葛根素通过重塑肠-脑轴和激活BDNF/TrkB/CREB通路缓解双酚S诱导的神经行为损伤

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Puerarin alleviates bisphenol S induced neurobehavioral impairments via remodeling the gut-brain axis and activating the BDNF/TrkB/CREB pathway

　　

双酚S（Bisphenol S，BPS）广泛用于消费品和食品包装，引发了越来越多的毒理学关注。葛根素（Puerarin，PUE）是一种来自葛根（pueraria lobata）的神经保护性抗氧化剂，其在缓解BPS触发的神经毒性方面的功效尚未得到充分研究。本研究探讨了BPS如何损害肠道黏膜屏障、诱导炎症和肠道菌群失调以引发神经毒性，并评估了PUE对这些肠道介导损伤的保护作用。研究人员将36只雄性小鼠随机分为四组（对照组、BPS组（50 mg/kg bw）、BPS + PUE组（150 mg/kg bw））。采用旷场实验（Open field test）和Morris水迷宫（Morris water maze）评估学习、记忆和自发行为。进行H&E和PAS染色以评估结肠和海马组织的病理损伤。分别使用16S rRNA测序和气相色谱法分析肠道菌群组成和短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）水平。进一步应用ELISA、RT-qPCR、Western blotting和免疫组织化学检测肠道和脑组织中相关分子的表达水平。行为测试显示，PUE挽救了BPS诱导的空间记忆缺陷、抑郁样行为和突触损伤。PUE还缓解了肠道微生物失调，并恢复了BPS介导的SCFAs减少。此外，PUE减轻了结肠炎，并保持了BPS破坏的结肠黏膜完整性和紧密连接蛋白（ZO-1、OCLN、MUC2和CLDN1）。BPS暴露抑制了突触结构，并抑制了脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）/原肌球蛋白受体激酶B（tropomyosin receptor kinase B，TrkB）/cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）信号级联；这些不良变化通过PUE补充显著逆转。总之，这些发现强调，PUE通过肠-脑轴重塑肠道菌群和微生物代谢，从而改善BPS触发的神经行为功能障碍，且BDNF/TrkB/CREB通路参与这一神经保护过程。

**论文解读：葛根素通过肠-脑轴和BDNF/TrkB/CREB通路缓解双酚S诱导的神经行为损伤**

**研究背景与问题**
双酚S（Bisphenol S，BPS）作为双酚A（Bisphenol A，BPA）的替代品，广泛用于食品接触材料、婴儿奶瓶、热敏纸等消费品中，因其良好的热稳定性和光稳定性而占据较大市场份额。然而，BPS在环境介质和人体样本中普遍检出，且其神经毒性效应日益受到关注。已有研究表明，BPS暴露可导致小鼠焦虑样表型、学习记忆障碍，并通过铁死亡（ferroptosis）等机制诱导子代神经毒性。然而，BPS是否通过破坏肠道屏障、引起肠道菌群失调和炎症，进而经肠-脑轴（gut-brain axis）传递病理信号至大脑并引发神经毒性，其具体机制尚不明确。葛根素（Puerarin，PUE）是一种从葛根中提取的类黄酮化合物，具有神经保护、抗炎、抗氧化等作用，并可通过调节肠道菌群和肠道屏障发挥抗抑郁效应。但PUE能否通过调控肠-脑轴中断BPS触发的病理级联反应，尚未得到阐明。因此，本研究旨在建立BPS暴露联合PUE干预的小鼠模型，探索BPS经肠-脑轴诱导神经毒性的机制，以及PUE的拮抗潜力。

**研究内容与结论**
研究人员将36只雄性C57BL/6小鼠随机分为对照组、BPS暴露组（50 mg/kg bw）和BPS+PUE共处理组（PUE 150 mg/kg bw），连续灌胃7周。通过行为学测试、组织病理学、16S rRNA测序、气相色谱、ELISA、RT-qPCR、Western blotting和免疫组化等技术，系统评估了BPS对肠道和脑部的影响以及PUE的保护作用。结果表明：PUE可显著改善BPS诱导的空间记忆缺陷、抑郁样行为和突触损伤；PUE缓解了肠道微生物失调，恢复了BPS介导的短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）减少；PUE减轻了结肠炎，保护了结肠黏膜完整性及紧密连接蛋白（ZO-1、OCLN、MUC2、CLDN1）的表达；BPS暴露抑制了海马脑源性神经营养因子（BDNF）/原肌球蛋白受体激酶B（TrkB）/cAMP反应元件结合蛋白（CREB）信号通路，而PUE补充显著激活了该通路。这些发现揭示了PUE通过重塑肠道菌群和微生物代谢，经肠-脑轴激活BDNF/TrkB/CREB通路，从而缓解BPS诱导的神经行为损伤。相关论文发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

**主要技术方法**
本研究采用的关键技术方法包括：行为学测试（旷场实验OFT和Morris水迷宫MWM）评估神经功能；组织病理学（H&E染色、PAS染色）观察结肠和海马病理损伤；16S rRNA基因测序（V3-V4区）分析肠道菌群组成；气相色谱法（GC）检测粪便中短链脂肪酸（SCFAs）水平；酶联免疫吸附测定（ELISA）检测血清BDNF水平；实时定量PCR（RT-qPCR）和Western blotting（WB）检测mRNA和蛋白表达；免疫组化（IHC）定位并定量结肠紧密连接蛋白。小鼠购自湖南斯莱克景达实验动物有限公司（Hunan Sja Laboratory Animal Co., Ltd.）。

**研究结果**
**3.1 PUE改善BPS引起的神经行为功能障碍和突触损伤**
通过Morris水迷宫和旷场实验评估神经行为功能。BPS组小鼠在定位航行试验中逃避潜伏期显著延长，空间探索试验中进入目标象限次数减少、停留时间缩短、首次进入潜伏期增加；而PUE共处理组这些缺陷部分逆转。H&E染色显示，BPS暴露导致海马CA1和DG区神经元排列紊乱、细胞形态改变、核固缩，PUE处理显著减轻这些异常。RT-qPCR和Western blot证实，BPS下调突触蛋白SYN1、SYP、PSD-95的表达，PUE显著逆转这一下调。

**3.2 PUE改善BPS引起的肠道菌群失衡和代谢紊乱**
16S rRNA测序分析显示，BPS暴露导致肠道菌群组成显著改变，在门水平上Firmicutes丰度增加、Bacteroidetes丰度降低，在属水平上Clostridium_XIVa等增加，而PUE处理使菌群结构向对照组恢复。气相色谱检测发现，BPS显著降低乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸和异戊酸浓度，PUE补充有效逆转乙酸和丙酸水平的下降。

**3.3 PUE缓解BPS诱导的结肠炎症**
H&E染色显示BPS组结肠组织出现杯状细胞减少、严重细胞损伤、炎性浸润和腺体结构破坏；PUE处理促进上皮完整性恢复。PAS染色表明BPS组黏液层变薄、糖原颗粒增多，PUE组染色加深，提示炎症减轻。RT-qPCR和Western blot结果显示，BPS上调结肠促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17、TNF-α、IFN-γ的mRNA和蛋白表达，PUE有效逆转这些升高。

**3.4 PUE保护BPS诱导的肠黏膜屏障损伤**
免疫组化和Western blot分析显示，BPS组结肠紧密连接蛋白ZO-1、OCLN、MUC2和CLDN1的表达显著降低，PUE共处理组这些蛋白水平恢复。RT-qPCR结果进一步证实BPS抑制Zo-1、Ocln、Muc2、Cld1的mRNA表达，PUE补充显著缓解这一抑制。

**3.5 BDNF/TrkB/CREB通路在PUE保护BPS神经毒性中的作用**
ELISA结果显示BPS暴露降低血清BDNF水平，PUE补充逆转这一下降。RT-qPCR和Western blot检测发现，BPS抑制海马Bdnf、Trkb、Creb的mRNA表达以及BDNF、TrkB、p-CREB蛋白水平，PUE处理显著激活该通路。

**讨论与结论**
讨论部分指出，BPS暴露通过破坏肠道屏障完整性、扰乱肠道菌群平衡、减少SCFAs产生，经肠-脑轴传递炎症信号至海马，抑制BDNF/TrkB/CREB信号通路，导致突触丧失、认知下降和焦虑样行为。PUE通过重塑肠道菌群、修复肠黏膜屏障、升高SCFAs水平，重新激活海马BDNF/TrkB/CREB级联，恢复突触可塑性和正常神经行为。研究还提到，本研究的局限性包括仅使用单一浓度BPS和PUE、未进一步验证外源性丁酸盐在PUE缓解BPS神经毒性中的关键作用、以及仅采用雄性小鼠。结论部分翻译如下：总之，本研究指出，暴露于BPS可能损害小鼠黏膜屏障，导致结肠炎和菌群失调，降低SCFAs水平，最终引起神经行为异常。这些行为异常与BDNF/TrkB/CREB信号通路介导的突触可塑性降低有关。此外，PUE可通过BDNF/TrkB/CREB信号通路修复肠黏膜屏障、缓解结肠炎和菌群失调、恢复突触可塑性，并缓解BPS暴露诱导的行为异常。总之，本研究揭示了肠道屏障破坏介导BPS诱导的神经毒性，并证实PUE对此类损伤具有保护作用。这些发现为BPS的环境监测、环境内分泌干扰物引发的肠-脑轴损伤研究以及PUE神经保护作用的临床转化提供了参考依据和实验证据。