隔日限食通过调控肠道菌群促进小胶质细胞M2型活化减轻脊髓损伤后继发性神经炎症OA

目的脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)后肠道菌群紊乱可通过肠-脑轴影响小胶质细胞活化并加剧继发性神经炎症,隔日限食(every-other-day fasting,EODF)虽能重塑肠道菌群、促进小胶质细胞M2型活化并改善SCI后神经炎症,但其是否依赖肠道菌群发挥作用尚不明确。本研究基于伪无菌(gut microbiota depletion,GMD)模型与粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)模型,探讨EODF能否通过调控肠道菌群促进SCI后小胶质细胞M2型活化,进而减轻继发性炎症。方法采用随机数字表法对89只5~6周龄,体质量160~180 g的健康雄性SPF级SD大鼠进行分组。GMD组(饮用联合抗生素水,n=6)与正常饮食(ad libitum,AL)组(饮用灭菌水,n=6)干预14 d后采集大鼠粪便,通过16S rDNA高通量测序进行GMD模型验证;通过正常饮食(AL组,n=12)与隔日限食(EODF组,n=20)干预4周后分别制备正常饮食粪菌移植液(AL-FMT)和隔日限食粪菌移植液(EODF-FMT);45只大鼠采用C5右侧半钳夹的方法在GMD模型的基础上建立SCI模型,分为假手术(Sham)组、正常饮食(AL-SCI)组、隔日限食(EODF-SCI)组、移植正常菌群(AL-FMT-SCI)组及移植隔日限食菌群(EODF-FMT-SCI)组,每组9只,干预28 d。通过16S rDNA高通量测序分析肠道菌群;每周记录各组大鼠的摄食量与体质量;采用梳理试验评估上肢运动功能;ELISA法检测血清脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、IL-4、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)水平;Western blotting检测M1型小胶质细胞标记物iNOS和M2型小胶质细胞Arg-1的相对表达及脊髓组织炎症相关蛋白IL-1β、TNF-α的相对表达。结果与AL组相比,GMD组的α与β多样性均显著降低(P<0.05),在科水平上,GMD组Bacteroidaceae等菌群相对丰度均显著降低(P<0.05),GMD大鼠模型构建成功;在SCI模型中,与EODF-SCI组和AL-SCI组相比,EODF-FMT-SCI组的产短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)相关菌群相对丰度增加,且与ALFMT-SCI组相比,EODF-FMT-SCI组显著增加了Bacteroidaceae、Lactobacillus gasseri等有益菌的相对丰度;EODF-FMT-SCI组术后14 d体质量与术后7 d形成显著差异(P<0.05);术后14 d,EODF-FMT-SCI组的梳理实验评分已较术后第3天显著提高(P<0.05),术后7、14、28 d,EODF-FMT-SCI组梳理实验评分显著高于AL-SCI组(P<0.05);与EODF-SCI组和AL-SCI组相比,EODF-FMT-SCI组血清IL-4、BDNF含量显著增加,LPS含量降低,脊髓组织中IL-1β蛋白与TNF-α蛋白相对表达下降(P<0.05),EODF-FMT-SCI组脊髓组织iNOS蛋白相对表达明显下调,Arg-1蛋白相对表达明显上调(P<0.05),且EODF-FMT-SCI组脊髓组织Arg-1蛋白相对表达水平显著高于AL-FMT-SCI组(P<0.05)。结论EODF可能通过重塑肠道菌群,促进SCI后小胶质细胞M2型活化,从而减轻继发性炎症,促进运动功能恢复。