嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）经异鼠李素（Iso）–PSAP–GPR37信号轴驱动缺血性卒中后白质修复

《Gut Microbes》：A microbiota–metabolite–glial axis drives white matter repair via isorhamnetin–PSAP–GPR37 signaling after ischemic stroke

　　

缺血性卒中（ischemic stroke，IS）诱导持续性神经炎症和白质损伤，限制神经功能恢复，然而有效的修复导向治疗仍然缺乏。尽管微生物群影响卒中结局，但微生物活动如何驱动中枢神经系统修复尚不清楚。在此，研究人员整合临床微生物组分析、实验性卒中模型、多组学分析和机制验证，界定了一条促进卒中后恢复的微生物群–代谢物–胶质细胞信号轴。嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila，Akk）与患者良好结局相关，并在不改变梗死体积的情况下改善小鼠恢复，支持其促进修复而非神经保护机制。机制上，Akk增加循环异鼠李素（isorhamnetin，Iso），这是一种关键系统性介质，可抑制富含脂质的促炎小胶质细胞（microglia）并促进少突胶质细胞（oligodendrocyte）成熟和白质修复。Iso重编程小胶质细胞分泌鞘脂激活蛋白前体（prosaposin，PSAP），条件培养基（conditioned medium）而非直接Iso激活少突胶质细胞中的G蛋白偶联受体37（G-protein coupled receptor 37，GPR37）–细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信号。体外敲低Psap或Gpr37显著减弱这些效应，证明小胶质细胞依赖机制。体内腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）介导的Gpr37敲低消除Akk和Iso对功能恢复和白质修复的有益效应，确立PSAP–GPR37信号的必要性。这些发现识别了一条微生物群驱动的代谢通路，将肠道活动与IS后白质修复联系起来。

缺血性卒中（IS）是长期残疾和死亡的重要原因。急性神经元丢失多在血管闭塞后数小时内决定，但持续神经功能损害越来越归因于慢性神经炎症、进行性白质变性和内源性修复机制失败；少突胶质细胞稳态和髓鞘完整性持续破坏限制功能恢复，而有效促进IS后白质修复的治疗策略仍缺乏。IS还引起肠道屏障功能障碍和肠道菌群（gut microbiota）失调，临床研究显示患者菌群组成显著改变，实验研究提示菌群组成和代谢能力影响卒中后炎症与恢复，但将肠道菌群失调转导为胶质反应和白质修复的具体微生物决定因素及分子通路尚不明确。嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila，Akk）是维持肠屏障完整性和代谢稳态的黏液降解共生菌，在炎症和代谢紊乱中丰度降低，补充后可恢复上皮屏障、抑制异常炎症；在神经疾病中也有证据，但在IS中是否直接调控卒中后修复尤其是胶质脂质代谢和白质完整性及其机制仍不清楚。为此，研究人员整合临床微生物组分析、实验性卒中模型、多组学分析和机制验证，发现Akk补充促进IS后功能恢复，并与循环异鼠李素（isorhamnetin，Iso）升高相关；Iso抑制富含脂质的促炎小胶质细胞状态并促进少突胶质细胞成熟；进一步识别PSAP–GPR37–ERK轴介导小胶质细胞–少突胶质细胞通讯。该研究发表于《Gut Microbes》，提出微生物群–代谢物–胶质细胞信号通路连接肠道微生物活动与IS后白质修复，并提示增强卒中后恢复的潜在策略。
关键技术方法概括：临床队列纳入114名参与者，其中86例IS患者来自天津环湖医院、28名健康对照，采集粪便行16S rDNA测序；采用雄性C57BL/6小鼠（6–8月龄）建立光化学血栓性大脑中动脉闭塞（photothrombotic middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型，进行行为学、组织学、免疫荧光、免疫印迹和qRT-PCR分析；开展单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）、血浆非靶向代谢组学和靶向LC-MS/MS；体外采用BV2小胶质细胞和少突胶质细胞氧糖剥夺/复氧（oxygen–glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）、条件培养基及shRNA敲低Psap/Gpr37；体内采用AAV9介导Gpr37敲低并立体定位注射。
研究结果：
1. 缺血性卒中肠道菌群失调及其与早期神经功能恢复的关联（Gut microbiome dysbiosis in IS and its association with early neurological recovery）：通过16S rDNA测序发现IS患者α多样性降低、β多样性分离、肠道微生物健康指数降低，短链脂肪酸产生菌减少、Escherichia–Shigella富集；按入院与出院美国国立卫生研究院卒中量表（National Institutes of Health Stroke Scale，NIHSS）评分变化分组，良好结局组微生物失调指数更低、Akk富集，Akk丰度与NIHSS改善正相关，受试者工作特征曲线下面积为0.91，校正年龄、性别和双联抗血小板治疗后Akk仍与良好早期恢复相关。
2. Akk补充促进IS后功能恢复且独立于梗死体积（Akk supplementation promotes functional recovery after IS independent of infarct size）：pMCAO小鼠给予PBS、低剂量或高剂量Akk 14天，高剂量Akk改善改良神经功能严重程度评分（modified neurological severity score，mNSS）、足误率、黏附去除潜伏期、转棒运动协调、识别记忆和社会新颖性偏好；梗死相关脑萎缩无显著差异；Akk部分缓解肠道炎症和菌群失调但不显著改变自身丰度，单独补充Turicibacter不能复制保护效应。
3. Akk抑制脂质相关小胶质细胞活化并促进IS后白质修复（Akk suppresses lipid-associated microglia activation and promotes white matter repair after ischemic stroke）：在卒中后14天梗死周围组织，Akk减少Iba1⁺面积、维持更分枝的小胶质细胞形态、减少Bodipy⁺小胶质细胞脂滴、降低Tnfα和Il6表达，并增加髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）阳性面积。
4. 单细胞RNA测序揭示Akk诱导小胶质细胞重编程并通过PSAP–GPR37介导通讯增强少突胶质细胞成熟（Single-cell RNA sequencing reveals Akk-induced microglial reprogramming and enhanced oligodendrocyte maturation through PSAP–GPR37-mediated communication after ischemic stroke）：scRNA-seq识别14种主要细胞类型，Akk减弱卒中后小胶质细胞扩张；小胶质细胞分为稳态、泡沫样、轴突束相关和疾病相关状态，Akk减少脂质相关泡沫样小胶质细胞、恢复稳态并增加轴突束相关小胶质细胞；配体–受体分析提示PSAP–Gpr37为小胶质细胞至少突胶质细胞的重要通讯路径；少突胶质细胞亚群分析显示Akk增加髓鞘化相关亚群，基因本体富集于髓鞘化和脂质结合，拟时序分析显示Akk加速少突胶质前体细胞向成熟髓鞘化状态进展。
5. Akk激活IS后少突胶质细胞相关PSAP–GPR37–ERK信号（Akk activates oligodendrocyte-associated PSAP–GPR37–ERK signaling after IS）：qRT-PCR和免疫印迹显示PBS组Psap、Gpr37降低，Akk恢复其表达并增加PSAP、GPR37蛋白和p-ERK；GPR37L1未改变；免疫荧光显示GPR37增加并与Olig2⁺少突胶质谱系细胞共定位。
6. Akk补充增加循环Iso并与IS后神经功能恢复相关（Akk supplementation increases circulating Iso, which correlates with neurological recovery after IS）：血浆非靶向代谢组学显示组间分离，PBS与假手术间有372种差异代谢物、高剂量Akk与PBS间有398种，Akk上调Iso；Iso与mNSS和足误负相关、与转棒表现正相关；Akk调控代谢物以脂质相关通路为主，鞘磷脂（sphingomyelin，SM）增加并与Iso正相关。
7. Iso表型模拟Akk介导的功能恢复并增强PSAP–GPR37–ERK轴以抑制小胶质细胞脂质积累和促进白质修复（Iso phenocopies Akk-mediated functional recovery and enhances the PSAP–GPR37–ERK axis to suppress microglial lipid accumulation and promote white matter repair）：Iso或PSAP给药改善mNSS、足误、黏附去除和社会新颖性；高剂量Akk增加脑组织Iso，而Akk条件培养基不增加Iso；Iso和PSAP增加PSAP、GPR37和p-ERK，Iso减少Iba1⁺小胶质细胞脂滴并恢复胼胝体和纹状体MBP。
8. Iso–PSAP–GPR37信号介导小胶质细胞–少突胶质细胞串扰以促进缺血应激下少突胶质细胞存活（Iso–PSAP–GPR37 signaling mediates microglia–oligodendrocyte crosstalk to promote oligodendrocyte survival under ischemic stress）：BV2小胶质细胞OGD/R后Iso降低炎症和脂滴、增加Psap mRNA和PSAP分泌；Psap敲低消除Iso抗炎、降脂和PSAP分泌效应；Iso处理小胶质细胞的条件培养基而非直接Iso增加少突胶质细胞GPR37和ERK磷酸化，条件培养基或PSAP减少少突胶质细胞凋亡，直接Iso无保护作用，Gpr37敲低消除保护。
9. GPR37是Akk–Iso介导白质修复所必需（GPR37 is required for Akk–Iso-mediated white matter repair）：体内AAV介导Gpr37敲低减弱Akk和Iso对行为学、认知及胼胝体MBP和髓鞘化的改善。
讨论部分总结：研究强调Akk并非通过持续扩增或恢复单一共生菌发挥效应，而是促进卒中后肠道生态系统的功能和代谢重塑，循环代谢物是关键中介；小胶质细胞状态重编程是Akk相关恢复的核心，Akk减少脂质负载泡沫样小胶质细胞并恢复稳态和轴突束相关亚群；Akk促进少突胶质谱系进展和白质修复；PSAP–GPR37–ERK轴耦联小胶质细胞重编程与少突胶质细胞成熟；Iso作为Akk相关系统性代谢介质，其血浆水平与功能恢复相关，外源Iso重现Akk主要神经修复效应，并通过小胶质细胞依赖机制发挥作用；Psap或Gpr37敲低削弱上述效应。局限性包括单中心观察性研究、良好结局事件有限、残余混杂、仅纳入雄性小鼠、未直接补充不利结局相关菌、未进行Iso缺失功能实验。研究结论翻译：本研究界定了一条此前未被识别的微生物群–代谢物–胶质细胞信号轴，其中Akk通过以修复为导向而非急性神经保护的机制驱动卒中后恢复；研究人员将Iso确定为关键系统性介质，其重编程小胶质细胞、激活PSAP–GPR37–ERK信号并促进IS后少突胶质细胞成熟和白质修复；通过将概念框架从微生物组成转向代谢物驱动的细胞间通讯，研究结果为肠道来源信号如何协调中枢神经系统修复提供机制见解；靶向该轴可能成为增强卒中及其他白质相关神经疾病内源性修复和功能恢复的有希望治疗策略。