是肠道菌群代谢产物通过影响PI3K/AKT途径改善神经炎症反应。