基于代谢组学和肠道菌群关联分析的五味子醇甲抗AD作用机制研究

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目的:越来越多的证据表明,天然药物对神经退行性疾病具有显著的疗效且一些天然药物是通过调节肠道菌群结构紊乱来改善神经退行性疾病症状。五味子醇甲作为来自中药五味子的主要活性成分之一,在治疗阿尔兹海默症方面表现出优异的疗效,但由于其极低的口服生物利用度,五味子醇甲通过灌胃方式发挥治疗作用的机制尚不明确,因此本研究利用代谢组学组学技术和16S rDNA基因测序联合探讨五味子醇甲对阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)大鼠脑肠轴的影响。方法:在本研究中,Morris水迷宫试验和H&E染色被用来探索五味子醇甲对AD大鼠认知障碍的影响。16S rDNA基因测序与粪便、血浆和脑代谢组学技术联合探索五味子醇甲对联合使用腹腔注射D-半乳糖、灌胃Al Cl3和脑双侧海马区注射淀粉样蛋白-β25-35(Amyloid-β25-35,Aβ25-35)诱导的AD大鼠模型的治疗机制,从而较为全面地研究五味子醇甲对AD大鼠脑肠轴的影响。结果:1.利用Morris水迷宫试验和H&E染色发现五味子醇甲可以改善AD大鼠的认知障碍。2.基于超高效液相色谱/四极杆飞行时间质谱仪(Ultra Performance Liquid Chromatography/Quadrupole time-of-flight mass spectrometer,UPLC-QTOF/MS)的粪便、脑和血浆代谢组学研究表明,分别有44、40和96种潜在生物标志物参与了五味子醇甲治疗AD大鼠的病理机制。五味子醇甲能改善AD大鼠的代谢失衡,这些代谢物主要影响初级胆汁酸的生物合成、鞘脂代谢和不饱和脂肪酸的生物合成等代谢途径。3.五味子醇甲能调节AD大鼠肠道中厚壁菌门/拟杆菌(Firmicutes/Bacteroidetes,F/B)的丰度比例,增加AD大鼠肠道有益菌的丰度,特别是methanomassiliicoccus和mhristensenellaceae。4.预测性宏基因组学分析(Predictive metagenomics analysis)显示,肠道菌群主要参与脂质代谢、花生四烯酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成和细菌对上皮细胞的侵袭等途径。5.斯皮尔曼相关性分析得出,经过五味子醇甲治疗的后,AD大鼠的肠道菌与各种代谢途径中的代谢物具有显著的统计相关性,进一步说明肠道菌群可能是五味子醇甲治疗AD大鼠的作用靶点。结论:本研究发现五味子醇甲可以改善AD大鼠的粪便、脑和血浆的代谢紊乱,且研究表明通过影响肠道菌群群落的组成来改善认知障碍可能是五味子醇甲对AD的主要治疗机制。
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