1.研究背景
孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)在临床上具有高度异质性(个体差异大)。研究发现,大部分ASD患者存在胃肠道症状和炎症,包括腹泻、便秘和腹痛等,且其严重程度与ASD核心症状严重程度呈正相关关系,用益生菌干预和菌群移植等方法可以有效改善ASD儿童的胃肠道症状和部分核心症状。
文献表明,花青素可以降低小鼠结肠炎的严重程度,并缓解小胶质细胞驱动的神经炎症,在体外和体内疾病模型中已证实可治疗某些神经系统疾病。
2.研究方法
构建丙戊酸(VPA)小鼠模型,给怀孕的BALB/c雌性小鼠在妊娠第12.5天皮下注射VPA(500 mg/kg)或生理盐水,雄性后代小鼠口服富含花青素的提取物(ARE,30 mg/kg/d)或安慰剂,持续21天后,进行相关行为学实验和生化指标分析。
3.研究结果
(1) 花青素提取物ARE可改善VPA子代小鼠的社交障碍和重复行为
三箱实验中,与对照组相比(C组),VPA子代小鼠(VPA组)与陌生小鼠(Stranger 1)的社交互动时间降低,表现出社交能力缺陷;
经ARE治疗后(VPA+ARE组),小鼠社交能力得到改善,且在社交阶段的总互动时间增加。
与对照组相比(C组),VPA子代小鼠(VPA组)与陌生小鼠(Stranger 2)的社交倾向性降低,总互动时间降低;
经ARE治疗后(VPA+ARE组),小鼠社交倾向性所有提高,且总互动时间增加。
在重复刻板行为方面,VPA子代小鼠(VPA组)表现出明显症状,包括在笼子中的挖掘回合数增加和垂直探索(直立)时间减少等;
经ARE治疗后(VPA+ARE组),VPA子代小鼠的重复行为得到明显缓解,垂直探索时间显著增加,但挖掘回合数与对照组(C组)无明显差异。
(2) 花青素提取物ARE降低VPA子代小鼠的神经炎症
研究通过观察小胶质细胞的形态变化,检测其活化标志物的mRNA水平,以评估ARE对神经炎症的影响。
研究发现,在VPA子代小鼠(VPA组)中,小胶质细胞活化标志物IL-1β、TNF-α、IL-6和CD11b等的mRNA水平显著上升,
而经ARE治疗后(VPA+ARE组),其mRNA水平显著下调。
通过共聚焦显微镜检测其形态学发现,在VPA子代小鼠(VPA组)中观察到明显活化的小胶质细胞,去边缘化且呈现短而大的树突;
经ARE治疗后(VPA+ARE组),小胶质细胞的总丝长度、总丝分支数和总丝体积都明显增加,表明ARE促进小胶质细胞向静息状态过渡。
(3) 花青素提取物ARE降低VPA子代小鼠的肠道炎症并调节肠道菌群组成
与对照组相比(C组),VPA子代小鼠(VPA组)肠道内COX-2、IL-1β、TNF-α和IL-6等炎症标志物的mRNA水平显著上升;
经ARE治疗后(VPA+ARE组),其mRNA水平显著下调。
检测其肠道菌群发现,VPA子代小鼠(VPA组)肠道内梭菌属的丰度上升,而乳杆菌属的丰度降低;
而ARE能增加乳杆菌属的丰度并降低梭菌属的丰度,调节肠道菌群的组成。
(4) 花青素提取物ARE促进VPA子代小鼠产生5-羟色胺
比较VPA子代小鼠(VPA组)与ARE治疗小鼠(VPA+ARE组)的5-羟色胺水平发现,
ARE治疗可以促进VPA子代小鼠前额叶皮层和肠道(回肠和结肠)产生5-羟色胺,且在前额叶皮层中更为显著。
与VPA子代小鼠相比(VPA组),经治疗后的小鼠回肠、绒毛和隐窝中能产生5-羟色胺的细胞数增加。
(5) 花青素提取物ARE降低VPA子代小鼠的突触修剪失调
小胶质细胞在消除过度突触、促进大脑正常发育方面起着重要作用,突触修剪功能障碍与社会行为的受损有关。
研究发现,VPA子代小鼠PSD95/VGLUT(参与兴奋性突触传递的关键蛋白)的共定位显著增加,表明VPA子代小鼠的突触修剪功能受损;
而ARE治疗可以有效降低VPA子代小鼠的过度突触,改善突触修剪受损现象。
4.研究结论
花青素治疗能够降低VPA子代小鼠的孤独症样行为,同时减轻神经炎症和肠道炎症,调节肠道菌群组成,提高大脑前额叶皮层和肠道中的5-羟色胺水平,并缓解VPA子代小鼠的突触功能障碍。
花青素通过调节菌群-肠-脑轴改善孤独症样行为,可能是孤独症干预的潜在方法。
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