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背景:创伤性脑损伤（Traumatic brain injury,TBI）是神经外科常见疾病,给人类健康带来严重威胁。它不仅导致脑组织本身损伤,而且还会导致其他器官功能损害。近年来对微生物-肠-脑轴（Microbiome-Gut-Brain Axis）的研究逐渐增多,关注点更多聚焦于定植在肠道的微生物群体,研究证实包括阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease,AD）、帕金森疾病（Parkinson’s Disease,PD）在内的中枢神经系统疾病会导致肠道菌群失调,纠正肠道菌群失调能到达治疗这类疾病的目的,基于此,本研究以雄性Sprague Dawley大鼠（SD rats）为研究对象,建立大鼠TBI模型,通过16s RNA,神经行为学测试,代谢组学等手段探究肠道菌群在TBI病理生理过程中所发挥的作用及其机制。第一部分正常菌群移植对TBI大鼠的神经保护作用目的:探索大鼠TBI后肠道菌群变化情况以及正常菌群移植对TBI大鼠神经功能恢复的影响,探讨正常菌群移植治疗TBI的可能性。方法:实验一TBI大鼠的肠道菌群变化SD雄性大鼠50只随机分为五组:假手术（Sham）组（n=10）;脑创伤（TBI）组（n=10）;安慰剂（TBI+saline）组（n=10）;正常菌群移植（TBI+FMT）组（n=10）;菌群供体（donor）组（n=10）。采用控制性皮质损伤（controlled cortical impact,CCI）方法建立TBI大鼠模型,TBI后,经肛予以正常菌群移植,连续七天。收集各组大鼠伤前一天,和伤后第八天的粪便标本,通过16s RNA方法评估各组肠道菌群差异。实验二:TBI大鼠的肠道菌群对大鼠神经行为的影响SD雄性大鼠52只随机分为四组:模型（TBI）组（n=10）,正常（Noraml）组（n=14）;抗生素（ABX）组（n=14）;移植TBI菌群(ABX+FMT（TBI）)组（n=14）。通过抗生素鸡尾酒方法消除肠道菌群后,予以移植TBI大鼠第八天的肠道菌群,连续三天后,进行水迷宫实验（Morris water maze,MWM）,高架十字（Elevated plus maze,EPM）,旷场实验（Open field test,OFT）以及强迫游泳（Forced swim test,FST）,检测TBI大鼠的肠道菌群对大鼠神经行为的影响。实验三正常菌群移植对TBI大鼠神经功能恢复的作用SD雄性大鼠84只随机分为四组:假手术（Sham）组（n=21）;脑创伤（TBI）组（n=21）;安慰剂（TBI+saline）组（n=21）;正常菌群移植（TBI+FMT）组（n=21）;建立TBI模型后,每天经肛予以正常菌群移植,采用神经损伤严重程度评分（modified neurological severity scores,mNSS）和水迷宫实验（Morris water maze,MWM）,高架十字实验（Elevated plus maze,EPM）,旷场实验（Open field test,OFT）以及强迫游泳实验（Forced swim test,FST）验证移植正常菌群对TBI大鼠的神经功能恢复的影响。实验四正常菌群移植对TBI大鼠神经元和血脑屏障的影响SD雄性大鼠80只随机分为四组:假手术（Sham）组（n=20）;脑创伤（TBI）组（n=20）;安慰剂（TBI+saline）组（n=20）;正常菌群移植（TBI+FMT）组（n=20）;建立大鼠TBI模型后,经肛予以正常菌群移植,收集伤后第八天脑组织标本,测量脑含水量和伊文思蓝渗透率（Evans Blus,EB）,通过Western blot实验检测凋亡相关蛋白Cleave caspase-3,Bax,Bcl-2以及紧密连接蛋白Zo-1,Occlaudin,Claudin-5的表达,Tunel实验检测伤侧周围凋亡细胞数量,免疫荧光检测伤侧脑组织神经元数量和EB的渗透率,探索正常菌群移植对血脑屏障,凋亡和神经元的影响。结果实验一:各组大鼠在伤前肠道菌群多样性和结构无差异,排除了各组大鼠的肠道菌群生物学个体差异对结果的影响。伤后第八天,与Sham组相比,TBI组出现菌群失调,表现为Alpha和Beta多样性改变,以及菌群在phylum,family和genus水平的结构变化;而TBI和TBI+saline组间菌群结构具有一致性。移植正常菌群后,TBI大鼠的肠道菌群失调得到有效挽救。实验二:在水迷宫实验中（MWM）,相比Nromal和ABX组大鼠,ABX+FMT（TBI）组大鼠找到平台所用时间和游泳距离无差异,但在最后一天的探针实验中,ABX+FMT（TBI）组在平台象限时间减少;在高架十字（EPM）实验中,相比Normal和ABX组,ABX+FMT（TBI）组开放臂进入时间和次数减少;在旷场实验（OFT）中,相比Normal和ABX组,ABX+FMT（TBI）组中心区域进入时间减少。在强迫游泳（FST）实验中,ABX和ABX+FMT（TBI）组大鼠不动时间比Normal组增加,而两组组间,不动时间无差异。实验三:与Sham组相比,在TBI后1,3,7,14,21天,TBI大鼠mNSS评分明显增加;而TBI和TBI+saline组组间无差异;在TBI后第3,7,14,21天,与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组,mNSS评分明显降低;在水迷宫实验中（MWM）,TBI和TBI+saline组大鼠在寻找到平台所用时间和游泳距离无差异,但比Sham组大鼠明显增加,与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组大鼠找到平台的所用时间和距离明显减少,在最后一天的探针实验中,TBI+FMT组在平台象限时间相比TBI和TBI+saline组明显增加,而TBI和TBI+saline组组间无差异;在高架十字（EPM）实验中,TBI和TBI+saline组开放臂进入时间和次数无差异,比Sham组明显减少,与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组进入开放臂的时间和次数明显增加;在旷场实验（OFT）中,TBI和TBI+saline组中心区域进入时间无差异,比Sham组明显减少,与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组进入中心区域的时间明显增加;在强迫游泳（FST）中,TBI,TBI+saline,TBI+FMT组大鼠不动时间比Sham组增加,而三组组间不动时间无差异。实验四:与Sham组相比,TBI和TBI+saline组,创伤周围脑组织Cleaved-caspase3和Bax的蛋白表达增加;伤灶周围细胞凋亡数量增加,海马和皮质神经元存活数量减少,而TBI和TBI+saline组间无差异;与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组创伤周围脑组织,Cleaved-caspase3,和Bax的表达减少,Bcl-2表达增加;伤灶组织周围细胞凋亡数量减少,海马和皮质神经元存活数量增加;与Sham组相比,TBI和TBI+saline组伤侧脑半球脑含水量增,EB的渗透率增加,Zo-1,Occlaudin和Claudin-5表达减少,而TBI和TBI+saline组组间无差异;与TBI和TBI+saline组相比,TBI+FMT组伤侧脑半球含水量减少,EB的渗透率减少,Zo-1,Occlaudin和Claudin-5表达增加。结论TBI将导致大鼠肠道菌群失调,而这种菌群失调能引起大鼠空间记忆能力下降和焦虑样行为;通过移植正常菌群,纠正肠道菌群失调后能显著改善TBI大鼠神经功能,促进空间学习和记忆功能恢复,减少焦虑样行为,促进TBI后神经元存活,减少伤灶周围凋亡的发生,并促进BBB完整性的恢复。第二部分肠道菌群影响TBI大鼠继发性脑损伤的机制研究目的:探究TBI大鼠的肠道菌群对TBI病理生理过程的影响。方法:实验一正常菌群移植对血清和脑组织代谢物质的影响SD雄性大鼠45只随机分为三组:假手术（Sham）组（n=15）;安慰剂（TBI+saline）组（n=15）;正常菌群移植（TBI+FMT）组（n=15）;建立大鼠TBI模型后,经肛予以正常菌群移植,收集伤后第八天,粪便,血清,脑组织标本通过非靶向代谢组学,靶向代谢组学,酶联免疫吸附实验（ELISA）探索因正常菌群移植而变化的代谢信号分子。实验二TBI大鼠的肠道菌群影响脑组织的分子机制研究SD雄性大鼠随机分为两个部分,第一部分分为:Sham组（n=25）,脑创伤（TBI）组（n=10）,安慰剂（TBI+saline）组（n=25）;正常菌群移植（TBI+FMT）组（n=25）;DMB（3-3-二甲基-1-丁醇）干预（TBI+DMB）组（n=25）;第二部分首先通过抗生素预处理耗竭肠道菌群后,移植TBI大鼠第八天的肠道菌群,分为:正常（Noraml）组（n=18）;抗生素（ABX）组（n=18）;移植TBI菌群(ABX+FMT（TBI）)组（n=18）和DMB处理(ABX+FMT（TBI）+DMB)组（n=18）。通过mNSS评分,水迷宫（MWM）以及高架十字（Elevated plus maze,EPM）,旷场实验（Open field test,OFT）进一步探索TBI后肠道菌群是否通过筛选代谢分子对大鼠神经行为产生影响,并进一步通过实验检测氧化应激指标,FoxO3a和MsrA蛋白的表达。结果实验一:相比Sham组,TBI+saline组粪便三甲胺（TMA）浓度,血清和脑组织氧化三甲胺（TMAO）浓度增加;而相比TBI+saline组,TBI+FMT组,粪便TMA浓度,血清和脑组织TMAO的浓度降低;三组粪便中,甜菜碱、肌酐、胆碱、肉碱的浓度无差异。实验二:与TBI+saline组相比,TBI+FMT和TBI+DMB,mNSS评分明显降低;在水迷宫实验中（MWM）,与TBI+saline组相比,TBI+FMT和TBI+DMB组找到平台的所用时间和游泳距离明显减少,在最后一天的探针实验中,TBI+FMT和TBI+DMB相比TBI+saline组,在平台象限的时间明显增加,而相比TBI+DMB组,TBI+FMT组平台象限时间更长。在高架十字（EPM）实验中,与TBI+saline组相比,TBI+FMT和TBI+DMB组进入开放臂的时间和次数明显增加;在旷场实验（OFT）中,与TBI+saline组相比,TBI+FMT和TBI+DMB组进入中心区域的时间明显增加;与TBI+saline组相比,TBI+FMT和TBI+DMB伤侧脑组织TMAO浓度下降,FoxO3a和MsrA的表达增加,氧化应激损伤减轻。在水迷宫实验中（MWM）,与ABX+FMT（TBI）组大鼠相比,ABX+FMT（TBI）+DMB组大鼠找到平台的所用时间和游泳距离无差异,在最后一天的探针实验中,ABX+FMT（TBI）+DMB组平台象限时间增加;在高架十字（EPM）实验中,与ABX+FMT（TBI）相比,ABX+FMT（TBI）+DMB组开放臂进入时间和次数增加;在旷场实验（OFT）中,与ABX+FMT（TBI）相比,ABX+FMT（TBI）+DMB组进入中心区域进入时间增加。与Normal和ABX组相比,ABX+FMT（TBI）组伤侧脑组织TMAO浓度增加,FoxO3a和MsrA蛋白的表达降低,氧化应激损伤加重,与ABX+FMT（TBI）组相比,而ABX+FMT（TBI）+DMB组伤侧脑组织TMAO浓度降低,FoxO3a和MsrA蛋白的表达增加,氧化应激损伤减轻。结论TBI导致的肠道菌群失调通过增加脑组织肠道来源的TMAO含量,抑制FoxO3a和MsrA表达,加重脑组织氧化应激损伤,引起大鼠出现焦虑样行为和空间记忆能力下降;而移植正常菌群后通过降低TMAO水平,增加FoxO3a和MsrA表达,减轻脑组织氧化应激损伤,从而发挥神经保护功能。