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随着现代社会经济迅速发展,现代人由于生活节奏加快,越来越多的人不合理的膳食方式和生活习惯引起一系列代谢相关的疾病如肥胖、糖尿病等,并伴有严重的并发症,对人们的健康生活构成极大的威胁。本研究中采用的间歇性禁食膳食模式,是通过在禁食和正常饮食之间进行交替来预防和治愈疾病的饮食疗法。间歇性禁食在近几年的研究中已被证明可以有效减轻体重,改善胰岛素敏感性和血脂以及缓解Ⅱ型糖尿病。但是对间歇性禁食是否可以改善Ⅱ型糖尿病引起的认知障碍及其详细的分子机制和作用机理仍不明确,有待进一步深入探究。因此,本研究采用典型的Ⅱ型糖尿病db/db小鼠模型来探究间歇性禁食对糖尿病引起的认知功能障碍的改善作用及其详细机制。主要研究内容与试验结果如下:(1)采用db/db Ⅱ型糖尿病小鼠模型,通过隔天间歇性禁食(Intermittent Fasting,IF)的方式饲喂4周。利用水迷宫等行为学试验以及脑转录组技术,探究间歇性禁食对db/db小鼠认知功能障碍的影响。研究表明间歇性禁食可显著改善db/db小鼠的空间记忆及认知功能损伤。通过分析脑部各区域蛋白表达发现,间歇性禁食可显著改善脑内神经损伤、突触结构损伤,增加突触相关蛋白的表达并激活胰岛素受体底物(Insulin Receptor Substrate,IRS)、认知相关信号ERK/BDNF,还可以抑制炎症信号NKκB/JNK的表达。脑部海马转录组的研究结果表明间歇性禁食可全面激活db/db小鼠脑内与能量代谢相关的转录过程。(2)肠道宏基因组研究结果表明间歇性禁食可有效调节db/db小鼠肠道微生物的结构和丰度;还可以促进db/db小鼠肠道内益生菌例如乳酸杆菌和双歧杆菌的相对丰度;抑制肠杆菌属等有害菌的相对丰度。粪便代谢物研究发现间歇性禁食小鼠粪便中有保护肠道屏障功能和调节胰岛素敏感性的短链脂肪酸(Short-chain Fatty Acids,SCFAs)等小分子代谢物。血浆代谢组研究表明间歇性禁食小鼠血液中特定代谢物水平与肠道菌群相关,间歇性禁食可以上调db/db小鼠肠道内的微生物代谢产物例如5-羟色胺(Serotonin,5-HT)、3-吲哚乙酸(3-indolepropionic Acid,IPA)以及牛磺熊脱氧胆酸(Tauroursodeoxycholic Acid,TUDCA)的含量,改善肠道内正常生理功能。通过脑神经调节相关基因、肠道宏基因组以及菌群关键代谢物相关基因共表达研究,锁定与脑线粒体、能量代谢显著相关的特定肠道菌属及菌群代谢产物。(3)采用反向验证实验:建立db/db Ⅱ型糖尿病小鼠抗生素处理模型,通过隔天禁食的方式饲喂4周,来探究肠道微生物在间歇性禁食模式改善db/db小鼠的认知障碍这一过程中扮演的重要角色。研究结果显示消除糖尿病小鼠的肠道菌群后,小鼠粪便样本中指征上述相关性的SCFAs、TUDCA、5-HT以及IPA等小分子代谢物消失,间歇性禁食对db/db小鼠认知功能的保护作用也随之消失。表明肠道微生物在间歇性禁食对db/db小鼠脑部神经保护的作用与肠道微生物密不可分。(4)采用正向验证实验:通过给db/db Ⅱ型糖尿病小鼠补充IPA、TUDCA、5-HT、SCFAs等肠道微生物代谢产物,来探究具体的肠道微生物代谢产物在间歇性禁食神经保护功能中的作用。研究结果表明补充肠道微生物代谢产物对db/db小鼠认知障碍的改善作用与间接性禁食干预后的结果相似。以上研究结果表明,“肠-脑”轴是间歇性禁食改善Ⅱ型糖尿病引起的认知障碍的一个潜在机理。本研究证实间歇性禁食通过“肠-脑”轴介导改善Ⅱ型糖尿病引起的脑部认知障碍,这对于饮食模式干预代谢性疾病提供了很好的理论依据,为代谢性疾病的治疗提供了新的思路。