腸-腦軸新機(jī)制！Gut：隔日禁食通過菌群代謝物調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞，逆轉(zhuǎn)肥胖相關(guān)認(rèn)知衰退
肥胖已被確立為認(rèn)知功能障礙及阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素，且其致病機(jī)制與全身低度慢性炎癥和腸道菌群失衡密切相關(guān)。近年來，腸-腦軸的研究揭示，腸道微生物及其代謝物直接參與腦功能調(diào)控，特別是影響腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的活性。而小膠質(zhì)細(xì)胞作為腦內(nèi)固有免疫細(xì)胞，承擔(dān)神經(jīng)保護(hù)及炎癥調(diào)節(jié)功能，其功能異常被認(rèn)為加速神經(jīng)退行性進(jìn)程。盡管生酮飲食及禁食型飲食模式已被證明對代謝綜合征具有積極效果，但其對腸道菌群及腦免疫細(xì)胞的具體調(diào)節(jié)作用尚未明確。
近期，發(fā)表于權(quán)威期刊Gut上的一項(xiàng)研究，報(bào)告了一個(gè)涵蓋96名肥胖個(gè)體的臨床隨機(jī)對照研究，評估了不同膳食干預(yù)（地中海飲食、隔日禁食、和生酮飲食）對腸道菌群組成、認(rèn)知功能及小膠質(zhì)細(xì)胞免疫狀態(tài)的影響。通過人類血液和糞便樣本的多組學(xué)分析結(jié)合小鼠糞便移植模型，闡明了腸道微生物生態(tài)受飲食干預(yù)調(diào)控后，如何通過腸-腦軸調(diào)節(jié)腦免疫細(xì)胞（小膠質(zhì)細(xì)胞）功能，進(jìn)而改善肥胖相關(guān)的認(rèn)知衰退。
本研究為期3個(gè)月，招募96名年齡在18-65歲、體質(zhì)指數(shù)(BMI)30-45 kg/m2的肥胖受試者，隨機(jī)分配至地中海飲食(Med, n=32)、隔日禁食(ADF, n=32)及生酮飲食(Keto, n=32)三組。各組膳食均為低熱量干預(yù)，區(qū)別在于酮體生成模式。定期采集血漿及糞便樣本，結(jié)合神經(jīng)認(rèn)知測試（Stroop測試、字母數(shù)字工作記憶測試及Trail Making測試）評估認(rèn)知表現(xiàn)。利用16S rRNA測序分析腸道菌群組成，抑制性效應(yīng)分析及PICRUSt預(yù)測菌群功能。培養(yǎng)受試者外周血單核細(xì)胞分化成小膠質(zhì)樣細(xì)胞（MDMi），通過菌群源外泌體體外刺激，評估小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬、遷移及促炎因子釋放能力。分別用高脂飲食誘導(dǎo)肥胖（DIO）小鼠模型，結(jié)合體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)解析代謝物介導(dǎo)的腸-腦軸效應(yīng)。糞便移植實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證人類腸道菌群變化對小鼠認(rèn)知與腦免疫功能的影響。
關(guān)鍵結(jié)果解讀
1. 體重與認(rèn)知功能改善
受試者經(jīng)過3個(gè)月干預(yù)，Keto和ADF組均顯著降低體重和BMI；其中Keto減重效果最顯著，但ADF組基線代謝率最高。認(rèn)知測試中，ADF組Stroop干擾抑制表現(xiàn)優(yōu)于其他組，指示禁食飲食能更有效提升執(zhí)行控制能力。字母數(shù)字測試（工作記憶）ADF和Keto同樣提升，然而ADF在Trail Making A測試中表現(xiàn)更佳，提示視覺-空間注意力的改善。此表明禁食飲食對多維認(rèn)知優(yōu)勢更為突出。
2. 腸道菌群的特異性變化及其與認(rèn)知相關(guān)性
16S rRNA測序顯示，禁食干預(yù)（ADF）獨(dú)特地減少了Romboutsia、Dorea等菌屬，同時(shí)富集Leuconostoc和Victivallis等菌群。Keto組特色為Klebsiella等減少，Actinomyces等增加。Med飲食促進(jìn)Akkermansia、Pseudoflavonifractor等。菌群豐度變化與認(rèn)知測試結(jié)果呈顯著相關(guān)，如Agathobacter與Trail Making B測試正相關(guān)，Bilophila與Stroop表現(xiàn)正相關(guān)，Dorea與Trail Making B負(fù)相關(guān)。功能預(yù)測顯示，Keto干預(yù)影響多條芳香族代謝通路，而ADF則富集氨基酸生物合成相關(guān)途徑。
3. ADF減少系統(tǒng)性炎癥，改善小膠質(zhì)細(xì)胞功能
血清指標(biāo)表明，ADF組顯著降低促炎細(xì)胞因子Ferritin和MCP-1水平，顯示較強(qiáng)抗炎效果。MDMi細(xì)胞來源于受試者血液，經(jīng)ADF后表現(xiàn)出吞噬粒子能力增強(qiáng)，氧化應(yīng)激降低，遷移速度和距離增加，傷口愈合能力亦優(yōu)化，提示小膠質(zhì)細(xì)胞功能恢復(fù)。這一微環(huán)境改善與ADF群體認(rèn)知優(yōu)勢緊密相關(guān)。
4. 腸道微生物外泌體對小膠質(zhì)細(xì)胞的影響
將肥胖組糞便來源外泌體短期（1h）和長期（24h）作用于正常健康志愿者M(jìn)DMi細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)短時(shí)刺激提升吞噬能力及氧化應(yīng)激，長期刺激導(dǎo)致吞噬功能喪失并引發(fā)促炎因子大量分泌（TNF-α、IL-6、IL-1β），伴隨TREM2表達(dá)顯著下調(diào)，提示慢性微環(huán)境中小膠質(zhì)細(xì)胞過激活并功能障礙。該結(jié)果闡明肥胖相關(guān)菌群代謝物長期暴露對腦免疫監(jiān)控系統(tǒng)的擾動機(jī)制。
5. 外源酮體補(bǔ)充對肥胖小鼠的影響有限
高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠以水飲方式補(bǔ)充β-羥丁酸（BHB），雖然體重顯著下降，但認(rèn)知能力和小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥狀態(tài)無明顯改善，顯示純酮體補(bǔ)充不足以復(fù)制ADF人群的全面益處。相關(guān)菌群分析顯示補(bǔ)充組菌群部分變化與人類Med及Keto組相似，但不及ADF組豐富。
6. 糞便移植顯示ADF相關(guān)腸道菌群改善認(rèn)知及腦炎癥
健康小鼠接受人類肥胖組與ADF組糞便移植后，ADF受體小鼠在短期和長期記憶測試中表現(xiàn)優(yōu)異，并伴有海馬區(qū)神經(jīng)元激活標(biāo)志物cFos和Arc顯著增加。其海馬區(qū)域IL-6和IL-1β水平降低，小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目及活化度下降，顯示神經(jīng)炎癥緩解。此外，ADF移植使小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)更為多分支纖細(xì)、體積減小，炎癥狀態(tài)改善。小膠質(zhì)細(xì)胞啟動糖酵解途徑（PFKFB3）表達(dá)減少，審閱吞噬活性（CD68+Synaptophysin結(jié)合）增強(qiáng)，細(xì)胞衰老標(biāo)記( p16 )降低，增殖指標(biāo)(Ki67)上升，揭示微生物調(diào)控腦免疫代謝和細(xì)胞再生平衡。
7. ADF改造腸道菌群分泌代謝物促進(jìn)腦保護(hù)
代謝組分析顯示ADF干預(yù)后腸道菌群外泌體中多種維生素及神經(jīng)遞質(zhì)前體增加，包括核黃素（維生素B2）、瓜氨酸、色氨酸、甘氨酸-亮氨酸、蘇氨酸-異亮氨酸等。這些代謝物均與腦能量代謝提升及抗炎作用密切相關(guān)，尤其核黃素已被證實(shí)能抑制微膠質(zhì)細(xì)胞NLRP3炎癥體活化，促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)。
研究意義
本研究系統(tǒng)闡述了不同減脂飲食對于肥胖相關(guān)認(rèn)知障礙的影響，突出了隔日禁食作為一種非藥物介入策略在改善腸道菌群結(jié)構(gòu)和抑制慢性炎癥中的獨(dú)特優(yōu)勢。通過多層次生物樣本及動物模型數(shù)據(jù)，揭示了腸-腦軸中的關(guān)鍵角色——小膠質(zhì)細(xì)胞免疫狀態(tài)的動態(tài)調(diào)控，強(qiáng)調(diào)了微生物代謝產(chǎn)物（如核黃素）在膠質(zhì)細(xì)胞代謝重塑和認(rèn)知改善中的潛力。研究不僅豐富了肥胖神經(jīng)炎癥機(jī)制認(rèn)知，也為臨床設(shè)計(jì)針對腸道菌群的精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)、預(yù)防及治療肥胖相關(guān)認(rèn)知障礙提供理論支持。值得關(guān)注的是，單純酮體補(bǔ)充雖減輕體重，但對認(rèn)知改善效果有限，提示綜合調(diào)控菌群生態(tài)和代謝信號更為關(guān)鍵。未來研究可進(jìn)一步探究腸道菌群組成特異性菌株及其代謝產(chǎn)物如何精準(zhǔn)調(diào)控神經(jīng)免疫網(wǎng)絡(luò)，拓展精準(zhǔn)營養(yǎng)及微生態(tài)治療肥胖并發(fā)神經(jīng)退行性的臨床應(yīng)用。