《Journal of Functional Foods》：Agathobacter rectalis attenuates post-stroke cognitive impairment by suppressing Indole-3-acetic acid–mediated AhR/NF-κB neuroinflammation
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脑卒中后认知障碍（PSCI）是脑卒中后常见的远期并发症，影响注意力、记忆、执行功能和空间定向能力。约30%至60%的脑卒中患者在卒中后某个时间点会出现认知障碍。PSCI与生活质量显著下降、功能独立性降低及社会经济负担增加密切相关。目前治疗仍以支持性为主，尚无基
脑卒中后认知障碍（PSCI）是脑卒中后常见的远期并发症，影响注意力、记忆、执行功能和空间定向能力。约30%至60%的脑卒中患者在卒中后某个时间点会出现认知障碍。PSCI与生活质量显著下降、功能独立性降低及社会经济负担增加密切相关。目前治疗仍以支持性为主，尚无基于机制（mechanism-based）的干预措施显示出持续的临床疗效。肠道微生物群通过神经、免疫、内分泌和代谢途径与中枢神经系统沟通，微生物代谢产物（如短链脂肪酸、吲哚衍生物和氧化三甲胺）可影响神经炎症、血脑屏障完整性和脑能量代谢。已有研究将肠道微生物群改变与PSCI联系起来，但现有证据多基于16S rRNA测序，限制了物种水平分辨率，且很少同时整合微生物功能、代谢变化和动物验证。研究人员结合临床队列，采用宏基因组学、代谢组学、细菌定量、大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠模型和细胞实验，系统研究了PSCI中的肠道微生物群-代谢物-炎症轴。研究发现，PSCI患者与非PSCI患者之间α多样性无显著差异，但微生物群落结构在门和种水平上存在差异。Agathobacter rectalis的丰度在PSCI患者中显著降低，并与吲哚-3-乙酸（IAA）水平、炎症标志物和认知障碍严重程度呈负相关。非靶向代谢组学进一步揭示PSCI以色氨酸代谢显著失调为特征，微生物群相关代谢物（包括IAA）明显富集。靶向分析证实IAA浓度在粪便和血清样本中均升高，且与认知表现呈负相关，与白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）水平呈正相关。在MCAO模型中，补充A. rectalis可恢复细菌丰度、降低循环IAA水平并改善认知表现。在HMC3人小胶质细胞中，IAA激活了芳烃受体（AhR）/核因子-κB（NF-κB）通路，并增加促炎细胞因子的表达和分泌，而RELA敲低可减弱这些反应。这些发现支持A. rectalis–IAA–AhR/NF-κB轴作为肠道微生物群失调与PSCI中神经炎症之间潜在机制联系的假设，为针对特定功能菌种和代谢物的精准微生物组干预提供了理论依据。
**论文解读**
**一、研究背景与问题**
脑卒中后认知障碍（PSCI）是急性缺血性脑卒中后最常见且影响深远的远期并发症之一，流行病学数据显示约30%至60%的脑卒中患者会在卒中后不同时期出现不同程度的认知功能下降，涉及注意力、记忆、执行功能和空间定向等多个认知域。PSCI不仅严重损害患者的生活质量和功能独立性，还显著增加家庭和社会的照护负担与经济成本。目前已知多种病理过程参与PSCI的发生发展，包括慢性神经炎症、血脑屏障破坏、线粒体氧化应激以及神经可塑性减退等，然而这些机制尚不能完全解释PSCI在易感性、严重程度和进展速度方面的个体差异。当前临床治疗手段仍以对症支持为主，尚无任何一种基于分子机制的干预策略在临床试验中展现出持续可靠的疗效，这使得寻找可修饰的上游驱动因素成为改善风险分层和开发靶向治疗的关键突破口。
近年来，肠道-脑轴作为解释脑卒中后认知变化的新兴概念框架受到广泛关注。肠道微生物群可通过神经、免疫、内分泌和代谢等多种途径与中枢神经系统进行双向沟通，其代谢产物如短链脂肪酸（SCFAs）、吲哚衍生物和氧化三甲胺（TMAO）已被证实能够影响神经炎症状态、血脑屏障完整性和脑能量代谢。尽管已有研究将肠道菌群改变与PSCI相关联，但现有证据大多基于16S rRNA测序技术，该方法在物种水平分辨率上存在固有局限，且功能推断能力有限。此外，多数研究仅关注单一维度的微生物组成变化或个别代谢物水平，极少有研究同时整合宏基因组功能分析、代谢组学变化和动物实验验证。因此，系统阐明PSCI中肠道微生物群–代谢物–神经炎症的功能性联系，并识别参与其中的关键菌种和代谢通路，具有重要的科学价值和临床转化意义。
**二、研究概述与意义**
研究人员整合了一个急性缺血性脑卒中临床队列（非PSCI组34例，PSCI组24例），采用宏基因组测序、非靶向及靶向代谢组学、细菌定量聚合酶链反应（qPCR）、大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠模型以及人脑来源细胞系的体外机制实验，系统解析了PSCI中的肠道微生物群–代谢物–神经炎症轴。研究首次揭示了PSCI患者中Agathobacter rectalis显著耗竭、吲哚-3-乙酸（IAA）异常蓄积以及两者与认知衰退和系统性炎症之间的紧密关联。在MCAO小鼠模型中，补充A. rectalis可有效降低循环IAA水平并显著改善空间学习与记忆能力；体外实验进一步证实IAA通过激活芳烃受体（AhR）/核因子-κB（NF-κB）信号通路直接诱导人小胶质细胞的促炎反应。该研究提出并初步验证了A. rectalis–IAA–AhR/NF-κB轴作为PSCI潜在致病机制的新模型，为基于精准微生物组学的PSCI干预策略提供了靶向特定功能菌种和代谢产物的理论依据。
**三、关键技术方法概述**
本研究采用的主要技术方法包括：对入组患者粪便样本进行鸟枪法宏基因组测序（使用Illumina NovaSeq 6000平台），并通过Kraken2结合GTDB数据库进行物种分类注释；利用超高效液相色谱-高分辨Orbitrap质谱联用技术（UHPLC-Q Exactive）对随机选取的20例参与者（每组10例）的粪便样本开展非靶向代谢组学分析；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）在全部临床样本中对IAA进行靶向定量检测；通过qPCR方法使用种属特异性引物对粪便中A. rectalis的丰度进行定量验证；动物实验采用8至10周龄雄性C57BL/6J小鼠（购自北京维通利华实验动物技术有限公司），通过线栓法建立MCAO缺血再灌注模型，并在术后给予A. rectalis（ATCC 33656）灌胃干预；体外实验使用HMC3人小胶质细胞、hCMEC/D3人脑微血管内皮细胞、SVG p12人星形胶质细胞和SH-SY5Y人神经母细胞瘤来源神经元样细胞，结合siRNA基因沉默、AhR药理学拮抗剂CH-223191、双荧光素酶报告基因系统以及核质蛋白分离与Western blot等技术进行机制验证。
**四、主要研究结果**
**4.1 PSCI患者肠道微生物群落结构改变**
两组间在年龄、性别、体重指数（BMI）、吸烟饮酒史、血压、同型半胱氨酸（Hcy）和C反应蛋白（CRP）等基线临床特征方面无显著差异，但PSCI组的蒙特利尔认知评估（MoCA）和简易精神状态检查（MMSE）评分显著降低，血清IL-6和IL-1β水平显著升高。宏基因组分析显示，两组间α多样性指数（Chao1、Richness、Shannon和Simpson）未呈现显著差异，但基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）和层次聚类分析均提示PSCI患者肠道微生物群落结构发生了明确的重组。
**4.2 PSCI患者肠道微生物群在门和种水平上的显著变化**
在门水平，PSCI组拟杆菌门（Bacteroidota）和变形菌门（Proteobacteria）显著增加，厚壁菌门（Firmicutes）显著减少。在种水平，LEfSe分析和Wilcoxon秩和检验一致显示拟杆菌属（Bacteroides sp.）和肠杆菌属（Enterobacter sp.）在PSCI组富集，而瘤胃球菌属（Ruminococcus sp.）、罗氏菌属（Roseburia sp.）等推定为保护性的菌种显著耗竭。相关性热图进一步揭示A. rectalis在非PSCI组的上方模块中占据核心位置，与Roseburia sp.等产丁酸菌呈强正相关，与PSCI富集菌种呈显著负相关。
**4.3 PSCI患者粪便代谢物谱以色氨酸代谢失调为特征**
非靶向代谢组学中，偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型显示两组代谢谱沿前两个成分明显分离（R2Y=0.983，Q2=0.492）。火山图分析鉴定出150种显著上调和82种显著下调的代谢物，京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析表明差异代谢物主要富集于色氨酸代谢通路。热图分析显示3-甲基吲哚、IAA和L-色氨酸在PSCI组中显著升高。相关性分析表明A. rectalis与认知障碍呈负相关，并与IAA水平呈负相关。
**4.4 IAA水平升高和A. rectalis丰度降低与PSCI中的认知下降和炎症相关**
靶向代谢组学及qPCR验证结果证实，PSCI患者粪便和血清IAA水平均显著升高，且A. rectalis丰度显著降低。血清及粪便IAA水平与MoCA和MMSE评分呈显著负相关，与IL-6和IL-1β呈显著正相关。经L2惩罚多变量logistic回归校正年龄、性别、教育年限、入院美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分、皮层受累、降压和降糖治疗等临床协变量后，血清IAA和粪便IAA每增加1个标准差，PSCI风险分别升高约2.95倍和2.58倍，而A. rectalis丰度每增加1个标准差则与PSCI风险降低约83%独立相关。
**4.5 A. rectalis通过降低IAA水平改善MCAO小鼠的认知障碍**
在MCAO小鼠模型中，卒中导致粪便A. rectalis丰度显著下降、血清IAA水平显著升高。给予A. rectalis灌胃干预（1×10? CFU/天，自术后第23天至第49天）后，这两项指标均被逆转。Morris水迷宫实验显示，MCAO组逃逸潜伏期改善不明显，而A. rectalis干预组逃逸潜伏期显著缩短，并在探索试验中表现出更长的目标象限停留时间和更多的平台穿越次数。同时，A. rectalis干预显著抑制了MCAO引起的海马促炎基因Il6、Il1b和Tnf表达上调，降低了Cyp1a1（AhR靶基因）表达和NF-κB活性。
**4.6 IAA回补削弱A. rectalis对MCAO小鼠的保护效应**
在A. rectalis干预基础上联合外源性IAA灌胃（50 mg/kg/天），循环IAA水平显著回升。IAA回补显著削弱了A. rectalis带来的逃逸潜伏期缩短、目标象限停留时间和平台穿越次数增加等行为学改善效果。同时，A. rectalis对海马促炎细胞因子表达和NF-κB活性的抑制作用也在IAA回补后被显著逆转，表明IAA降低是A. rectalis发挥保护效应的功能性中介环节。
**4.7 IAA激活AhR/NF-κB信号通路促进人小胶质细胞神经炎症**
在HMC3人小胶质细胞中，IAA（50、100、200 μM）处理24小时以浓度依赖方式显著增加了IL-6、IL-1β和TNF-α的分泌及mRNA表达。IAA浓度依赖性地上调了AhR典型靶基因CYP1A1的表达，并促进AhR核转位；AhR拮抗剂CH-223191（10 μM）预处理可显著减弱IAA诱导的CYP1A1表达和AhR核转位。蛋白水平分析显示，IAA增加NF-κB p65核内丰度和磷酸化p65与总p65比值，这些效应同样被CH-223191显著减弱。双荧光素酶报告基因实验证实IAA以浓度依赖方式激活NF-κB转录活性。通过siRNA沉默RELA（编码NF-κB p65亚基）后，IAA诱导的NF-κB转录活性、IL6、IL1B和TNF的mRNA表达以及相应细胞因子分泌均被显著抑制。此外，在hCMEC/D3、SVG p12和SH-SY5Y细胞中也观察到相似的应答模式。
**五、讨论与结论**
本研究通过多层级实验设计，从临床表型、宏基因组物种水平变化、代谢通路紊乱、动物功能验证到体外分子机制，较为完整地描绘了PSCI中“肠道微生物群–色氨酸代谢–神经炎症”这一功能性轴线。研究突破了既往16S rRNA测序在物种分辨率上的局限，明确了A. rectalis作为PSCI中显著耗竭的关键菌种，并将其与色氨酸代谢产物IAA的异常蓄积及下游AhR/NF-κB介导的促炎信号传导进行功能性关联。值得注意的是，AhR信号传导的作用具有高度的配体和疾病阶段依赖性，本研究在脑卒中后三个月这一慢性PSCI阶段观察到的促炎型AhR/NF-κB应答，与既往急性期研究中的发现既有呼应也有差异，不应简单外推至其他神经系统疾病或疾病阶段。
研究结论为：PSCI并非简单的微生物多样性降低，而是以肠道微生物群落结构特异性重组、A. rectalis显著耗竭和色氨酸代谢紊乱（尤其是IAA蓄积）为特征。在患者中，IAA升高与认知衰退和系统性炎症相关；在MCAO小鼠中，补充A. rectalis可降低IAA并改善认知结局；在人小胶质细胞中，IAA通过AhR/NF-κB通路诱导促炎信号。这些数据支持以特定功能菌种和代谢物为靶点的精准微生物组干预策略在PSCI中的应用前景。
