杯洛酮/雷帕霉素小鼠模型中生酮饮食或酮酯治疗后的早期髓鞘相关组织学与细胞学发现

《Multiple Sclerosis and Related Disorders》：Early myelin-associated histological and cellular findings following ketogenic diet or ketone ester treatment in a cuprizone/rapamycin mouse model

　　

摘要

背景：中枢神经系统髓鞘修复受损是多发性硬化症（MS）导致进行性残疾的原因之一，但目前的治疗手段并未直接针对这一生物学机制。生酮饮食等代谢干预手段值得关注，但长期坚持饮食可能限制其临床应用。

方法：雄性C57BL/6小鼠接受氯化铜/雷帕霉素诱导的脱髓鞘处理，在持续氯化铜暴露期间进行7天雷帕霉素洗脱后，在早期恢复期接受9天的标准饮食、生酮饮食或间歇性酮酯注射。评估了循环β-羟基丁酸、病变组织学、少突胶质细胞系细胞、血浆细胞因子和探索行为。

结果：生酮饮食和间歇性酮酯注射在特定时间点均使采样循环β-羟基丁酸值高于标准饮食，并与标准饮食相比与更高的髓鞘碱性蛋白免疫反应性相关。与标准饮食相比，生酮饮食与Iba1免疫反应性增加和Oil Red O阳性中性脂质信号降低相关。间歇性酮酯注射与Olig2?CC1?成熟少突胶质细胞和Olig2?BCAS1?早期髓鞘化少突胶质细胞密度更高以及循环肿瘤坏死因子-α和白介素-10降低相关。探索性行为结果在各治疗组之间无显著差异。

结论：生酮饮食和间歇性酮酯注射与早期恢复期间更高的髓鞘碱性蛋白免疫反应性相关，但在9天内未检测到行为改善。相关细胞学发现值得进一步研究代谢干预在髓鞘修复中的作用；中枢神经系统酮体可用性是否介导了这些发现尚不确定。

引言

多发性硬化症是一种慢性炎症性中枢神经系统疾病，以脱髓鞘和不完整再髓鞘化为特征，导致轴突变性和进行性残疾。有效的修复需要少突胶质前体细胞分化为成熟髓鞘化细胞，并清除病变处的髓鞘碎片。目前的治疗手段主要抑制炎症活动并减少复发，但不直接增强髓鞘修复。小胶质细胞参与病变反应，包括清除抑制性富含脂质的髓鞘碎片以及调节少突胶质细胞系进展的环境。

代谢干预措施，包括生酮和禁食相关策略，已成为潜在的促进修复的方法。在髓鞘损伤或脱髓鞘的实验模型中，生酮或禁食相关干预可以保护少突胶质系细胞并增加髓鞘相关蛋白。生酮饮食也被报道可减少小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎的残疾和炎症。β-羟基丁酸给药也被报道可支持少突胶质细胞分化和髓鞘相关结果。

临床观察也支持在多发性硬化症中进行进一步研究。生酮饮食干预与复发缓解型多发性硬化症患者的疲劳、抑郁、生活质量和功能指标改善相关。在一项随机饮食研究的二次分析中，调整的生酮饮食与6个月时较低的血清神经丝轻链相关。一项探索性随机饮食研究报告，在多发性硬化症患者中，生酮或热量限制干预后类二十烷酸通路酶的表达降低。然而，外周β-羟基丁酸并不能确定中枢神经系统组织的暴露，因为血脑运输和利用随生理环境而异。

β-羟基丁酸可能通过代谢和信号传导作用影响修复：它可以作为神经元和胶质细胞的替代底物，抑制NLRP3炎性小体活动，并修改包括组蛋白去乙酰化酶相关通路在内的基因调控程序。这些效应可能改变病变处的小胶质细胞、脂质碎片处理和少突胶质细胞系进展。

然而，生酮饮食是一种复杂的干预，除了升高酮体外，还会改变宏量营养素组成和全身代谢。因此，尚不清楚报道的促修复效应是否主要由酮症本身驱动，还是由更广泛的饮食状态驱动。

我们使用了氯化铜/雷帕霉素模型，其中报道了同时使用雷帕霉素可产生比单独使用氯化铜更完全的脱髓鞘和更慢的再髓鞘化，为测试促进修复的干预措施创造了明确的窗口。然而，结果并不一致：雷帕霉素可能增加炎症和轴索损伤而不增加髓鞘丢失，而mTOR依赖性再髓鞘化需要少突胶质细胞系信号传导。我们将生酮饮食与标准饮食下的间歇性酮酯注射进行比较，以表征9天恢复期间早期髓鞘相关免疫反应性、病变中性脂质染色和少突胶质细胞系测量指标。

方法片段

动物

雄性C57BL/6小鼠（8周龄）购自杰克逊实验室（美国缅因州巴尔港）。所有程序均获得不列颠哥伦比亚大学动物护理委员会批准（协议A18-0022），并符合加拿大动物护理委员会指南。小鼠在无特定病原体条件下饲养，采用12小时反转光/暗周期，自由饮食和饮水。

氯化铜/雷帕霉素模型

使用氯化铜/雷帕霉素方案诱导脱髓鞘。氯化铜（双环己酮）

循环β-羟基丁酸浓度

测量循环β-羟基丁酸以表征干预措施在采样时间点的全身反应。标准饮食组平均值在整个采样过程中低于0.7 mmol/L，而生酮饮食小鼠在恢复第1、4和7天的平均值约为1.2 mmol/L。间歇性酮酯注射在每天第二次注射后1小时产生约5-6 mmol/L的瞬时平均β-羟基丁酸值；数值在约3小时后回到基线水平。第1天和第4天生酮饮食值高于标准饮食，但

讨论

本研究比较了氯化铜/雷帕霉素脱髓鞘后早期恢复期间的生酮饮食与间歇性酮酯治疗。两种干预措施在特定时间点的采样循环β-羟基丁酸值均高于标准饮食，并与胼胝体中更高的髓鞘碱性蛋白免疫反应性相关，但达到统计学显著性的标准饮食参照终点有所不同：生酮饮食与更高的Iba1免疫反应性和更低的Oil Red O阳性中性脂质信号相关。与标准饮食相比，间歇性酮酯注射

结论

在这项探索性氯化铜/雷帕霉素研究中，生酮饮食和间歇性酮酯注射与9天恢复后胼胝体中更高的髓鞘碱性蛋白免疫反应性相关。与标准饮食相比，生酮饮食与更高的Iba1免疫反应性和更低的Oil Red O阳性中性脂质信号相关，而间歇性酮酯注射与更高的Olig2?CC1?成熟少突胶质细胞密度、更高的Olig2?BCAS1?早期髓鞘化少突胶质细胞密度以及更低的血浆肿瘤坏死因子-α和白介素-10相关。这些标准饮食参照发现并不意味着生酮饮食

伦理声明

动物研究经不列颠哥伦比亚大学动物护理委员会审查和批准（协议A18-0022）。所有程序均按照机构指南和加拿大动物护理委员会规定进行。在适用的情况下，动物方法报告参考了ARRIVE 2.0建议。

数据可用性

当前研究中生成和/或分析的数据集可通过向通讯作者提出合理要求获得。

资金

本工作由加拿大多发性硬化症协会和加拿大健康研究所支持。Nima Alaeiilkhchi部分由加拿大多发性硬化症协会endMS博士研究生奖学金支持（奖学金编号829305）。Wen Zhou由重庆医科大学附属康复医院科研培育基金（编号RHCQMU2026003）和重庆市教育委员会青年项目支持。

作者贡献声明

Nima Alaeiilkhchi：概念化、方法学、调查、形式分析、可视化、初稿撰写。
Wen Zhou：形式分析、可视化、审稿与编辑。
Nasrin Jangjoo Ghalat：调查。
Kathleen Kolehmainen：调查。
Tyler Thomson：调查。
Anjana Rajendran：调查。
Jie Liu：调查。
Oscar Seira：调查、形式分析、审稿与编辑。
Wolfram Tetzlaff：概念化、资源、监督、资金。

资金来源的角色

资金来源在研究设计、数据收集、分析或解释、报告撰写或提交文章发表的决策中未发挥作用。

生成式AI和AI辅助技术在稿件准备过程中的声明

在准备本作品过程中，作者使用了ChatGPT来协助语言编辑。使用此工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对稿件内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本报告中报道的工作。

致谢

我们感谢基兰·克拉克教授（牛津大学）提供本研究中使用的酮单体酯。我们还感谢国际修复发现合作组织动物护理和影像设施人员提供的技术援助。

作者信息

Nima Alaeiilkhchi | Wen Zhou | Nasrin Jangjoo Ghalat | Kathleen Kolehmainen | Tyler Thomson | Anjana Rajendran | Jie Liu | Oscar Seira | Wolfram Tetzlaff
ICORD，国际修复发现合作组织，布卢森脊髓损伤中心，不列颠哥伦比亚大学，加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华西10大道818号，V5Z 1M9