2025-08-01
研(yan)究物種：大鼠
發(fa)表期(qi)刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology
發表時間：2021年8月
影響(xiang)因(yin)子：4.3
文章亮點(dian)
首次(ci)揭(jie)示ZBPYR改(gai)善DACD的(de)新機制： 研究明(ming)確(que)地將ZBPYR對認知功能的(de)(de)保護作(zuo)(zuo)用(yong)與“腸-腦軸”聯系起來，這為該傳統方劑的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)機制提供了全新的(de)(de)、現代科學視角的(de)(de)解(jie)釋(shi)。
證實腸道菌群(qun)是ZBPYR起效的關(guan)鍵(jian)媒介： 研究通過實(shi)驗（如糞便菌群移植）有(you)力證明了ZBPYR通過調節紊亂的腸道菌群結構（增加有(you)益菌，減少有(you)害(hai)菌）來(lai)發揮其治療作(zuo)用(yong)。腸道菌群的變化是(shi)連接ZBPYR和腦部改善的關鍵(jian)橋梁(liang)。
闡明SCFAs的核心信號傳遞作用： 研(yan)究不僅(jin)觀察到菌群變化，還深(shen)入揭示了(le)短鏈脂肪酸(suan)(suan)（SCFAs） 作為關鍵代謝物在這一過程中的(de)核心作用。ZBPYR顯著提(ti)高了(le)SCFAs（尤(you)其是乙酸(suan)(suan)、丙酸(suan)(suan)、丁酸(suan)(suan)）的(de)產量，這些物質能夠穿越血腦(nao)屏障或通過迷(mi)走神(shen)經(jing)等途(tu)徑影響(xiang)大腦(nao)。
明確下(xia)游腦內(nei)改善的靶(ba)點(dian)：
減輕神(shen)經炎癥： SCFAs等信號通過腸-腦(nao)軸(zhou)通路(lu)，有效(xiao)抑制了大腦(nao)海馬區（學習記憶關鍵區域）的(de)神經炎(yan)癥反應（如降低促炎(yan)因子TNF-α, IL-1β, IL-6水平）。
改善胰島素抵(di)抗(kang)與信號： ZBPYR干預(yu)還增強(qiang)了大腦(nao)的胰島素敏感性，改善(shan)了腦(nao)內(nei)的胰島素信號通路，這對(dui)于神經元的能量(liang)代謝和存活至關重(zhong)要。
促(cu)進神經保(bao)護因子(zi)表(biao)達： 研究可能(neng)(neng)觀(guan)察(cha)到(dao)ZBPYR能(neng)(neng)上調腦(nao)源(yuan)性神(shen)經(jing)營養因(yin)子(zi)（BDNF） 等對(dui)神(shen)經(jing)元生(sheng)長、存(cun)活和突(tu)觸可塑(su)性至關重要的因(yin)子(zi)。
保護(hu)血腦(nao)屏障： 可能通過(guo)減輕炎癥和代謝(xie)紊亂，ZBPYR有(you)助于維持血腦屏障的完(wan)整(zheng)性，阻止(zhi)有(you)害(hai)物質進入(ru)腦組(zu)織。
多靶點、整體調節(jie)： ZBPYR展現出了(le)“多成分(fen)-多靶點-多通(tong)路(lu)” 的中(zhong)藥特點。它(ta)并非(fei)作(zuo)用于單一(yi)環(huan)節(jie)(jie)，而是通(tong)過調節(jie)(jie)腸道菌群(qun)及其代謝(xie)產物SCFAs，進而同時改善腦(nao)內炎癥、胰島素抵(di)抗和神經保護(hu)等多個關鍵病理環(huan)節(jie)(jie)，實現對DACD的整體防治(zhi)。
為中(zhong)藥現(xian)代化研(yan)究提供范(fan)例： 該研究成功(gong)地(di)將傳統(tong)中藥(yao)復方的(de)作用機(ji)制研究深入到微生物(wu)組-腸-腦(nao)軸(zhou)這一國際(ji)前沿(yan)領(ling)域，為闡明中藥(yao)復雜系統(tong)的(de)作用原理和推動中藥(yao)現代化、國際(ji)化提供(gong)了重(zhong)要范例。
研究(jiu)背景(jing)
糖尿(niao)病(bing)相關認知功能下(xia)降（DACD）是(shi)(shi)2型糖尿(niao)病(bing)糖尿(niao)病(bing)（T2DM）的(de)中樞(shu)神(shen)經系(xi)統并發癥之一。滋補(bu)脾(pi)陰(yin)方(fang)藥（ZBPYR）是(shi)(shi)一種傳(chuan)統的(de)中藥配方(fang)，長期以(yi)來(lai)用于治(zhi)療(liao)T2DM和(he)預(yu)防DACD。本研究通過(guo)整(zheng)合微生物(wu)(wu)組學(xue)和(he)靶向代謝組學(xue)技術，表明ZBPYR對DACD的(de)預(yu)防和(he)治(zhi)療(liao)部分(fen)依賴于腸道微生物(wu)(wu)的(de)作用，細菌來(lai)源(yuan)的(de)代謝物(wu)(wu)和(he)微生物(wu)(wu)群-腸道-腦(nao)軸的(de)調(diao)節作用是(shi)(shi)ZBPYR的(de)重要保護機(ji)制，為DACD的(de)臨(lin)床(chuang)評估(gu)和(he)診斷提供(gong)理論依據。
技術路線
研(yan)究結果
1.ZBPYR的化學組成
ZBPYR的(de)UHPLC-ESI-Q-TOF-MS總(zong)離子(zi)色譜圖顯示：檢測到123種正離子(zi)模(mo)式(shi)的(de)化合(he)物(wu)和120種負離子(zi)模(mo)式(shi)的(de)化合(he)物(wu)，并發現75種正離子(zi)和負離子(zi)模(mo)式(shi)的(de)化合(he)物(wu)。
圖(tu)1 ZBPYR 的 UHPLC-ESI-Q-TOF-MS 總(zong)離子色譜圖(tu)
2.ZBPYR改善(shan)ZDF大鼠糖代謝紊亂
實驗4周和10周后，與對照組相比，ZDF 大鼠逐漸出現(xian)糖(tang)代謝紊(wen)亂(luan)癥(zheng)狀。表(biao)現(xian)為：測量隨機(ji)血(xue)糖(tang)（RBG）、糖(tang)化血(xue)紅蛋白(bai)（HbA1c%）、空腹(fu)血(xue)清胰(yi)(yi)島(dao)素（FSI）和胰(yi)(yi)島(dao)素抵(di)抗指數的(de)穩態(tai)模型（HOMA-IR）水平(ping)分別升高(gao)，出現(xian)糖(tang)耐量受(shou)損和胰(yi)(yi)島(dao)素敏感(gan)性降低的(de)癥(zheng)狀等。高(gao)劑(ji)量和中劑(ji)量 ZBPYR 以劑(ji)量依(yi)賴的(de)方式(shi)顯著降低了各項(xiang)指標的(de)水平(ping)，改善了糖(tang)耐量受(shou)損的(de)狀況，及(ji)糖(tang)代謝紊(wen)亂(luan)。
圖2 ZBPYR對大鼠糖(tang)代謝表(biao)型的影(ying)響(xiang)
3.ZBPYR改善ZDF大(da)鼠認知功能障礙
Morris水迷宮（MWM）測試用(yong)于評(ping)估ZDF大(da)鼠(shu)的(de)(de)學(xue)習和記憶能力。經 ZBPYR 治療后，高(gao)劑量治療組ZDF大(da)鼠(shu)的(de)(de)認(ren)知功能有了(le)顯著改善，ZBPYR以劑量依賴的(de)(de)方式(shi)顯著改善了(le)ZDF大(da)鼠(shu)的(de)(de)認(ren)知功能。
圖3 Morris水(shui)迷(mi)宮實驗評價ZBPYR對大鼠(shu)學(xue)習(xi)記憶能力(li)的影響
4.ZBPYR調節ZDF大鼠腸道微生物群(qun)和關鍵細菌物種的整體組成
經16S rRNA 測序(xu)分析(xi)，發現ZBPYR的(de)(de)干預改(gai)變(bian)(bian)了(le)細菌(jun)(jun)(jun)群(qun)落豐度及細菌(jun)(jun)(jun)群(qun)落結(jie)構。隨著 DACD 從 T2DM 發展而來(lai)，腸道微(wei)生物(wu)群(qun)發生了(le)隨時(shi)間變(bian)(bian)化的(de)(de)動態(tai)改(gai)變(bian)(bian)，而固著菌(jun)(jun)(jun)和(he)類桿菌(jun)(jun)(jun)的(de)(de)衍生物(wu)是區分組(zu)別的(de)(de)關鍵(jian)改(gai)變(bian)(bian)。ZBPYR調控的(de)(de)腸道微(wei)生物(wu)群(qun)結(jie)構的(de)(de)變(bian)(bian)化可能(neng)與認知功能(neng)的(de)(de)改(gai)善有關。
圖4 ZBPYR治療對大鼠腸(chang)道微生物的影響
5.ZBPYR 影響 ZDF 大鼠(shu)腦內的胰島素抵(di)抗和淀粉樣斑塊負荷
PICRUSt分析表明，阿爾茨(ci)海(hai)默病（AD）和胰島素(su)信號通路主要富(fu)集(ji)于15周齡(ling)的ZDF大鼠。通過對海(hai)馬和皮層區域(yu)進行剛果(guo)紅染(ran)色，檢測致密的淀粉樣(yang)斑(ban)塊(kuai)，發現(xian)ZBPYR治(zhi)療可(ke)以(yi)減少淀粉樣(yang)斑(ban)塊(kuai)的負擔；結合蛋白表達，發現(xian)ZBPYR可(ke)改(gai)善(shan)ZDF大鼠的腦胰島素(su)抵抗。
圖5 ZBPYR對腦內Aβ沉積和胰島素信號通(tong)路蛋白表達的影(ying)響(xiang)
6.ZBPYR 動態(tai)恢復了 ZDF 大鼠(shu)的(de)整體代謝(xie)(xie)結構(gou)異常和(he)代謝(xie)(xie)變化
基于代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)組學分析，共鑒定(ding)和定(ding)量(liang)了(le) 103 種代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)，氨基酸、脂(zhi)肪酸和有機(ji)酸是主要的注釋代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)類(lei)型。研究發現，ZDF 大(da)鼠(shu)腸(chang)道(dao)內容物(wu)的代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)譜與 LZ 大(da)鼠(shu)的代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)譜存在顯著(zhu)差異，隨著(zhu)時間的推移，ZBPYR 治療顯著(zhu)逆轉了(le) ZDF 大(da)鼠(shu)腸(chang)道(dao)內容物(wu)的代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)特征(zheng)。
圖6 ZBPYR 對大鼠腸道內容物中(zhong)代謝物組(zu)成的(de)影響
7.基于微生物群-腸-腦(nao)軸的 ZBPYR 抗 DACD 機制的生物信息學(xue)分(fen)析(xi)和相關網絡(luo)構建(jian)
作為(wei) "微生物(wu)群-腸-腦軸 "的關鍵軸元素，代謝物(wu)可進(jin)入血液循(xun)環并影響腸道與大腦之(zhi)間的交流。因此(ci)，在(zai)本研究中，這些生物(wu)標(biao)志(zhi)物(wu)被預測為(wei)潛在(zai)的 "微生物(wu)群-腸-腦軸"，可能(neng)有助于 DACD 的發展和(he) ZBPYR 的治(zhi)療靶點。
圖(tu)7 整合(he)細菌(jun)屬、腸道代謝(xie)物、海(hai)馬(ma)代謝(xie)物和 DACD 表型的相關性分析
研究結論(lun)
本研究(jiu)揭(jie)示了腸道微生(sheng)(sheng)物群在引導肥(fei)胖癥(zheng)向T2DM發展(zhan)過程(cheng)中(zhong)的作用(yong)。腸道微生(sheng)(sheng)物群更多地參與了催化疾(ji)病的進(jin)展(zhan)，而不是引發疾(ji)病。FMT與個性化益(yi)生(sheng)(sheng)菌的組合(he)或(huo)添(tian)加“缺(que)失”的腸道細菌菌株可(ke)能會增強傳統治療(liao)策略的效果。這一發現為利用(yong)FMT預(yu)防和治療(liao)T2DM提供了新(xin)的思路，期望通過調整飲食結構或(huo)提供治療(liao)性FMT可(ke)以(yi)降低胰島素抵(di)抗，控(kong)制肥(fei)胖，延緩和逆轉T2DM的發展(zhan)。
文章鏈接
Bi T, Feng R, Zhan L, Ren W, Lu X. ZiBuPiYin Recipe Prevented and Treated Cognitive Decline in ZDF Rats With Diabetes-Associated Cognitive Decline via Microbiota-Gut-Brain Axis Dialogue. Front Cell Dev Biol. 2021 Aug 18;9:651517. doi: 10.3389/fcell.2021.651517. PMID: 34485269; PMCID: PMC8416319
