黄精多糖通过调节肠道菌群和抑制NLRP3/NF-κB通路缓解模拟失重引起的认知障碍

Polygonatum sibiricum Polysaccharides Alleviate Simulated Weightlessness-Induced Cognitive Impairment by Gut Microbiota Modulation and Suppression of NLRP3/NF-κB Pathways

作者信息Fang Chen, Muhammad Noman Khan, Mengzhou Xie, Yiwen Zhang, Liang Li, Ahsana Dar Farooq, Jixian Liu, Qinghu He, Xinmin Liu, Ning Jiang
PMID41097234
期刊Nutrients
发布时间2025-10
DOI10.3390/nu17193157

实验完整度

包含行为学测试(MWMT和PAT)、16s rRNA测序、ELISA、qRT-PCR、神经递质检测、Western blot等多层级验证,并涉及体内模型和分子机制验证。

主要模型

ICR小鼠后肢卸载(HU)模型

重点核对

动物模型:雄性ICR小鼠(4-6周龄),HU建模28天 分组与给药:六组,包括对照组、HU组、Hup组(0.1 mg/kg)、PSP 100、200、400 mg/kg组,灌胃给药 行为学测试:MWMT(5天获得期+第6天探索期)和PAT(获得期和保留期) 分子检测:海马、皮层、结肠组织的Western blot、qRT-PCR、神经递质和色氨酸代谢物检测 统计分析:单因素方差分析或重复测量双因素方差分析,LSD事后检验,p<0.05

摘要

背景/目的:黄精(PS)兼具药用和食用双重功能,在中国传统实践中有着悠久的使用历史。作为其功效成分之一,黄精多糖(PSPs)已被报道具有神经保护作用。然而,PS对模拟失重引起的认知缺陷的保护作用仍不清楚。本研究使用后肢卸载(HU)方法评估PSPs对抗模拟失重引起的认知缺陷的治疗潜力。方法:通过HU建立小鼠认知障碍模型,并给予PSP治疗四周。采用Morris水迷宫测试(MWMT)和被动回避测试(PAT)评估小鼠的认知能力,随后进行分子机制分析。结果:PSP治疗提高了小鼠的学习和记忆能力。PSP治疗部分恢复了肠道微生物多样性和组成,使其趋向有益菌群,包括乳杆菌属和厚壁菌门,同时抑制了促炎菌属,包括另枝菌属和变形杆菌属。同时,PSP上调了结肠中Claudin-5和Zonula Occludens-1(ZO-1)的水平,表明肠道屏障完整性改善,并通过抑制海马中NLRP3炎症小体活化和NF-κB磷酸化降低了神经炎症反应。它还通过增加γ-氨基丁酸(GABA)和血清素(5-HT)的水平,同时降低兴奋毒性代谢物包括谷氨酸(Glu)和3-羟基犬尿氨酸(3-HK)的水平,调节了微生物群-肠-脑(MGB)轴上的神经递质稳态。结论:这些结果表明,PSP可能通过调节肠道菌群、增强屏障功能、抑制神经免疫信号和恢复神经递质平衡,对HU诱导的认知障碍产生有益作用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
黄精多糖能否改善模拟失重(HU)诱导的认知障碍,其潜在机制是什么?
核心机制
通过调节肠道菌群(增加乳杆菌和厚壁菌门,抑制另枝菌属和变形杆菌属),增强肠道屏障(上调Claudin-5和ZO-1),抑制海马NLRP3炎症小体活化和NF-κB磷酸化,进而减轻神经炎症,并恢复MGB轴上的神经递质平衡(升高GABA和5-HT,降低Glu和3-HK)。
主要证据
HU小鼠经PSP处理后,MWMT和PAT表现改善;肠道菌群多样性和组成恢复;结肠紧密连接蛋白表达增加;海马中NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β和p-NF-κB表达降低;GABA、5-HT水平升高,Glu、3-HK水平降低。
研究意义
首次证明PSP能有效改善HU诱导的小鼠认知障碍,其机制可能涉及恢复微生物群-代谢物-神经递质轴,并抑制NF-κB/NLRP3信号通路以减轻神经炎症,为应激相关认知障碍和航天健康的应用提供了机会,但仍需更多转化和临床研究。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立HU诱导的认知障碍模型

通过后肢卸载模拟微重力,建立认知障碍模型。

雄性ICR小鼠尾部悬吊28天,建立HU模型。

2

行为学评估

评估小鼠学习和记忆能力的变化。

进行Morris水迷宫测试(MWMT)和被动回避测试(PAT)。

3

肠道菌群分析

分析HU和PSP对肠道微生物多样性和组成的影响。

收集粪便样本,提取DNA,16s rRNA V3-V4区扩增测序,进行α多样性、β多样性和LefSe分析。

4

炎症因子mRNA表达检测

评估HU和PSP对皮层、海马和结肠炎症因子表达的影响。

提取组织RNA,进行RT-qPCR检测Il1b、Tnf、Tgfb和Arg1的mRNA表达。

5

神经递质和色氨酸代谢物检测

检测HU和PSP对神经递质和色氨酸代谢物水平的影响。

利用UFLC-MS/MS检测海马、皮层、血清和结肠中GABA、Glu、E、NE、5-HT、TRP、KYNA和3-HK的水平。

6

肠道屏障和炎症通路蛋白检测

评估HU和PSP对肠道紧密连接蛋白和NLRP3/NF-κB通路的影响。

Western blot检测结肠中ZO-1、Claudin-5,海马中NLRP3、p-NF-κB/NF-κB、ASC、caspase-1、IL-1β的表达。血清ELISA检测Arg1。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
黄精多糖Yuanye Bio-TechnologyS27804
石杉碱甲Sigma-Aldrich--
Arg1 ELISA试剂盒Bioswamp BiologicalMU30384
HiPure粪便DNA提取试剂盒Magen--
TRIzon试剂CWBIO--
RIPA裂解液BeyotimeP0023A
蛋白酶和磷酸酶抑制剂SolarbioP1261
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
Beyo ECL Moon化学发光试剂盒Beyotime--
QTRAP 5500质谱仪Shimadzu Corporation--
RESTEK ultra water C18色谱柱RESTEK--
Bio-Rad CFX96实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
Nanodrop 2000分光光度计Thermo Fisher Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
小鼠品系、性别、年龄、HU持续时间、尾部悬吊方式
阅读提示:材料与方法 2.2 和 2.3
给药方案
给药剂量、给药途径、给药频率、给药时长、溶媒对照
阅读提示:材料与方法 2.2
行为学测试
水迷宫圆形池直径、平台位置、训练天数、试验时间;被动回避测试的电击持续时间、电流强度
阅读提示:材料与方法 2.4 和 2.5
分子检测
抗体稀释比、内参蛋白、组织裂解方法、RNA提取试剂、基因表达计算方法
阅读提示:材料与方法 2.9、2.10、2.11