肠道菌群通过调节中枢神经系统屏障功能在多发性硬化症小鼠模型中的双重作用

《Fluids and Barriers of the CNS》：Gut microbiota modulates CNS barrier function in murine model for multiple sclerosis

本研究针对多发性硬化症(MS)中肠道菌群失调与中枢神经系统(CNS)屏障损伤的关联机制不清的问题，通过抗生素耗竭肠道菌群、粪便微生物移植(FMT)和短链脂肪酸(SCFA)干预等方法，系统探讨了肠道菌群对实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)模型CNS屏障功能的影响。研究发现抗生素处理可减轻EAE严重程度，改善血脑屏障(BBB)、血脊髓屏障等部位的紧密连接蛋白occludin表达；健康菌群移植和SCFA补充能部分恢复屏障完整性。该研究揭示了肠道菌群在MS中通过SCFA等代谢物调控CNS屏障的双重角色，为微生物群靶向干预提供了新思路。

　　

在多发性硬化症(MS)这场免疫系统对中枢神经系统(CNS)发起的错误攻击中，一道道保护大脑和脊髓的天然屏障——血脑屏障(BBB)、血脑脊液屏障(BCSFB)和血脊髓屏障，其完整性被破坏被认为是疾病发生发展的关键环节。与此同时，越来越多的证据表明，居住在肠道内的数万亿微生物——肠道菌群，在MS的病理过程中扮演着重要角色。然而，肠道菌群的紊乱究竟如何远程影响远在大脑和脊髓的屏障完整性，这一“肠-脑”对话的具体机制仍是未解之谜。这不仅是神经免疫学领域的前沿科学问题，也关乎能否开辟通过调节肠道健康来治疗MS的新策略。

发表在《Fluids and Barriers of the CNS》上的这项研究，正是为了解开这个谜团。研究人员利用MS的小鼠模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)，深入探究了肠道菌群对CNS屏障功能的调控作用及其机制。

为开展研究，作者主要运用了以下关键技术：建立EAE小鼠模型；使用广谱抗生素(ABX)鸡尾酒疗法耗竭肠道菌群；进行粪便微生物移植(FMT)以改变受体小鼠的菌群组成；通过口服灌胃给予短链脂肪酸(SCFA)干预；利用免疫荧光染色和图像分析定量评估CNS屏障通透性（使用生物素化葡聚糖示踪剂）及紧密连接蛋白occludin(OCLN)的表达和定位；采用流式细胞术进行血液免疫表型分析；通过qPCR技术检测粪便中特定细菌类群的相对丰度。

抗生素(ABX)介导的肠道菌群耗竭减轻EAE疾病严重程度

研究人员首先使用广谱抗生素耗竭EAE小鼠的肠道菌群。结果显示，与未处理组相比，ABX治疗的EAE小鼠体重损失更小，疾病临床症状更轻，发病时间延迟，最大评分日推迟，且整个观察期内的累积临床评分显著降低。对脊髓组织的分析发现，ABX治疗组小鼠脊髓中浸润的CD3⁺ T细胞和IBA1⁺ 小胶质细胞/巨噬细胞数量显著减少，表明免疫细胞浸润受到抑制。这些结果说明，抗生素清除肠道菌群能够减轻EAE的疾病严重程度和神经炎症。

肠道菌群耗竭减轻EAE中CNS屏障的OCLN改变

接下来，研究聚焦于CNS屏障功能。通过检测70 kDa生物素化葡聚糖(BD)的泄漏以及紧密连接蛋白occludin(OCLN)的表达和定位，发现ABX治疗显著减轻了EAE小鼠脊髓和大脑皮层BBB处屏障泄漏，并显著增加了这些部位OCLN蛋白的表达面积和连续长度。在脉络丛(ChP)处的血脑脊液屏障，也观察到了泄漏减轻和OCLN连续长度增加的趋势。这些数据表明，耗竭肠道菌群能够部分预防EAE诱导的CNS屏障破坏，特别是对血脊髓屏障和BBB的紧密连接有积极的保护作用。

通过粪便微生物移植(FMT)将EAE小鼠的肠道菌群转移给健康小鼠与CNS屏障效应相关

为了直接证明菌群本身的作用，研究人员将EAE患病小鼠的肠道菌群通过FMT移植给健康小鼠。结果显示，接受了EAE菌群的健康小鼠，其脊髓部位OCLN的表达和连续长度显著降低，BBB处的OCLN连续长度也显著减少，并且所有三个被检测的CNS屏障（脊髓、BBB、脉络丛）均显示出3 kDa BD泄漏增加的趋势。这表明EAE相关的肠道菌群本身足以损害健康小鼠CNS屏障的完整性。

将健康小鼠的肠道菌群移植给EAE小鼠可部分预防EAE诱导的脑屏障完整性丧失

反向实验发现，将健康供体小鼠的菌群移植给EAE小鼠，能部分逆转EAE引起的屏障损伤。在BBB处，EAE小鼠接受健康菌群移植后，屏障泄漏显著减少，OCLN表达和连续长度显著增加。在血脑脊液屏障，OCLN和E-cadherin(CDH1)的表达和连续分布也得到显著改善。然而，在脊髓部位，这种保护效应不明显。这表明健康菌群对EAE环境下受损的CNS屏障，特别是BBB和血脑脊液屏障，具有修复作用。

短链脂肪酸(SCFAs)减轻EAE小鼠的CNS屏障破坏

研究进一步探讨了菌群代谢产物短链脂肪酸(SCFA)的作用。研究人员证实EAE小鼠粪便中丙酸盐水平显著降低，丁酸盐水平有下降趋势。随后，对EAE小鼠进行丙酸钠或丁酸钠口服治疗。结果显示，SCFA治疗减轻了EAE的临床严重程度。在屏障功能方面，两种SCFA均能显著提高脊髓、BBB和脉络丛处的OCLN表达和改善其连续分布。尽管对BD泄漏的直接影响有限，但SCFA在分子水平上显著改善了紧密连接蛋白的组装。

研究结论与意义

本研究系统地阐明了肠道菌群在调节多发性硬化症模型CNS屏障功能中的关键作用。研究揭示了其双重角色：在健康状态下，完整的菌群对维持屏障稳态至关重要；而在EAE的炎症环境下，疾病相关的菌群失调则会加剧屏障损伤。通过FMT证明，菌群本身是导致CNS屏障功能变化的关键因素。更重要的是，研究将这种有益效应部分归因于菌群代谢产物SCFAs，表明SCFAs是介导菌群-屏障互作的重要信号分子。

该研究的发现具有重要的科学意义和潜在的转化价值。它深化了我们对“肠-脑轴”在神经炎症疾病中作用机制的理解，特别是将肠道菌群与CNS屏障这一MS核心病理环节直接联系起来。研究结果提示，针对肠道菌群的干预策略（如特定益生菌、益生元、FMT或SCFA补充剂）有望成为通过强化CNS屏障来治疗MS的辅助治疗新途径。然而，作者也谨慎指出，抗生素治疗的影响具有背景依赖性，其在自身免疫模型中的保护作用不能简单推广到健康个体或作为常规治疗策略。未来研究需要进一步阐明SCFAs等代谢物作用的具体细胞受体和分子通路，以及探索其他菌群相关代谢物（如胆汁酸、色氨酸代谢物）的潜在贡献，从而为开发精准的微生物群靶向疗法奠定基础。