卷丹来源囊泡的结构完整性促进抑郁症中脑 - 代谢组 - 微生物组网络的多层调控

《Journal of Nanobiotechnology》：Structural integrity facilitates multi-layer modulation of the brain-metabolome-microbiota network by Lilium lancifolium-derived vesicles in depression

　　

摘要

背景

植物来源囊泡（PDVs）已作为一种具有多组分货物谱和潜在生物活性的有前景的天然纳米疗法崭露头角。然而，它们的递送行为和作用机制，特别是在抑郁症等复杂的神经 - 免疫 - 代谢性疾病中，仍未被完全理解。本研究调查了有斑百合来源囊泡（LLEs）在慢性不可预见性温和应激（CUMS）诱导的抑郁模型中的治疗效果、生物分布和多层调控网络，重点关注囊泡结构完整性以及脑 - 代谢组 - 微生物组关联。

方法

LLEs 从新鲜的有斑百合（Lilium lancifolium Thunb）中分离，并全面表征了其形态、粒径、Zeta 电位、颗粒 - 蛋白质比率、蛋白质组货物和模拟胃肠稳定性。治疗效果在 CUMS 小鼠和 LPS 挑战的神经元细胞模型中通过行为测试、组织病理学、免疫荧光和多组学方法（海马转录组学、血清代谢组学和肠道宏基因组学）进行评估。细胞内吞作用通过药理学抑制剂和荧光追踪进行评估。脑相关递送通过体外血脑屏障 Transwell 模型、离体脑成像以及 LC-MS 检测灌注脑组织中 LLEs 相关小分子进行评估。通过比较天然 LLEs 与破坏的 LLEs（D-LLEs）和单一生物活性成分，评估了完整囊泡结构的贡献。使用整合多组学分析构建了一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组调控网络。

结果

LLEs 表现出纳米级囊泡样形态、带负电荷的表面和部分环境韧性，在模拟唾液和胃液中稳定，但在模拟肠道条件下易发生聚集。蛋白质组分析和 Western Blot 验证支持了囊泡相关蛋白质成分的存在，包括 HSP70。完整的 LLEs 比 D-LLEs 显示出更强的神经保护性、抗神经炎症和抗抑郁样作用，支持了完整囊泡结构的功能贡献。细胞摄取试验表明，巨胞饮作用和网格蛋白介导的内吞作用可能有助于 LLE 的内化。体外血脑屏障 Transwell 模型、离体脑成像和 LC-MS 组织定量支持了 LLEs 的脑相关递送潜力。多组学整合揭示了 LLEs 相关的脑炎症和脂质代谢通路、循环代谢物和肠道微生物组成的变化，表明存在一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组调控网络。

结论

本研究鉴定了 LLEs 为一类整合了结构稳定性与内在神经保护潜力的植物来源纳米囊泡。本研究支持了完整囊泡结构的重要性，并提供了一个整合的、基于证据校准的框架，将 LLEs 治疗与中枢神经免疫调控、全身代谢转变和肠道微生物群重塑联系起来。这些发现为未来开发植物来源囊泡作为神经免疫和代谢调控的天然纳米囊泡平台提供了基础，同时强调了需要对所提出的多层调控网络进行进一步的因果验证。

图文摘要

天然有斑百合来源囊泡（LLEs）含有多种类型的囊泡相关货物，包括蛋白质、调控性 RNAs 和小分子，并显示出 pH 响应性稳定性谱。多组学注释表明，这些货物与炎症信号传导、脂质代谢、细胞应激反应和神经调节有关。体外血脑屏障模型运输试验、离体脑成像以及灌注脑组织中的 LC-MS 检测支持了 LLEs 的脑相关递送潜力。在系统水平上，LLEs 治疗与海马转录组特征、循环代谢物、炎症细胞因子和肠道微生物组成的协调调控有关。代表性变化包括海马转录组特征的重编程（例如，C1qa、Cr2、Itgal、Grin3b）、外周炎症细胞因子（TNF-α、IL-1β 和 IL-6）的抑制、循环代谢介质（ALA、PUFAs 和琥珀酸）的转变，以及肠道微生物群的重塑（富集 Adlercreutzia 和 Roseburia，同时抑制 Helicobacter 和 Alistipes）。总之，该示意图概念化了一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组网络，通过该网络 LLEs 可能促进 CUMS 诱导的抑郁样小鼠的神经免疫和代谢稳态。

背景

植物来源囊泡（PDVs）已作为一种具有多组分货物谱和潜在生物活性的有前景的天然纳米疗法崭露头角。然而，它们的递送行为和作用机制，特别是在抑郁症等复杂的神经 - 免疫 - 代谢性疾病中，仍未被完全理解。本研究调查了有斑百合来源囊泡（LLEs）在慢性不可预见性温和应激（CUMS）诱导的抑郁模型中的治疗效果、生物分布和多层调控网络，重点关注囊泡结构完整性以及脑 - 代谢组 - 微生物组关联。

方法

LLEs 从新鲜的有斑百合（Lilium lancifolium Thunb）中分离，并全面表征了其形态、粒径、Zeta 电位、颗粒 - 蛋白质比率、蛋白质组货物和模拟胃肠稳定性。治疗效果在 CUMS 小鼠和 LPS 挑战的神经元细胞模型中通过行为测试、组织病理学、免疫荧光和多组学方法（海马转录组学、血清代谢组学和肠道宏基因组学）进行评估。细胞内吞作用通过药理学抑制剂和荧光追踪进行评估。脑相关递送通过体外血脑屏障 Transwell 模型、离体脑成像以及 LC-MS 检测灌注脑组织中 LLEs 相关小分子进行评估。通过比较天然 LLEs 与破坏的 LLEs（D-LLEs）和单一生物活性成分，评估了完整囊泡结构的贡献。使用整合多组学分析构建了一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组调控网络。

结果

LLEs 表现出纳米级囊泡样形态、带负电荷的表面和部分环境韧性，在模拟唾液和胃液中稳定，但在模拟肠道条件下易发生聚集。蛋白质组分析和 Western Blot 验证支持了囊泡相关蛋白质成分的存在，包括 HSP70。完整的 LLEs 比 D-LLEs 显示出更强的神经保护性、抗神经炎症和抗抑郁样作用，支持了完整囊泡结构的功能贡献。细胞摄取试验表明，巨胞饮作用和网格蛋白介导的内吞作用可能有助于 LLE 的内化。体外血脑屏障 Transwell 模型、离体脑成像和 LC-MS 组织定量支持了 LLEs 的脑相关递送潜力。多组学整合揭示了 LLEs 相关的脑炎症和 lipid 代谢通路、循环代谢物和肠道微生物组成的变化，表明存在一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组调控网络。

结论

本研究鉴定了 LLEs 为一类整合了结构稳定性与内在神经保护潜力的植物来源纳米囊泡。本研究支持了完整囊泡结构的重要性，并提供了一个整合的、基于证据校准的框架，将 LLEs 治疗与中枢神经免疫调控、全身代谢转变和肠道微生物群重塑联系起来。这些发现为未来开发植物来源囊泡作为神经免疫和代谢调控的天然纳米囊泡平台提供了基础，同时强调了需要对所提出的多层调控网络进行进一步的因果验证。

图文摘要

天然有斑百合来源囊泡（LLEs）含有多种类型的囊泡相关货物，包括蛋白质、调控性 RNAs 和小分子，并显示出 pH 响应性稳定性谱。多组学注释表明，这些货物与炎症信号传导、脂质代谢、细胞应激反应和神经调节有关。体外血脑屏障模型运输试验、离体脑成像以及灌注脑组织中的 LC-MS 检测支持了 LLEs 的脑相关递送潜力。在系统水平上，LLEs 治疗与海马转录组特征、循环代谢物、炎症细胞因子和肠道微生物组成的协调调控有关。代表性变化包括海马转录组特征的重编程（例如，C1qa、Cr2、Itgal、Grin3b）、外周炎症细胞因子（TNF-α、IL-1β 和 IL-6）的抑制、循环代谢介质（ALA、PUFAs 和琥珀酸）的转变，以及肠道微生物群的重塑（富集 Adlercreutzia 和 Roseburia，同时抑制 Helicobacter 和 Alistipes）。总之，该示意图概念化了一个关联的脑 - 代谢组 - 微生物组网络，通过该网络 LLEs 可能促进 CUMS 诱导的抑郁样小鼠的神经免疫和代谢稳态。