口服溶菌酶通过肠道菌群依赖的色氨酸代谢重编程减轻创伤性脑损伤后的神经炎症和脑损伤

《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Oral Lysozyme Attenuates Neuroinflammation and Brain Injury After Traumatic Brain Injury Through Gut Microbiota-Dependent Reprogramming of Tryptophan Metabolism

　　

目的：创伤性脑损伤（TBI）诱发继发性神经炎症和肠道菌群失调。本研究探讨了口服溶菌酶是否通过肠道菌群依赖的色氨酸代谢重编程在TBI后发挥神经保护作用。方法：在严重TBI小鼠模型中，研究人员评估了口服溶菌酶给药后的神经功能、神经炎症、肠道屏障完整性和全身免疫稳态。采用粪便非靶向代谢组学、抗生素介导的菌群清除和粪便微生物移植（FMT）来探究菌群的参与。通过液相色谱-质谱联用分析了来自10对严重TBI患者的配对脑脊液（CSF）中的色氨酸通路代谢物。结果：溶菌酶改善了神经功能结局，减轻了神经元凋亡和神经炎症，并恢复了外周CD4⁺/CD8⁺ T细胞稳态。代谢组学揭示粪便色氨酸代谢物（吲哚-3-甲醛、吲哚乳酸、犬尿喹啉酸[KYNA]）富集，以及脑内犬尿氨酸代谢向KYNA分支的转变。这些关联被菌群清除所消除，并通过FMT重现。有利的临床结局与更高的CSF KYNA和升高的KYNA/喹啉酸（QA）比值相关。结论：口服溶菌酶与减轻TBI诱导的神经炎症和脑损伤相关，可能通过肠道菌群依赖的色氨酸代谢重编程。临床前和临床代谢组学数据的一致性支持溶菌酶作为一种候选的菌群靶向治疗策略。KYNA/QA比值在更大规模的纵向队列中作为预后指标有待进一步验证。

创伤性脑损伤（TBI）是全球青壮年人群死亡和持续性神经功能障碍的主要原因之一。除原发性损伤外，TBI触发了继发性病理级联反应，包括神经炎症激活、免疫稳态破坏、代谢紊乱及进行性神经元丢失。肠道-大脑轴通过神经、内分泌、免疫和代谢通路在调节损伤后神经炎症中发挥关键作用。色氨酸（Trp）的微生物源性代谢产物，如吲哚衍生物和犬尿氨酸通路中的KYNA和QA，分别具有神经保护或神经毒性作用。溶菌酶是潘氏细胞分泌的先天免疫效应分子，可降解细菌肽聚糖并维持肠道菌群稳态。既往研究显示口服溶菌酶能减轻严重TBI后的肠道损伤，但其能否通过肠道菌群依赖的代谢重编程发挥远隔神经保护作用尚不清楚。为此，研究人员假设口服溶菌酶通过重塑肠道菌群代谢输出，增强肠道屏障完整性，恢复全身免疫稳态，并将脑内色氨酸代谢转向神经保护状态。该研究结合了代谢组学分析、菌群清除、粪便微生物移植（FMT）以及临床脑脊液（CSF）代谢组学，系统解析了溶菌酶、肠道菌群代谢与TBI后神经保护之间的机制联系。研究结果支持溶菌酶作为候选的肠道菌群靶向治疗策略，并提示KYNA/QA比值可作为TBI预后指标，论文发表在《CNS Neuroscience》。

研究人员在严重TBI小鼠模型中采用以下主要技术方法：雄性C57BL/6小鼠（6–8周龄）经口服溶菌酶（200 U/天，连续7天）处理；使用抗生素混合物（氨苄西林、链霉素、多黏菌素）消耗肠道菌群，并通过FMT将溶菌酶处理供体的粪便菌群移植至受体；通过粪便和脑组织非靶向液相色谱-质谱（LC–MS）代谢组学分析代谢物变化；流式细胞术检测外周血CD4⁺/CD8⁺ T细胞；酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血浆和脑组织细胞因子；免疫印迹和免疫荧光检测cleaved caspase-3、紧密连接蛋白ZO-1；实时定量PCR检测脑内犬尿氨酸通路关键酶（LAT1、IDO1、KMO、KAT-II）。临床部分前瞻性纳入10对严重TBI患者（按年龄、性别、损伤机制、格拉斯哥昏迷量表评分等匹配），采集CSF进行代谢组学分析，以6个月后格拉斯哥结局量表（GOS）定义有利和不利结局。

研究结果如下：

3.1 溶菌酶重塑肠道微生物代谢物并减轻全身炎症
通过粪便代谢组学分析，溶菌酶处理逆转了TBI引起的代谢谱变化，KEGG富集分析突出色氨酸代谢通路。溶菌酶显著增加了粪便中吲哚-3-甲醛（I3A）、吲哚乳酸（ILA）和犬尿喹啉酸（KYNA）水平。TBI后血浆促炎细胞因子IL-1β和TNF-α升高，溶菌酶使其降低；抗炎细胞因子IL-10和IL-22在TBI后降低，溶菌酶使其恢复。外周血CD4⁺/CD8⁺ T细胞比值在TBI后下降，溶菌酶使其正常化。相关性分析显示I3A与IL-1β、TNF-α呈负相关，与IL-10和CD4⁺/CD8⁺ T细胞比值呈正相关。

3.2 溶菌酶减轻TBI后脑损伤和神经炎症
溶菌酶处理组在第7天改良神经功能严重程度评分（mNSS）显著降低。免疫印迹和TUNEL染色显示脑组织中cleaved caspase-3表达和皮层细胞凋亡减少。脑内IL-1β、TNF-α和IL-6水平也降低。

3.3 溶菌酶与脑内色氨酸-犬尿氨酸代谢改变相关，偏向犬尿喹啉酸分支
脑代谢组学显示色氨酸代谢通路显著富集，溶菌酶处理组脑内KYNA水平和KYNA/QA比值升高，而色氨酸、犬尿氨酸和QA水平无显著变化。实时定量PCR显示L型氨基酸转运体1（LAT1）无差异，而吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）和犬尿氨酸氨基转移酶II（KAT-II）表达上调，犬尿氨酸3-单加氧酶（KMO）表达下调。相关性分析表明KYNA、IDO1和KAT-II与神经炎症标志物呈负相关，而KMO呈正相关。

3.4 溶菌酶对肠道和全身炎症的保护作用依赖于肠道菌群
在菌群清除的抗生素处理小鼠中，溶菌酶未能改善肠道黏膜损伤（Chiu's评分、凋亡指数、ZO-1表达无变化）。而从溶菌酶处理供体进行FMT后，回肠损伤减轻、凋亡减少、促炎细胞因子降低、IL-22增加。血浆细胞因子和CD4⁺/CD8⁺ T细胞比值也表现出类似恢复。

3.5 溶菌酶介导的神经保护和脑代谢重编程依赖于肠道菌群
在菌群清除受体中，FMT从溶菌酶处理供体重现了神经保护表型：改善mNSS评分、减轻脑凋亡、降低促炎细胞因子。FMT还增加了脑内KYNA和KYNA/QA比值，上调IDO1和KAT-II，下调KMO。

3.6 严重TBI患者中有利结局与CSF中增强的色氨酸-犬尿氨酸通路活性相关
CSF代谢组学鉴定出53种差异代谢物，KEGG富集突出色氨酸代谢。有利结局组CSF中KYNA和ILA水平升高，KYNA/QA比值升高；不利结局组3-羟基犬尿氨酸（3-HK）水平升高。

讨论中，研究人员指出溶菌酶通过重塑肠道菌群代谢，增加AhR配体I3A和ILA，增强肠道屏障功能（ZO-1上调、IL-22增加），减少肠道通透性和全身炎症。在全身水平，溶菌酶恢复免疫稳态，降低促炎细胞因子，增加抗炎细胞因子，正常化CD4⁺/CD8⁺ T细胞比值。在脑内，溶菌酶使犬尿氨酸代谢从神经毒性QA分支转向神经保护KYNA分支，伴随IDO1和KAT-II上调、KMO下调。菌群清除实验和FMT实验证实了肠道菌群的关键中介作用。临床CSF代谢组学与临床前结果一致，有利结局与较高KYNA和KYNA/QA比值相关。研究局限性包括仅使用雄性小鼠、临床样本量小、仅单个时间点CSF采样等。结论部分翻译为：本研究提示口服溶菌酶可能通过肠道菌群依赖的色氨酸代谢重编程减轻TBI诱导的神经炎症和脑损伤。溶菌酶与增强肠道屏障完整性、恢复全身免疫稳态以及将脑内犬尿氨酸代谢重新定向至KYNA分支（同时抑制QA介导的神经毒性）相关，这一系列变化形成协调的肠道-全身-大脑保护级联反应。这些效应被菌群清除消除并通过FMT重现，支持肠道菌群的关键作用。临床CSF代谢组学进一步表明有利的TBI结局与较高的KYNA水平和升高的KYNA/QA比值相关，与临床前发现一致。这些结果支持进一步研究溶菌酶作为候选的菌群靶向治疗策略。KYNA/QA比值在更大规模的临床队列中进行纵向评估以确认其作为TBI初步预后指标的效用。