新型生酮饮食通过调节肠道菌群恢复短链脂肪酸水平并改善癫痫发生与肝脏脂肪变性

本研究发现一种改良型生酮饮食（KD）在快速点燃癫痫模型中不仅能有效抑制癫痫发生，还可避免经典KD引发的肝脏脂肪变性。该饮食通过添加可发酵纤维混合物、ω-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）及中链脂肪酸，显著改变肠道菌群结构，恢复盲肠短链脂肪酸（SCFAs）水平并提高丁酸盐/丙酸盐比值。研究首次揭示Bifidobacterium和Clostridium sensu stricto 1等菌属与癫痫严重程度及肝脏甘油三酯含量呈负相关，为通过靶向肠道微生物组优化癫痫治疗策略提供了新依据。

　　

Abstract

本研究基于前期发现的新型生酮饮食（KD）在癫痫发生模型中具有优于经典KD的抗癫痫效果且不诱发肝脏脂肪变性的结果，进一步探究其肠道微生物组机制。新型KD通过降低脂肪含量、调整脂肪酸构成（以中链脂肪酸和ω-3 PUFAs部分替代硬脂酸）及添加可发酵纤维混合物，显著改变盲肠微生物群落结构。分析显示，新型KD组具有更高的加权α多样性、独特的β多样性，并特异性增加Bifidobacterium和Clostridium sensu stricto 1丰度。这些菌属丰度与癫痫评分、肝脏甘油三酯含量及血浆脂肪酸水平显著相关。更重要的是，新型KD成功恢复了盲肠总短链脂肪酸（SCFA）水平及丁酸盐/丙酸盐比值，可能通过促进肝脏脂质氧化和酮体生成途径发挥代谢保护作用。

Introduction

肠道微生物组通过代谢产物与宿主互作调控生理状态，高脂饮食（如经典KD）常导致菌群α多样性降低。经典KD虽能有效治疗耐药性癫痫，但其引发的肠道菌群改变可能限制短链脂肪酸（尤其是丁酸盐）的生成，进而影响酮体合成效率。本研究团队前期开发的新型KD（脂肪与蛋白质+碳水化合物比例为1.9:1）在快速点燃大鼠模型中表现出更强的抗癫痫进展能力，并能维持正常肝脏甘油三酯水平。本研究旨在阐明新型KD是否通过调节肠道菌群恢复SCFA生产，并探索菌属丰度与癫痫严重程度、血浆酮体水平、肝脏脂质代谢的关联性。

Materials and methods

实验使用先前研究保存的盲肠样本，比较对照组、新型KD组及经典KD组（6:1比例）的微生物组特征。通过16S rRNA基因测序分析菌群结构，采用气相色谱法量化盲肠SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸等），并检测氨、乳酸水平及pH值。统计学分析包括α/β多样性计算、差异菌属鉴定及表型指标相关性分析。

Results

Alpha and beta diversity

新型KD显著提高Simpson指数显示的菌群均匀度，但降低Chao1指数反映的菌属数量。主坐标分析（PCoA）显示三种饮食组菌群结构明显分离，而癫痫点燃处理未引起显著差异。

Cecum microbial community distribution

在门水平上，新型KD显著增加Actinobacteriota和Bacteroidota丰度，经典KD则升高Bacteroidota和Proteobacteria。在属水平上，新型KD特异性上调Bifidobacterium和Clostridium sensu stricto 1，经典KD则富集Bacteroides和Escherichia-Shigella。

Cecum SCFA, metabolites, and pH levels

经典KD使总SCFA水平降低55%，丁酸下降81%，且丁酸盐/丙酸盐比值显著降低。新型KD成功恢复乙酸、丙酸、丁酸至对照组水平，并正常化丁酸盐/丙酸盐比值。两组KD均降低盲肠氨浓度，但pH值无差异。

Correlations between genera abundances and phenotypic outcomes

相关性分析表明，Turicibacter、Clostridia UCG 014 ge等菌属与SCFA水平正相关，且其在新型KD中丰度较高。Bifidobacterium和Clostridium sensu stricto 1丰度与血浆ω-3 PUFAs水平正相关，与癫痫严重程度负相关。经典KD中富集的Bacteroides和Escherichia-Shigella则与肝脏脂肪变性正相关。

Discussion

新型KD通过纤维组合和脂肪酸优化重塑肠道菌群，恢复SCFA生产能力和丁酸盐/丙酸盐比值，这可能通过激活G蛋白偶联受体（GPCRs）促进肝细胞β-氧化和酮生成。Bifidobacterium和Clostridium sensu stricto 1作为潜在益生菌，与抗癫痫效应和代谢保护作用密切关联。未来需通过粪菌移植实验验证因果性，并利用宏基因组学与代谢组学深入解析菌株特异性功能。本研究为开发靶向肠道微生物的癫痫辅助疗法提供了理论依据。