中山大学邓文林课题组揭示肠道渗透性的增加诱发自闭症行为缺陷

内毒素诱发自闭症的脑-肠轴分子机制

撰稿丨脑声常谈 左卿（笔名）

排版丨脑声常谈 编辑团队

自闭症谱系障碍（ASD）患者经常伴有胃肠道疾病。过去十年的研究表明，自闭症儿童出现胃肠道症状的频率是普通儿童的4.4倍，其中主要包括便秘、腹泻和腹痛。此外，胃肠道症状往往与自闭症的严重程度、易怒、焦虑和社交退缩的增加密切相关。因此，肠道功能障碍可能是导致自闭样行为的一个主要促进因素。

脑-肠轴帮助肠道和大脑之间信息交换。有研究报道，革兰氏阴性菌的代谢物脂多糖（LPS）可以通过受损的肠道屏障进入大脑，诱导促炎症环境，从而影响大脑功能。胃肠道粘膜通过紧密连接（TJ）和粘液层连接的肠上皮细胞在身体和内环境之间形成屏障，粘液层将数万亿的微生物从身体中分离出来。胃肠道粘膜的排斥特性被称为胃肠道屏障，胃肠道屏障被认为是脑-肠轴的核心枢纽。最近许多文献指出胃肠道屏障的破坏与自闭症的发病密切相关。然而，肠道屏障的破坏与自闭症发病的顺序目前仍不清楚。

在此背景下，2022年12月18日，中山大学邓文林课题组在Neuroscience Bulletin发文揭示了肠道渗透性的增加通过激活TLR 4/MyD88/NF-κB通路诱发自闭症。

与自闭症人类患者相似，BTBR小鼠（自闭症模型）也有“渗漏的”肠上皮细胞。为了验证肠内上皮细胞的通透性，课题组测量了小鼠上皮细胞的大分子融合度（40 kDa FITC fux），发现BTBR小鼠上皮细胞的通透性显著增加——在60分钟时，BTBR小鼠血浆中FITC fux浓度是对照组的两倍多。肠上皮的大分子通透性在很大程度上依赖于TJ蛋白（紧密连接蛋白）和粘液层的正常功能。然而，尽管FITC fux增加，但TJ蛋白（ZO-1蛋白和闭合蛋白）的表达水平没有改变，而编码黏液层的主要成分粘液蛋白2的基因Muc2在BTBR小鼠的大肠中表达下调。这些结果表明：BTBR自闭模型鼠肠道屏障已经受损。

图1|Muc2在BTBR小鼠的大肠中表达下调

最近研究发现，二甲双胍可通过调控肠道通透性来预防肠道屏障功能障碍。课题组由此使用二甲双胍对BTBR小鼠肠道屏障进行修复。行为学结果显示：在三箱社交第一阶段，BTBR小鼠对陌生鼠和空笼的探索时间没有差异，表现出社交缺陷，而二甲双胍显著缓解了该社交缺陷，并且增加了其在旷场中央的停留时间和移动距离，并减少了掩埋大理石的个数，即缓解了BTBR小鼠的焦虑样表型。与之相对，葡聚糖硫酸钠(DSS)破坏BTBR小鼠肠道屏障后恶化了其社交缺陷。进一步的行为学测试结果发现二甲双胍也能缓解由DSS引起的社交新颖性缺陷和焦虑样表型。RT-qPCR结果显示：DSS处理过的BTBR鼠肠道组织中闭合蛋白表达水平显著下调，而二甲双胍使其上调，且二甲双胍也上调了Muc2的表达。

图2|二甲双胍缓解了BTBR小鼠的部分自闭样行为缺陷

为了探究二甲双胍治疗自闭症的分子机制，课题组将目标锁定在自闭症患者颅内含量较高的脂多糖上（LPS）。研究结果显示：在DSS诱导下，BTBR小鼠血清中LPS显著升高，大脑皮层TLR4/MyD88/NF-κB通路关键分子（NF-κB）及其下游炎症因子（TNF-α）表达水平被激活；相应的，二甲双胍干预后，血清中LPS浓度下降，此通路的关键分子（LR4、MyD88和NF-κB）及其下游炎症因子（MCP-1、IL-1β和TNFα）表达水平也受到抑制。这些结果表明TLR4/MyD88/NF-κB信号通路可能在自闭症行为中起关键调控作用。

图3|二甲双胍和DSS对TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的影响

总的来说，本文的研究结果表明小鼠肠道通透性增加可能将LPS转移到脑组织，激活TLR 4/MyD88/NF-κB通路，进一步诱发大脑炎症，从而导致自闭症。该研究强调“肠漏（Leaky Gut）”可能通过激活脂多糖介导的TLR4-MyD88-NF-κB通路，成为自闭症发病的触发器。

文章来源

https://doi.org/10.1007/s12264-022-00993-9