《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Preventive effect of ulinastatin on postoperative cognitive dysfunction through modulation of the gut microbiome: evidence from short-chain fatty acids
编辑推荐：
背景：越来越多的证据表明，肠道菌群失调和肠-脑轴功能障碍与全身麻醉后术后认知功能障碍（POCD）相关。尽管乌司他丁（一种尿胰蛋白酶抑制剂）已被报道具有抗炎和神经保护作用，但其在POCD中对肠道微生物组及微生物组相关代谢物的作用仍不清楚。方法：共30只18月龄雄
背景：越来越多的证据表明，肠道菌群失调和肠-脑轴功能障碍与全身麻醉后术后认知功能障碍（POCD）相关。尽管乌司他丁（一种尿胰蛋白酶抑制剂）已被报道具有抗炎和神经保护作用，但其在POCD中对肠道微生物组及微生物组相关代谢物的作用仍不清楚。方法：共30只18月龄雄性Sprague–Dawley大鼠随机分配到乌司他丁组或对照组。在全身麻醉前腹腔注射乌司他丁（50,000 U/mL）或生理盐水（1 mL），麻醉以1.5 vol%异氟烷维持2小时。使用Y迷宫试验评估认知功能。分别通过微生物学分析、酶联免疫吸附测定（ELISA）和免疫组织化学染色评估乳杆菌活菌计数、短链脂肪酸（SCFA）水平及核因子E2相关因子2（Nrf2）表达。结果：全身麻醉前，两组Y迷宫表现无差异。然而，仅在对照组观察到麻醉后显著下降（p < 0.001）。乳杆菌活菌计数呈现相似模式，对照组显著减少，而乌司他丁组保持稳定（p < 0.001）。乌司他丁组在肠道、血液和脑中的SCFA水平显著高于对照组（均p < 0.001）。乌司他丁组肠道和脑中的Nrf2表达也显著更高（均p = 0.0001）。结论：术前给予乌司他丁可预防全身麻醉后的认知功能下降。乌司他丁的保护作用与控制肠道菌群失调相关。
**论文解读：乌司他丁通过调节肠道微生物组预防术后认知功能障碍——基于短链脂肪酸的机制研究**
**一、研究背景与问题提出**
术后认知功能障碍（POCD）是手术后常见的神经系统并发症，尤其在老年患者中高发，主要表现为记忆、注意力、执行功能及信息处理速度的损害。这些认知紊乱可持续至出院后，严重影响患者的功能恢复和生活质量。尽管POCD的确切发病机制尚未完全阐明，神经炎症已被证实在其发生发展中扮演关键角色。近年来，研究进一步指出，POCD中的神经炎症与肠道菌群失调密切相关。肠道菌群失调指微生物多样性的破坏，导致潜在有害微生物增加、有益微生物减少。多项尝试控制肠道菌群失调的研究显示出对神经炎症的改善作用，且新兴证据表明，调节肠道菌群失调及相关微生物代谢物的变化，与神经炎症过程中海马区小胶质细胞激活减少和极化改变有关。然而，关于微生物组靶向治疗对认知功能影响的结论尚未达成共识。
乌司他丁是一种从新鲜健康人尿液中纯化的尿胰蛋白酶抑制剂，具有抗炎作用，并通过抑制核因子κB（NF-κB）通路、调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路、减少氧化应激、稳定血管通透性及调节凝血过程等机制发挥组织损伤保护作用。该药已广泛用于炎症性疾病治疗，但仅在韩国等少数国家可用。既往研究已证实，术前给予乌司他丁在动物实验和临床情境中均对术后认知功能下降具有有益作用。考虑到乌司他丁通过自身抗炎和组织保护特性对认知功能下降的预防作用，研究人员推测其可能保护POCD发生时的肠道菌群失调。然而，在POCD背景下，尚无研究探讨乌司他丁对肠道菌群失调的影响。本研究旨在评估乌司他丁对POCD的预防作用是否与肠道菌群失调的控制相关。
**二、研究设计与关键方法**
研究人员从韩国Pyeongtaek的Koatech公司购买了18月龄雄性Sprague–Dawley大鼠，在Konkuk大学实验动物研究中心开展实验，并遵循ARRIVE指南2.0及IACUC批准（批准号：KU24046, KU26028）。研究将30只大鼠随机分为对照组（n=15）和乌司他丁组（n=15）。主要关键技术方法包括：（1）行为学测试：采用Y迷宫实验评估认知功能，计算自发交替率，在全身麻醉前1天和麻醉后2天进行；（2）全身麻醉模型：对照组腹腔注射1 mL生理盐水，乌司他丁组腹腔注射1 mL乌司他丁（50,000 U），随后以氯胺酮和赛拉嗪诱导麻醉，气管插管后以1.5 vol%异氟烷维持2小时；（3）微生物组分析：通过乳杆菌活菌计数评估菌群失调，粪便样本经系列稀释后涂布于MRS琼脂平板，培养24小时后计数菌落形成单位（CFU）；此外，为确定样本量，研究人员进行了预实验，基于主要结局（麻醉后2天粪便乳杆菌表达）和次要结局（肠道和脑中SCFA浓度及Nrf2表达）计算效应量，最终确定总样本量为30只；（4）SCFA检测：采用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测肠道、血液和脑中的SCFA浓度；（5）Nrf2表达检测：通过免疫荧光染色和Western blot评估肠道和脑组织中Nrf2蛋白表达。
**三、研究结果**
**3.1 行为学测试**：全身麻醉前，两组Y迷宫交替率无差异（p = 0.677）。重复测量方差分析显示时间主效应显著（F (1,28) = 32.408, p < 0.001）及时×组交互作用显著（F (1,28) = 29.283, p < 0.001）。组内比较中，对照组交替率显著下降（64.60% ± 17.11% → 43.56% ± 8.60%, p < 0.001），而乌司他丁组无显著变化（67.27% ± 17.01% → 66.73% ± 15.58%, p = 0.345）。麻醉后2天，乌司他丁组交替率显著高于对照组（p = 0.001）。
**3.2 乳杆菌活菌计数**：基线时两组粪便乳杆菌计数无差异（p = 0.324）。重复测量方差分析显示时间主效应显著（F (1,28) = 45.201, p < 0.001）及时×组交互作用显著（F (1,28) = 31.476, p < 0.001）。对照组乳杆菌计数显著下降（11.47 ± 5.24 → 2.60 ± 1.30 log10 CFU/g, p < 0.001），而乌司他丁组无显著变化（13.60 ± 6.34 → 12.80 ± 7.03 log10 CFU/g, p = 0.276）。麻醉后2天，乌司他丁组乳杆菌计数显著高于对照组（p < 0.001）。
**3.3 短链脂肪酸（SCFA）水平**：乌司他丁组在肠道、血液和脑中SCFA水平均显著高于对照组（肠道：7.42 ± 1.89 vs. 0.57 ± 0.39 pg/mL，血液：17.05 ± 6.33 vs. 1.32 ± 1.20 pg/mL，脑：9.75 ± 2.75 vs. 0.47 ± 0.37 pg/mL；均p < 0.001）。
**3.4 肠道和脑中Nrf2表达**：免疫组织化学评估显示，乌司他丁组肠道Nrf2表达显著高于对照组（7.65% ± 1.02% vs. 1.81% ± 0.34%, p = 0.0001）；Western blot结果同样显示乌司他丁组肠道Nrf2表达显著更高（1.04 ± 0.05 vs. 0.78 ± 0.08, p = 0.008）。在脑组织中，免疫组织化学结果（7.79% ± 1.35% vs. 1.92% ± 0.50%, p = 0.0001）和Western blot结果（1.19 ± 0.28 vs. 0.66 ± 0.15, p = 0.013）均显示乌司他丁组Nrf2表达显著高于对照组。
**四、讨论与结论**
讨论部分首先总结了主要发现：全身麻醉前给予乌司他丁对麻醉后认知功能下降具有预防作用，同时防止了麻醉后肠道乳杆菌的减少，这一效应得到了肠道、血液和脑中SCFA相应变化及肠道和脑中Nrf2表达变化的支持。
关于乳杆菌在神经系统疾病中的作用，乳酸杆菌属革兰氏阳性杆菌，是人类和动物微生物组的重要组成部分，广泛用作益生菌。大量研究表明，乳杆菌可减少中枢和外周神经系统炎症，具有抗氧化和神经保护作用，可改善或预防包括神经系统疾病在内的病理状况，并通过影响神经营养因子改善记忆和学习。这些发现可能解释了乌司他丁对乳杆菌减少的预防作用及随后的认知保护效应。
关于肠-脑轴与SCFA，肠-脑轴是肠道与神经系统之间的双向通讯网络。支持该概念需要两个条件：肠道微生物组代谢物在肠道中被识别，且这些代谢物能穿过血脑屏障（BBB）在血液和脑中被检测到。SCFA是乳杆菌在肠道产生的代谢物，主要在盲肠和结肠吸收，可通过内皮细胞中的单羧酸转运体穿过BBB。它们通过抑制NF-κB和激活Nrf2维持紧密连接完整性、调节炎症过程，从而影响BBB完整性并调节CNS细胞。本研究中乌司他丁组在肠道、血液和脑中SCFA水平显著升高，可能反映了乳杆菌的保留，为肠-脑轴提供了证据。
关于Nrf2作为SCFA产生的调节因子，Nrf2在抗炎和抗氧化过程中发挥关键作用，通过抗氧化反应元件调节基因表达。SCFA诱导的Nrf2激活可保护BBB。Nrf2表达降低与神经退行性疾病的发生发展相关，而激活Nrf2可通过增强抗氧化防御和抑制神经炎症减缓疾病进展。本研究观察到的乌司他丁组肠道和脑组织中Nrf2表达升高，可能与SCFA水平增加有关，进一步支持肠-脑轴的参与。
研究局限性包括：样本在-20°C而非-80°C储存，但既往研究显示短期-20°C储存对样本稳定性影响有限；仅评估了单一微生物（乳杆菌），未进行全面的16S rRNA测序或宏基因组分析；SCFA并非乳杆菌独有，可能来源于多种肠道微生物类群，且本研究测量的是总SCFA而非单独代谢物。尽管如此，该研究证实了乌司他丁对全身麻醉后认知功能下降的预防作用与肠道菌群失调的控制相关，具体表现为防止乳杆菌减少，并通过肠道、血液和脑中SCFA的变化及肠道和脑中Nrf2表达的改变得以反映。这些发现凸显了肠-脑轴作为临床相关治疗靶点的价值，并支持微生物组靶向干预作为临床实践中预防POCD的有前景策略。
