《Journal of Future Foods》：Bovine milk fat globule membrane ameliorates Alzheimer's disease-associated cognitive impairments via modulation of the microbiota-butyrate-FFAR2 signaling axis
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本研究针对阿尔茨海默病(AD)缺乏有效治疗手段的现状，系统探讨了牛乳脂肪球膜(BMFGM)通过调控肠道菌群-丁酸盐-FFAR2信号轴改善AD认知障碍的新机制。研究发现BMFGM能显著改善5xFAD转基因小鼠的认知功能，减少Aβ沉积，上调BDNF表达，其神经保护作用依赖于肠道菌群代谢产物丁酸盐及其受体FFAR2的信号传导。该研究为膳食干预防治AD提供了新的理论依据。
随着全球人口老龄化进程加速，阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)这种毁灭性的神经退行性疾病正日益成为严峻的公共卫生挑战。患者大脑中β-淀粉样蛋白(amyloid-β, Aβ)异常沉积形成老年斑，tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结，导致神经元大量死亡，最终引发进行性认知功能衰退。尽管科学界对AD发病机制的研究已取得重要进展，但目前仍缺乏能够有效阻止或逆转疾病进程的治疗手段。
近年来，肠道-脑轴(gut-brain axis)在AD发病中的作用备受关注。研究发现，AD患者和动物模型中都存在明显的肠道菌群失调，其特征是有益菌减少、有害菌增多，尤其是能够产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)的细菌显著减少。在各类SCFAs中，丁酸盐(butyrate)的减少尤为突出，这种代谢产物对维持肠道屏障功能、调节免疫反应和抑制神经炎症都具有重要作用。值得注意的是，丁酸盐需要通过与其特异性受体——游离脂肪酸受体2(free脂肪酸受体2, FFAR2)结合才能发挥生物学效应。然而，膳食干预能否通过恢复丁酸盐-FFAR2信号通路来改善AD病理，至今尚不明确。
牛乳脂肪球膜(bovine milk fat globule membrane, BMFGM)是牛奶中富含生物活性脂质和蛋白质的天然成分，既往研究表明其对神经发育和认知功能具有积极作用。BMFGM能够调节肠道菌群，增加SCFAs的产生，特别是促进丁酸盐生成菌的增殖。但BMFGM是否通过特定的微生物代谢物及其下游信号机制来发挥神经保护作用，尤其是丁酸盐-FFAR2信号轴是否在其中起关键作用，仍有待阐明。
针对这一科学问题，西北农林科技大学食品科学与工程学院的研究团队在《Journal of Future Foods》上发表了最新研究成果。该研究采用5xFAD转基因AD小鼠模型，通过为期8周的BMFGM干预实验，结合行为学测试、分子生物学技术和微生物组分析，系统探讨了BMFGM对AD相关认知障碍的改善作用及其机制。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过巴恩斯迷宫(Barnes maze)和新物体识别(novel object recognition)实验评估小鼠空间学习和记忆功能；利用免疫荧光染色技术检测大脑皮层Aβ沉积、小胶质细胞标志物Iba-1和脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)表达；采用实时定量PCR(quantitative PCR, qPCR)和酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)分析白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)等炎症因子表达水平；通过气相色谱(gas chromatography, GC)测定粪便短链脂肪酸含量；运用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成；并通过抗生素耗竭肠道菌群和FFAR2拮抗剂GLPG0974干预，验证丁酸盐-FFAR2信号轴的关键作用。
3.1. BMFGM改善AD小鼠的认知功能障碍
研究发现，BMFGM干预能显著改善5xFAD小鼠的空间学习和记忆功能。在巴恩斯迷宫测试中，BMFGM治疗组小鼠找到目标孔的潜伏期显著缩短，在目标孔区域的探索时间明显延长。在新物体识别测试中，BMFGM处理完全恢复了AD小鼠的识别指数和辨别指数，表明确认记忆功能得到改善。这些行为学结果表明，BMFGM能有效缓解AD相关的认知缺陷。
3.2. BMFGM减轻AD相关的神经病理损伤
神经病理学分析显示，BMFGM干预显著减少了大脑皮层Aβ沉积面积，并促进了小胶质细胞在Aβ斑块周围的聚集。更重要的是，BMFGM处理显著降低了皮层、血清和结肠中IL-1β的表达水平，表明其具有强大的抗炎作用。同时，BMFGM还显著上调了皮层中BDNF和神经生长因子(nerve growth factor, NGF)的表达，为神经保护提供了分子基础。
3.3. BMFGM恢复结肠肠道屏障完整性
肠道屏障功能检测发现，BMFGM干预能显著增加结肠杯状细胞数量，上调黏蛋白-2(mucin-2, MUC2)和紧密连接蛋白Claudin-1的表达，同时降低结肠IL-1β水平。这些结果提示BMFGM能有效改善AD相关的肠道屏障功能障碍。
3.4. BMFGM提高丁酸水平并调节肠道菌群组成
代谢组学分析显示，BMFGM特异性增加了粪便中丁酸盐的浓度。16S rRNA测序结果表明，BMFGM改变了肠道菌群结构，显著提高了菌群丰度，并增加了Saccharibacteria和Ligilactobacillus等有益菌的相对丰度。相关性分析进一步证实，丁酸盐水平与认知功能指标呈显著正相关。
3.5. 丁酸盐介导BMFGM对AD认知障碍的改善作用
机制研究表明，当使用抗生素耗竭肠道菌群或用FFAR2拮抗剂GLPG0974阻断丁酸盐信号时，BMFGM的认知改善作用被完全取消。同时，BMFGM对Aβ沉积、神经炎症、BDNF表达以及肠道屏障功能的保护作用也均被逆转。
3.6. 丁酸盐在BMFGM介导的AD相关神经病理和肠道屏障功能障碍改善中起核心作用
进一步实验证实，破坏丁酸盐-FFAR2信号轴会显著削弱BMFGM的神经保护和肠道修复作用。抗生素处理或GLPG0974干预均阻止了BMFGM对杯状细胞密度、MUC2和Claudin-1表达的上调作用，同时也取消了BMFGM对结肠IL-1β表达的抑制作用。
本研究首次阐明了BMFGM通过肠道菌群-丁酸盐-FFAR2信号轴发挥神经保护作用的具体机制。研究发现，BMFGM作为一种膳食干预手段，能够重塑肠道菌群，促进丁酸盐产生菌的增殖，从而增加丁酸盐水平。丁酸盐随后激活肠道FFAR2受体，抑制IL-1β表达，修复肠道屏障功能，降低系统性炎症水平，进而减轻神经炎症，促进Aβ清除，提高BDNF表达，最终改善认知功能。
该研究的创新性在于揭示了一条明确的膳食-微生物-宿主受体信号通路，为理解营养干预在神经退行性疾病防治中的作用提供了新视角。特别重要的是，研究通过巧妙的实验设计（抗生素菌群耗竭和FFAR2药理拮抗），确证了丁酸盐-FFAR2信号轴在BMFGM神经保护作用中的必要性，为开发以肠道菌群为靶点的AD防治策略提供了理论依据。
值得注意的是，BMFGM是天然食品成分，具有安全性高、易于获取的优点，这为其未来临床应用奠定了良好基础。然而，研究也存在一些局限性，如仅使用了一种AD动物模型，未进行剂量效应研究，FFAR2的具体细胞来源尚未明确等。未来研究需要在更多AD模型中进行验证，并最终推进到临床试验，以评估BMFGM在人类AD防治中的实际应用价值。
总之，这项研究不仅深化了我们对膳食成分与大脑健康之间复杂关系的理解，也为开发基于肠道菌群调节的AD营养干预策略提供了新思路。随着人口老龄化加剧，AD防治形势日益严峻，此类基础研究的转化应用具有重要的公共卫生意义。
