科研 | 膳食盐通过肠道启动的TH17反应促进神经血管和认知功能障碍
高盐饮食(HSD)与脑血管疾病和痴呆的风险增加有关，但饮食盐如何伤害大脑尚不清楚。本研究主要探究高盐饮食对小鼠内皮功能和认知功能的影响及机理。
原名：Dietary salt promotes neurovascular and cognitive dysfunction through a gut-initiated TH17 response
译名：膳食盐通过肠道启动的TH17反应促进神经血管和认知功能障碍
期刊：Nature Neuroscience
IF：17.839
发表时间：2018年
通信作者：Costantino Iadecola
通信作者单位：威尔康奈尔医学院(美国)
1、HSD减少静息脑血流量(CBF)并诱导内皮功能障碍，恢复正常饮食可逆转效应
HSD没有增加动脉血压(图1a)，但诱导了脑皮层和海马区中的静息CBF的增加(图1b)。乙酰胆碱(ACh)作用下的局部CBF增加反应减少了35%(图1c)。此外，静息NO和ACh作用下NO的增加明显减少了(图1f)。刺激晶须诱发的体感皮层中CBF增加反应在第4和第8周时没有减少，但在12和24周时有下降的趋势，但不显著(图1d)。这些结果都表明HSD主要抑制了对ACh的内皮依赖性反应。
接下来，通过回归到正常饮食来检测HSD对血管与神经的影响是否可以逆转。结果表明正常饮食可修复静息CBF和对ACh的脑血管反应，没有改变平均动脉血压(图1e)。
总之，结果表明HSD损害内皮细胞产生NO的能力，导致脑灌注不足和内皮依赖性反应的减弱，这些反应可通过恢复正常饮食来逆转。
图1 HSD减少静息CBF并诱导内皮功能障碍，通过恢复正常饮食逆转这种影响
2、HSD诱导认知功能障碍
为了探究由HSD诱导的神经与血管功能性障碍是否导致认知障碍，本研究共进行了三个试验：新物体识别、迷宫测试及筑巢行为测试。
结果表明HSD对小鼠识别物体的总时间没有影响，但HSD小鼠识别新物体和熟悉的物体花费的时间相同，这表明HSD小鼠不能识别新物体，尤其是在12周之后结果是显著的(图2a)。在识别新物体试验中，恢复正常饮食与表现正常化有关(图2b)。
在3天的迷宫测试中，两组小鼠都学习找到了逃生孔。但是，当逃生孔转移到相反的象限时，在测试的最后一天，HSD小鼠的主潜伏时间和行进距离明显更长(图2c)，这表明HSD小鼠的空间记忆有缺陷。
在筑巢行为试验中，HSD小鼠使用的筑巢材料的数量明显减少，这表明HSD对这种行为的破坏(图2d)。
总之，神经血管的改变最终导致多个认知领域的认知障碍。
图2 HSD诱导认知功能障碍
3、NO前体L-精氨酸可逆转HSD导致的神经血管和认知功能障碍
L-精氨酸没有影响MAP和静息血管反应，但它完全逆转了由HSD引起的脑内皮功能障碍和认知缺陷(图3a和b)。这表明内皮细胞和认知功能的改善与内皮NO相关（图3c）。
图3 NO前体L-精氨酸逆转HSD的神经血管和认知功能障碍
4、HSD增加内皮一氧化氮合成酶（eNOS）磷酸化的抑制性
结果表明HSD对eNOS抑制性位点Ser没有影响，但增强了eNOS抑制性位点Thr的磷酸化(图4a和b)。
图4 HSD增加抑制性eNOS磷酸化
5、HSD诱导小肠中TH17的分化并增加了血浆IL-17的浓度
结果发现在远端小肠的肠道固有层中IL-17+细胞积聚(图5a和b)。通过流式细胞仪分析这些细胞为TH17淋巴细胞(图5c和d)，因为也产生IL-17的IL-17+γδ细胞没有增加(图5e)。此外，肠道CD4+FoxP3+调节T细胞明显减少但Th1细胞没有变化(图5f)。在淋巴结和脾脏中也观察到TH17细胞的小幅增加，但在血液中没有变化(图5g)。Il17a mRNA水平在远端小肠中也显著增加(图5h)，在血液，淋巴结或脾脏中未观察到编码IL-17的mRNA的显着变化(图5i)。HSD也增加了血浆IL-17的浓度，其在8周时首次观察到并且在24周时仍然升高(图5j)。
图5 HSD诱导小肠中的TH17分化并增加IL-17血浆水平
6、在缺乏IL-17或淋巴细胞的小鼠中没有发现HSD导致的神经血管和认知功能
测定缺乏IL17a的HSD小鼠的认知功能和CBF反应，结果表明在这些小鼠中，肠道Il17a mRNA水平和血浆IL-17A水平低于检测水平(图6a和b)，并且对ACh的反应的衰减有所改善(图6c)。这些结果都和eNOS抑制性磷酸化的正常化和识别新物体试验中表现改善相关(图6d和e)。
为了进一步确定淋巴细胞是IL-17的来源，我们研究了缺乏淋巴细胞的HSD小鼠。结果表明在这些小鼠中，HSD没有增加肠道Il17a mRNA水平和血浆IL-17A水平(图6f和g)，并且ACh介导的CBF反应的抑制、eNOS抑制性磷酸化的增加和认知功能的损坏没有被观察到(图6h-j)。
总之，这些结果表明由TH17淋巴细胞在与HSD相关的神经血管和认知功能障碍中产生IL-17。
图6 在缺乏IL-17或淋巴细胞的小鼠中未观察到HSD的神经血管和认知作用
7、HSD对神经血管和认知功能的作用可通过IL-17中和抗体阻止，并能通过重组IL-17在正常饮食的小鼠中复制
结果表明IL-17中和抗体阻止eNOS抑制性磷酸化并改善由HSD诱导的内皮功能障碍和认知缺陷(图7a-c)。相反地，在正常饮食的小鼠中，全身施用外源性IL-17使血浆IL-17增加至与HSD相同的水平，结果表明正常小鼠重现与HSD相关的内皮功能障碍，eNOS磷酸化和认知功能障碍(图7d-f)。
图7 HSD对神经血管和认知功能的作用可通过IL-17中和抗体阻止，并能通过重组IL-17在正常饮食的小鼠中复制
8、IL-17诱导抑制性eNOS磷酸化的Rho激酶（ROCK）依赖性增加并抑制内皮NO产生
为了提供循环IL-17的内皮效应的进一步证据，我们将小鼠脑内皮细胞暴露于IL-17并评估eNOS磷酸化和NO产生。结果表明IL-17诱导的eNOS抑制性磷酸化与NO产生的减少和抑制ACh产生NO增加的相关(图8a-c)。ROCK是抑制eNOS磷酸化的主要激酶之一，结果表明ROCK抑制剂Y27632阻止IL-17诱导的eNOS磷酸化并且减弱由ACh诱导的NO增加(图8a-c)。参与eNOS磷酸化的其他激酶(PKC，Erk)的抑制不能抵消IL-17对ACh诱导的NO产生的影响(图8c)。
9、ROCK抑制剂改善了HSD的神经血管和认知功能障碍
结果表明ROCK抑制剂阻止了eNOS磷酸化、减少了ACh作用下的CBF并改善了由HSD诱导的行为功能障碍(图8d-h)。
图8 IL-17通过ROCK抑制NO产生，并且ROCK抑制改善HSD的神经血管和认知功能障碍
总之，本研究证明HSD在肠道中诱导TH17反应，导致循环IL-17的增加，其反过来作用于脑内皮细胞以抑制内皮NO产生，导致脑灌注和认知功能障碍的减少。
本研究主要探究了高盐饮食对神经与血管和认知功能的影响，也证明了高盐饮食的害处，但恢复正常饮食可逆转这种影响。希望大家也可以多注意饮食！
本文由董小橙编译，董小橙、江舜尧编辑。