β-羟丁酸通过抑制NF-κB/NLRP3通路诱导小胶质细胞M2极化以改善脑缺血再灌注损伤

《Frontiers in Neurology》：β-Hydroxybutyrate induces microglial M2 polarization by inhibiting the NF-κB/NLRP3 pathway to ameliorate cerebral ischemia–reperfusion injury

　　

目的：探讨β-羟丁酸（BHB）对脑缺血再灌注损伤（CIRI）的神经保护作用及其潜在分子机制；阐明肥胖条件下酮体水平与CIRI严重程度之间的关联。方法：采用改良线栓法建立大鼠大脑中动脉闭塞/再灌注（MCAO/R）模型，并通过高脂饮食诱导肥胖。BHB通过皮下渗透泵给药。腹腔注射脂多糖（LPS）以强制激活核因子-κB（NF-κB）/NOD样受体蛋白3（NLRP3）通路。采用Zea–Longa 5分制评分系统评估神经功能缺损。通过比色法检测血清BHB水平。采用免疫荧光法检测CD86（M1表型）和CD206（M2表型）的表达水平。检测脑组织中的炎性细胞因子。通过蛋白质印迹法分析磷酸化p65（p-p65）、裂解的caspase-1和离子钙结合适配器分子1（Iba1）的水平。结果：肥胖CIRI大鼠表现出血清BHB水平升高、神经功能缺损评分降低以及梗死体积显著减小。此外，p-p65、裂解的caspase-1、Iba1和促炎细胞因子水平降低，而Iba1⁺CD206⁺共定位增加。BHB治疗正常体重CIRI大鼠可降低神经功能缺损评分、升高血清BHB水平并减小梗死体积。进一步给予LPS后，神经功能缺损评分和梗死体积增加，血清BHB水平无差异。结论：肥胖条件下内源性BHB升高对CIRI具有神经保护作用，外源性BHB可模拟该效应。在机制上，BHB抑制NF-κB/NLRP3通路的激活并促进小胶质细胞向抗炎M2表型极化，从而减轻CIRI。

**论文解读：β-羟丁酸通过抑制NF-κB/NLRP3通路诱导小胶质细胞M2极化改善脑缺血再灌注损伤**

**一、研究背景与目的**

脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia–reperfusion injury, CIRI）是急性缺血性卒中患者接受溶栓及血管内取栓治疗后常见的继发性损伤，其核心病理机制包括过度神经炎症、促炎细胞因子过量产生以及小胶质细胞极化失衡，最终导致神经元损伤加重和功能恢复不良。肥胖作为脑血管疾病的公认危险因素，传统上被认为通过慢性低度炎症和代谢紊乱加剧卒中预后。然而，肥胖伴随的代谢状态改变，尤其是内源性酮体水平升高，其对CIRI的潜在影响尚未得到充分探讨。

β-羟丁酸（β-hydroxybutyrate, BHB）是肥胖条件下升高的主要内源性酮体，已被报道具有抗炎和抗氧化作用。然而，肥胖相关的内源性BHB升高是否对CIRI具有神经保护作用尚不清楚。此外，核因子-κB（nuclear factor-κB, NF-κB）/NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3, NLRP3）炎症小体通路是神经炎症调控的核心环节，其激活促进caspase-1裂解，导致白细胞介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）和白细胞介素-18（interleukin-18, IL-18）等促炎细胞因子的成熟与释放，同时驱动小胶质细胞向促炎M1表型极化。BHB已被鉴定为NLRP3炎症小体的潜在内源性抑制剂，但其在肥胖相关CIRI中对NF-κB/NLRP3通路的调控作用尚未完全阐明。

因此，本研究聚焦肥胖–CIRI–BHB–NF-κB/NLRP3轴，通过建立肥胖相关CIRI大鼠模型，整合外源性BHB干预与NF-κB/NLRP3通路药理学激活，系统研究BHB在体内的神经保护作用及分子机制。本研究的创新之处在于揭示肥胖条件下内源性BHB升高作为CIRI的代偿性保护因子，并证明BHB通过抑制NF-κB/NLRP3介导的神经炎症和促进小胶质细胞M2极化发挥神经保护作用。

**二、主要技术方法**

研究使用90只雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠，其中70只给予标准饮食（NM组），20只给予高脂饮食（OB组）6周诱导肥胖。采用改良线栓法建立大脑中动脉闭塞/再灌注（middle cerebral artery occlusion/reperfusion, MCAO/R）模型。BHB通过皮下渗透泵以1.6 mmol/kg/24 h持续给药。脂多糖（lipopolysaccharide, LPS, 1 mg/kg）和Nigericin（5 mg/kg）分别于再灌注前30 min腹腔注射以激活NF-κB/NLRP3通路。采用Zea–Longa评分评估神经功能缺损，2,3,5-三苯基氯化四氮唑（TTC）染色检测梗死体积，比色法检测血清BHB水平，免疫荧光检测CD86和CD206表达，ELISA检测IL-1β和IL-18水平，蛋白质印迹法检测磷酸化p65（p-p65）、裂解的caspase-1和离子钙结合适配器分子1（Iba1）蛋白表达。

**三、研究结果**

**3.1 肥胖模型代谢和炎症特征验证**

与NM-Sham组相比，OB-Sham组空腹血糖（FBG）、空腹胰岛素（FINS）、胰岛素抵抗稳态模型评估（HOMA-IR）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平显著升高，高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）显著降低，酮体标志物乙酰乙酸（AcAc）显著上调。ELISA结果显示OB-Sham组血清促炎因子TNF-α和IL-6水平显著高于NM-Sham组。附睾脂肪组织病理学观察显示OB-Sham组脂肪细胞明显肥大并伴广泛巨噬细胞浸润。

**3.2 肥胖升高内源性酮体水平并减轻CIRI后神经损伤**

与NM-CIRI组相比，OB-CIRI组Zea–Longa评分显著降低，梗死体积显著减小。OB-Sham组在6 h和24 h时血清BHB水平显著高于NM-Sham组，OB-CIRI组血清BHB浓度最高，表明肥胖升高内源性BHB水平并减轻CIRI后的神经损伤。

**3.3 肥胖相关神经保护与抑制NF-κB/NLRP3通路和诱导小胶质细胞M2极化相关**

与NM-CIRI组相比，OB-CIRI组p-p65、裂解的caspase-1和Iba1蛋白表达水平显著降低，IL-1β和IL-18水平显著下降。免疫荧光分析显示OB-CIRI组Iba1⁺CD206⁺共定位显著增加，表明肥胖相关神经保护作用与抑制NF-κB/NLRP3通路激活和促进小胶质细胞M2极化密切相关。

**3.4 BHB模拟肥胖的神经保护作用**

与NM-CIRI + 生理盐水组相比，NM-CIRI + BHB组Zea–Longa评分显著降低，血清BHB水平在各时间点均维持较高水平，梗死体积显著减小，证实外源性BHB可模拟肥胖的神经保护效应。

**3.5 BHB通过抑制NF-κB/NLRP3激活和促进小胶质细胞M2极化减轻神经炎症**

BHB处理显著降低p-p65和裂解的caspase-1表达，降低IL-1β和IL-18水平，减少Iba1⁺CD86⁺共定位并增加Iba1⁺CD206⁺共定位，表明BHB通过抑制NF-κB/NLRP3通路减轻神经炎症并促进小胶质细胞向M2表型极化。

**3.6 NF-κB/NLRP3通路激活逆转BHB介导的M2极化和神经保护**

LPS给药后，与BHB + DMSO组相比，Zea–Longa评分显著升高，梗死体积显著增加，p-p65、裂解的caspase-1和Iba1表达显著上调，IL-1β和IL-18水平显著升高，而血清BHB水平无显著差异，证实LPS通过直接激活NF-κB/NLRP3通路阻断BHB的下游调控效应。

**3.7 NLRP3炎症小体激活逆转BHB介导的神经保护**

Nigericin给药后，与BHB + DMSO组相比，神经功能缺损评分显著增加，脑梗死体积显著增大，p-p65、裂解的caspase-1和Iba1蛋白表达显著上调，IL-1β和IL-18分泌水平显著升高，而两组间血清BHB水平无显著差异，证实Nigericin通过过度激活NLRP3炎症小体消除了BHB的神经保护作用。

**四、讨论与结论**

本研究表明，肥胖条件下内源性BHB升高是CIRI后的代偿性保护因素。尽管肥胖传统上被认为是脑血管疾病的危险因素，但本研究结果与既往研究一致，提示肥胖伴随的酮体升高可能部分抵消肥胖诱导的血管内皮损伤。内源性BHB升高具有时间依赖性，主要作用于CIRI后早期炎症窗口期（0–24 h）。外源性BHB通过皮下渗透泵持续给药可延长酮体介导的保护持续时间，补偿内源性BHB的短暂升高。

机制上，BHB通过抑制NF-κB/NLRP3通路激活，减少p-p65和裂解的caspase-1表达，降低IL-1β和IL-18释放，同时下调M1标记物CD86和上调M2标记物CD206，促进小胶质细胞向抗炎表型极化。BHB作为NLRP3炎症小体的内源性抑制剂，通过直接结合NLRP3并抑制其寡聚化来阻止炎症小体激活。LPS和Nigericin实验进一步验证了NF-κB/NLRP3通路是BHB介导CIRI神经保护的主要机制靶点。

本研究存在以下局限性：分子检测和功能评估仅在72 h单时间点进行，无法阐明早期代谢波动与后续炎症通路改变之间的因果关系；未探讨BHB的血脑屏障通透性；所有结论均来源于体内大鼠模型，需进一步通过体外细胞实验验证BHB在细胞水平的直接调控作用。

结论：BHB通过抑制NF-κB/NLRP3通路激活，降低IL-1β和IL-18表达，促进小胶质细胞向抗炎M2表型极化，从而减轻神经损伤和脑梗死，在CIRI中发挥神经保护作用。