《Journal of Future Foods》：Mechanisms of Limosilactobacillus fermentum DACN8320 in Alleviating Sleep Deprivation-Related Cognitive Dysfunction: A Microbial-Intestinal-Brain Axis Study
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摘要：睡眠剥夺（Sleep Deprivation，SD）是当今社会日益普遍的现象，对人类健康构成重大威胁。本研究筛选可减轻 SD 诱导认知功能障碍的益生菌并探讨其潜在机制。研究结果表明，发酵乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）
摘要：睡眠剥夺（Sleep Deprivation，SD）是当今社会日益普遍的现象，对人类健康构成重大威胁。本研究筛选可减轻 SD 诱导认知功能障碍的益生菌并探讨其潜在机制。研究结果表明，发酵乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）DACN8320（DACN8320）可显著改善 SD 小鼠的认知损伤行为（如焦虑、记忆缺陷）、肠道损伤、海马（hippocampal formation）结构异常及神经元退行性变。该作用可能通过微生物-肠-脑轴（microbial-intestinal-brain axis）实现：DACN8320 调节肠道菌群，增加有益菌如阿克曼氏菌属（Akkermansia）的相对丰度，降低炎症相关菌如 Allobaculum 和 Alloprevotella 的相对丰度；上调紧密连接蛋白及维持肠道屏障和血脑屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）完整性相关基因的表达；通过调节肠道和海马 NF-κB/NLRP3 信号通路，抑制小胶质细胞（microglia）异常活化，减轻神经炎症并改善突触损伤，最终缓解小鼠认知障碍。
论文解读：发酵乳杆菌 DACN8320 通过微生物-肠-脑轴缓解睡眠剥夺所致认知障碍的机制研究
一、研究背景与意义
睡眠剥夺（Sleep Deprivation，SD）可导致记忆受损、认知能力下降及神经炎症，其机制涉及海马结构损伤、肠屏障破坏及中枢炎症因子累积。近年研究表明 SD 可诱发肠道菌群失调，经由微生物-肠-脑轴（microbial-gut-brain axis）加重神经炎症与突触可塑性下降。尽管部分乳酸菌被证实具抗氧化及肠屏障保护作用，但能针对性缓解 SD 相关认知障碍的益生菌及其机制尚待阐明。西南大学食品科学学院 Xu Zhou、Hongyu Chen 等研究人员从传统发酵食品中分离筛选出具强抗氧化活性的发酵乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）DACN8320，通过小鼠 SD 模型探讨其是否经微生物-肠-脑轴改善认知功能，并阐明其调控肠道屏障、血脑屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）、NF-κB/NLRP3 炎症体及小胶质细胞极化的机制。该研究成果为功能性益生菌开发提供理论依据，发表于《Journal of Future Foods》。
二、主要关键技术方法
研究人员选用 8 周龄雄性 C57BL/6J 小鼠（n=8/组），随机分为对照（CON）、SD 模型（每日旋转杆剥夺睡眠 20 h/天 × 28 天）、SD+DACN8320 灌胃组（109CFU/mL，10 mL/kg）。采用开场实验（Open Field Test，OFT）、新物体识别（Novel Object Recognition，NOR）及 Morris 水迷宫（Morris Water Maze，MWM）评估焦虑与学习记忆；取结肠及海马组织行 H&E 染色、ELISA 检测炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10）、qRT-PCR 检测紧密连接蛋白（ZO-1、Claudin-1、Occludin、Claudin-5 等）及 NF-κB/NLRP3/ASC/Caspase-1、小胶质细胞标记（CD68、Iba1、Arg1、Ym1）、突触相关蛋白（PSD95、Synaptophysin/SYN、BDNF）mRNA；免疫荧光/组化检测 Claudin-7、NF-κB p65、PSD95、CD68；粪便 16S rDNA（V3–V4 区）测序分析菌群；血清非靶向代谢组学（LC-MS）结合 KEGG 富集分析；Spearman 相关性分析菌群–代谢物–表型关联。体外完成菌株人工胃液/胆盐耐受、DPPH/ABTS 自由基清除、溶血及药敏试验。
三、研究结果
3.1 体外菌株筛选
从 80 株乳酸菌中筛出 24 株具人工胃液（存活率＞60％）及 0.3％ 胆盐耐受者，其中发酵乳杆菌 DACN8320 DPPH 清除率 59.04±0.60％、ABTS 38.39±4.85％，胃肠耐受与抗氧化活性最优，选为研究对象。
3.2 DACN8320 鉴定与安全性评价
革兰阳性短杆菌，16S rDNA 与 L. fermentum 同源性 99％；无 β?溶血；对青霉素等 11 种抗生素高度敏感，符合益生菌安全性要求。
3.3 DACN8320 可缓解小鼠认知障碍
SD 组中央区停留时间缩短、新物体识别指数下降、MWM 逃避潜伏期延长且平台穿越次数减少（P＜0.05），提示焦虑样行为与空间记忆受损；DACN8320 干预使上述指标恢复（中央区时间↑、识别指数↑、首次到达平台潜伏期↓、穿越次数↑），表明其改善 SD 诱导的认知与焦虑行为。
3.4 DACN8320 减轻肠道炎症并保护肠屏障
SD 致结肠 TNF-α、IL-1β、IL-6 升高，IL-10 降低，ZO-1、Claudin-1 mRNA 下调，NF-κB、NLRP3、ASC mRNA 上调，组织见隐窝损伤及炎性浸润；DACN8320 显著降低促炎因子、上调 ZO-1 与 Claudin-1、抑制 NF-κB/NLRP3/ASC 表达，H&E 示肠组织损伤减轻，提示恢复肠屏障完整性并抑制 NLRP3 炎症体活化。
3.5 DACN8320 对神经炎症、血脑屏障及海马的影响
SD 海马 CA1、DG、CA3 区见神经元排列紊乱、胞体皱缩，TNF-α 与 IL-6 升高、IL-10 降低；海马 Claudin-5、ZO-1、MUC2、Arg1、SYN、BDNF 下调，CD68、NF-κB、NLRP3、ASC 上调，Iba1 与 CD68 蛋白升高、Claudin-7 与 PSD95 蛋白降低。DACN8320 干预后海马结构改善，促炎因子降低、IL-10 升高；Claudin-5、ZO-1、MUC2、Arg1、Ym1、SYN、BDNF 上调，CD68 与 Caspase-1 下调；免疫荧光示 Iba1+活化小胶质细胞及 CD68 减少，Claudin-7 与 PSD95 增加，说明其维护 BBB 紧密连接、抑制小胶质细胞 M1 极化并促进 M2 型及突触相关蛋白表达。
3.6 DACN8320 对肠道菌群的影响
SD 降低 α 多样性（Sobs、Chao1、Ace），变形菌门（Proteobacteria）相对丰度升高，产黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia）减少，Allobaculum 与 Alloprevotella 增多；DACN8320 恢复 α 多样性，降低 Proteobacteria 及 Allobaculum/Alloprevotella，升高 Akkermansia、乳酸杆菌属（Lactobacillus）及瘤胃球菌科（Ruminococcaceae），群落结构向 CON 组回归。
3.7 DACN8320 对血清代谢的影响
SD 致血清 TNF-α、IL-1β、IL-6 升高、IL-10 降低，代谢谱明显偏移；DACN8320 回调炎症因子并重塑代谢谱，差异代谢物富集于逆行内源性大麻素信号（Retrograde endocannabinoid signaling）、长时程增强（Long-Term Potentiation，LTP）及 NF-κB 通路等神经/炎症相关通路。
3.8 相关性分析
OFT、NOR、MWM 表现与 Akkermansia、Anaerostipes 正相关；结肠/海马 NF-κB、NLRP3、ASC 与促炎菌（Allobaculum、Alloprevotella、norank_f_Lachnospiraceae 等）正相关；血清代谢物（如 GPCho、primaquine、CL 等）与空间记忆、突触标记（PSD95、BDNF）及小胶质 M2 标记显著相关，证实菌群–代谢物–神经炎症–认知表型关联。
四、讨论与结论总结
讨论指出 SD 破坏肠屏障与 BBB，使内毒素及炎症介质入脑激活 NF-κB/NLRP3 炎症体与小胶质细胞 M1 极化，致海马突触损伤与认知下降；DACN8320 通过提升 Akkermansia 等有益菌、抑制促炎菌，上调肠/脑紧密连接蛋白，阻断外周炎症向中枢传递，并抑制肠–脑 NF-κB/NLRP3 级联与异常小胶质活化，促进 M2 极化及突触修复（PSD95、SYN、BDNF），从而缓解 SD 认知障碍。
结论（翻译）：本研究自传统发酵食品中成功筛选出具良好胃肠耐受性、抗氧化活性及安全性的发酵乳杆菌 DACN8320。该菌株通过调节肠道菌群结构——增加 Akkermansia 和 Lactobacillus 等有益菌相对丰度，抑制 Allobaculum 和 Alloprevotella 等促炎菌增殖——上调肠道屏障与血脑屏障相关基因及蛋白表达，维护屏障完整性，阻止炎症因子及有害物质入血及入脑；并通过调控 NF-κB/NLRP3 信号通路，减弱小胶质细胞异常活化与神经炎症，减轻突触损伤并促进突触相关分子表达，从而缓解睡眠剥夺小鼠的认知功能障碍。该研究不仅揭示了乳酸菌干预 SD 相关认知障碍的新机制，也为功能性益生菌开发与功能性食品研发提供了重要理论基础与菌株资源。
