项目文章Gut Microbes（IF 12.2）| 瑞金医院利用多组学揭示肠道微生物群通过肠-脑轴影响阿尔茨海默病的分子机制

9月龄APP/PS1小鼠（AD模型），野生型小鼠为对照组，收集粪便、血清样本、脑组织

1. APP/PS1小鼠的认知行为和病理特征

使用Morris水迷宫实验检测APP/PS1小鼠和WT小鼠之间认知水平差异，发现APP/PS小鼠组表现出认知障碍。接着采用PET-CT和免疫荧光技术检测两组小鼠脑内Aβ病理水平和神经炎症情况：PET-CT结果显示APP/PS1小鼠大脑中Aβ更高；免疫荧光结果表明APP/PS1小鼠大脑中有显著的Aβ斑块沉积。此外，APP/PS1小鼠组皮质神经元数量低于WT组。这些结果表明APP/PS1小鼠在9月龄时表现出典型的认知障碍和AD病理改变。

2. APP/PS1和WT小鼠肠道微生物丰度的差异

为了研究APP/PS1和WT小鼠肠道微生物丰度的差异，收集两组粪便样本进行16S rRNA检测。Simpson多样性显示两组小鼠肠道微生物群的α多样性没有显著差异，PCoA分析显示两组小鼠之间的β多样性没有显著差异。进一步比较两组小鼠肠道菌群在属水平上的差异，发现APP/PS1小鼠组中脱硫弧菌、肠球菌、图里克氏菌和瘤胃球菌的丰度有所下降，假单胞菌丰度增加。

3. APP/PS1与WT小鼠血清和脑组织代谢物的差异

为了进一步探讨APP/PS1和WT小鼠之间的代谢途径，分别采用非靶向代谢组学和空间代谢组学检测血清和脑组织的代谢变化。PCA分析发现APP/PS1小鼠血清代谢组学与WT小鼠不同，在VIP>1 和p<0.05的筛选阈值下，鉴定到APP/PS1和WT小鼠血清中存在显著差异代谢物有40种，功能富集分析表明这些代谢物在赖氨酸降解、甘油磷脂代谢和嘌呤代谢等途径中富集。此外，基于脑组织空间代谢组学的PCA分析显示APP/PS1和WT小鼠之间的代谢特征存在显著差异，在筛选阈值VIP>1 和p<0.05下，两组之间总共鉴定出28种不同的代谢物，这些代谢物富集在亚油酸和甘油磷脂代谢通路。值得注意的是，甘油磷脂代谢是脑组织和血清中共有的差异代谢途径，由此推测甘油磷脂代谢可能在介导APP/PS1小鼠肠道微生物群与大脑之间的相互作用中发挥关键作用。

4. APP/PS1 小鼠中胶质细胞介导的神经炎症和免疫信号通路

已有研究报道AD中神经胶质细胞介导的神经炎症是介导肠道微生物群参与AD进展的重要途径。于是研究者使用PET-CT测量了小鼠大脑中神经炎症的总水平，发现APP/PS1小鼠大脑中神经炎症水平更高。免疫荧光显示APP/PS1小鼠大脑中星形胶质细胞和小胶质细胞明显增殖和激活。进一步采用转录组测序分析小鼠大脑中的基因表达差异，发现在APP/PS1小鼠脑组织中发现269个上调基因和215个下调基因，通路富集分析显示它们主要与趋化因子信号通路、氧化损伤反应、小胶质细胞中的tyrobp因果网络以及小胶质细胞病原体吞噬途径相关。这些结果表明神经胶质细胞介导的免疫信号通路变化是APP/PS1小鼠大脑的一个重要特征。

5. 全面分析不同肠道菌群、代谢物和差异表达基因

作者进一步探讨了差异肠道微生物群、代谢物和差异基因表达水平之间的关联。通过对血清中甘油磷脂代谢通路差异代谢物和属水平差异菌群的分析，发现血清中1-硬脂酰-2-羟基-sn-甘油-3-磷酸胆碱水平与假单胞菌丰度呈负相关，磷酸胆碱与脱硫弧菌的丰度呈正相关。通过对大脑中hub差异表达基因与甘油磷脂代谢通路差异代谢物的相关性分析，发现脑内磷酸胆碱、PC（16:0/16:0）、lysoPC(18:1(11Z))水平与Ly86、Ptprc、C1qb、Mpeg1、Tyrobp、Fcgr1、Cd68和Trem2等基因的表达水平呈负相关。

6. FMT 干预调节APP/PS1小鼠的甘油磷脂代谢并改善Aβ病理和神经炎症

总的来说，本研究整合多组学（16S rRNA测序和代谢组学、空间代谢组学和转录组学）结果，描述了APP/PS1 AD小鼠模型中肠道微生物群丰度、血清和大脑中的甘油磷脂代谢以及大脑中的神经炎症通路的变化情况，并通过整合分析以及粪便移植（FMT）干预揭示了 APP/PS1小鼠肠道微生物群、宿主甘油磷脂代谢和神经炎症水平之间的潜在关联，本研究促进了我们对于肠道微生物群与AD之间关系的理解。