脑出血引起的肠道菌群失调加重小鼠神经炎症

01

研究背景

● 出血性卒中是一种常见的卒中类型，预后差，死亡率高。脑出血后脑损伤包括出血、血肿引起的原发损伤和一系列病理反应引起的继发损伤。以往的研究表明，手术清除血肿可以减少肿块效应和血肿相关的脑损伤。然而，到目前为止，这种方法未能改善脑出血患者的长期功能预后。因此，寻找新的脑出血治疗靶点势在必行。以往的基础和临床研究表明，神经炎症参与ICH致脑损伤的进展。脑出血后的神经炎症是一个复杂的过程，是由细胞和分子成分介导的。先前的研究表明，T细胞在急性脑损伤后的继发性神经炎症中起决定性作用。T细胞的功能在缺血性卒中中已经得到了很好的描述，但它在脑出血中的作用还不清楚。然而，一些研究表明，促炎T细胞通过产生炎性细胞因子，促进血管通透性，加剧脑出血后的脑损伤。此外，T细胞可与小胶质细胞沟通，促进小胶质细胞分化为M1表型(促炎)，加剧ICH诱发的神经炎症。

● 有证据表明，在神经系统疾病中，肠道菌群是T细胞稳态和神经炎症的关键调节器。近年来，meta基因组学、meta转录组学和meta蛋白质基因组学的快速发展揭示了肠道微生物群与中枢神经系统(CNS)功能之间的功能关系，被称为“肠-脑轴”，已成为神经科学和神经免疫学的新兴领域。肠道菌群在许多中枢神经系统疾病中起着决定性的作用，包括阿尔茨海默病、帕金森病和缺血性卒中。最近的一项研究表明，在实验性卒中模型中，肠道微生物群的调节影响神经炎症和结果。然而，脑出血对肠道菌群组成的影响以及脑损伤特异性菌群改变对神经炎症和脑损伤后结果的影响仍不清楚。因此，本研究旨在探讨脑出血后肠道菌群的改变及其在脑出血诱导的神经炎症反应调控中的作用。

本研究发现肠道微生物菌群失调是由脑出血引起的。反过来，肠道微生物群的不稳定会导致T细胞稳态的改变、促炎反应的诱导和结局的恶化。粪便菌群移植(FMT)与改善出血后的失调与神经行为功能和改善神经炎症相关。

九。

02

研究方法

● 略

03

研究结果

●脑出血诱发肠道菌群失调

脑出血致脑损伤，胃肠道功能受损，肠道通透性增加

脑出血后T细胞类型的变化

脑出血后T细胞从肠向脑迁移

粪便菌群移植可减少脑出血后神经炎症

肠道蠕动变化与肠道菌群失调的关系

脑出血后频繁粪便菌群移植恢复肠道完整性

图1 |小鼠脑出血后肠道菌群变化

图2 |脑出血后胃肠道功能障碍

图3脑出血后T细胞在脑内的聚集

图4脑出血后淋巴细胞从肠向脑转移

图5 健康的粪便微生物组移植可减少脑出血后的神经炎症

图6 移植健康的粪便微生物组可改善脑出血后的神经行为

图7 肠麻痹后肠道运动功能障碍及肠道菌群组成变化

图8 移植健康的粪便微生物组可改善脑出血后的肠道完整性

04

讨论

●在这项研究中发现肠道菌群在ICH诱导的小鼠神经炎症中发挥重要作用。首先，本文证明脑出血可诱发肠道菌群失调，这一结果与之前其他急性中枢神经系统损伤的研究一致。其次，还发现了明显的ICH诱导的胃肠道结构和功能变化。第三，发现脑出血后T细胞发生了动态变化，在脑出血的急性期，发现肠淋巴细胞浸润到血肿周围区域。第四，将正常菌群移植到ICH小鼠体内可改善神经预后，这与ICH诱导的神经炎症减轻有关。此外，FMT治疗可减少脑出血后肠屏障损伤。因此，可以得出结论，肠道菌群是脑出血后神经炎症调节的关键因素，调节肠道菌群的组成可能是脑出血的治疗靶点。最近的研究表明，肠道微生物群参与了急性和慢性神经系统疾病的免疫和炎症反应的调节。例如，脊髓损伤会增加肠道通透性和肠道细菌改变，并加剧神经损伤。在缺血性脑卒中模型中，大面积脑卒中损伤会导致肠道菌群失调。反过来，肠道菌群失调影响免疫稳态，导致促炎反应，导致神经卒中预后恶化。帕金森病患者肠道菌群失调明显，导致促炎细胞因子产生增多，抗炎细菌减少。因此，肠道菌群失调可能与帕金森病的状态和进展有关。在阿尔茨海默症小鼠模型中，肠道菌群失衡促进外周免疫细胞渗入脑实质并增强小胶质细胞的激活，导致认知能力下降和淀粉样蛋白β累积。然而，目前对ICH诱导的脑损伤中肠道菌群的变化知之甚少。

● 因此，本研究使用小鼠ICH模型来探索肠道菌群的变化。研究结果表明，脑出血显著改变肠道微生物群的组成。菌群物种多样性明显降低，肠道细菌发生改变。既往研究表明，脑出血患者有明显的肠道功能障碍。本研究结果也提示ICH可以降低小鼠的胃肠动力和增加肠道通透性，也会改变肠道结构。

既往研究表明，复杂的免疫和神经炎症级联反应是脑出血后脑损伤的关键因素。脑出血诱导炎症细胞的激活和细胞因子的释放，两者都加剧了神经炎症并影响预后。脑出血引起的神经炎症参与了许多细胞和分子过程。细胞成分包括小胶质细胞、星形胶质细胞、巨噬细胞和T细胞。在健康人的大脑中只有很少的T细胞。结果显示，脑出血后1、3和14天，出血性半球的CD4C T细胞、CD8C T细胞和调节性T淋巴细胞(Tregs)均增加。

南。

● 先前的研究表明，肠道微生物失调可通过改变T细胞稳态而加剧缺血性卒中的神经炎症。恢复肠道微生物稳态可能对疾病的治疗有好处。然而，肠道菌群是否通过T细胞调节脑出血后的神经炎症仍不清楚。考虑到肠道菌群在神经炎症调节中的重要作用，假设肠道菌群是脑出血后神经炎症的重要调节因子。结果表明，肠道微生物菌群失调是影响ICH诱导的神经炎症的关键因素，从而影响ICH小鼠的神经结局。将健康的粪便菌群移植到ICH小鼠后所观察到的改善的神经结果清楚地证明了肠道菌群失调和神经炎症变化之间的因果关系。但其作用机制仍需进一步研究。

虽然该研究证明恢复肠道微生物稳态可以减轻神经炎症，并改善雄性小鼠脑出血模型的结果，但该研究有几个局限性。首先，没有阐明肠道菌群变化与ICH诱导的大脑免疫反应的机制。需要进一步的研究来阐明肠道微生物群与神经炎症的作用机制。其次，只探索了雄性小鼠肠道菌群的影响。第三，年龄是影响肠道微生物群和许多中枢神经系统疾病功能结局的重要因素。然而，本研究中，只关注了年轻小鼠肠道菌群的作用。

九。

05

结论

●研究结果表明，脑出血后显著的肠道菌群失调通过影响T细胞稳态而促进神经炎症。此外，ICH小鼠健康菌群的FMT可减轻神经炎症损伤，改善神经预后。因此，恢复肠道菌群稳态可能会减少ICH诱导的脑损伤。

朱侗明

博士，复旦大学附属华山医院神经外科主治医师，博士期间师从朱剑虹教授进行神经再生及干细胞研究，目前为神经外科急救及神经重症团队成员

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