《Gut Microbes》：Akkermansia muciniphila-derived extracellular vesicles alleviate colitis-related cognitive impairment via tryptophan metabolic reprogramming of the gut?brain axis
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本研究揭示了Akkermansia muciniphila来源的细胞外囊泡（AmEVs）通过调控肠-脑轴，双向调节色氨酸代谢（5-HT），修复肠道和血脑屏障（BBB）完整性，抑制神经炎症，重塑肠道菌群并恢复短链脂肪酸（SCFAs）水平，从而同步缓解葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎及其相关认知损伤，为炎症性肠病（IBD）的神经精神共病提供了新型治疗策略。
AmEVs通过调节炎症反应和黏膜修复改善DSS诱导的结肠炎
研究首先从Akkermansia muciniphila培养上清中通过超速离心分离出细胞外囊泡（AmEVs）。透射电镜确认了其典型的碟形形态和完整膜结构，纳米颗粒跟踪分析显示其粒径主要集中在123.8纳米。亚细胞定位分析表明，AmEVs的主要来源是胞质成分。
在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，AmEVs干预显著改善了疾病严重程度。与模型组相比，AmEVs治疗组小鼠体重下降得到缓解，疾病活动指数（DAI）评分降低，结肠缩短和脾肿大的趋势得到改善。组织病理学评分和结肠炎症因子（如IL-1β和IL-4）的检测也显示AmEVs具有促进黏膜修复和调节炎症反应的作用。
AmEVs通过调节神经炎症和恢复细胞因子平衡缓解DSS诱导的认知障碍
结肠炎引发了小鼠的空间和识别记忆缺陷。Y迷宫实验显示，模型组小鼠的自发交替率显著降低，而AmEVs治疗使其恢复至正常水平。新物体识别测试也表明，AmEVs干预恢复了小鼠的辨别指数。这些行为学结果证实AmEVs能够逆转结肠炎相关的认知功能损伤。
机制上，海马体细胞因子分析显示，模型组促炎细胞因子IL-6、TNF-α和IFN-γ水平显著升高。AmEVs治疗将这些细胞因子恢复至基线水平，并降低了IL-1β。尽管部分炎症因子基因表达（如Tnfα和Il1β）的改变与蛋白水平不完全一致，但AmEVs总体上协调地缓解了神经炎症，恢复了细胞因子稳态。
AmEVs通过层级式微生物重塑和SCFAs代谢恢复逆转结肠炎相关的菌群失调
16S rRNA测序分析显示，结肠炎导致肠道微生物丰度和多样性显著降低，而AmEVs干预使其得以恢复。主坐标分析表明，各组微生物群落结构存在明显差异。在门水平上，AmEVs逆转了结肠炎相关的拟杆菌门（Bacteroidetes）减少和变形菌门（Proteobacteria）增加。在属水平上，AmEVs抑制了与结肠炎正相关的Bacteroides和Mucispirillum，同时促进了有益菌Bifidobacterium的富集。随机森林分析和LEfSe分析进一步鉴定了AmEVs处理后差异显著的菌属，如Allobaculum。
短链脂肪酸（SCFAs）分析表明，结肠炎导致乙酸、丙酸、丁酸等多种SCFAs水平下降。AmEVs治疗显著恢复了乙酸、异丁酸和异戊酸的水平，丙酸和丁酸也呈现恢复趋势。这些SCFAs的恢复，尤其是乙酸，在肠-脑轴通讯和认知增强中扮演重要角色。
AmEVs通过屏障强化、胶质细胞失活和突触/神经元修复恢复肠-脑轴稳态
结肠炎导致肠道屏障和血脑屏障（BBB）完整性受损。AmEVs治疗有效缓解了这一病理级联反应。在结肠组织，AmEVs恢复了紧密连接蛋白Occludin的表达。在海马体，AmEVs同样恢复了紧密连接蛋白Occludin和ZO-1的表达，修复了BBB完整性。
神经炎症反应主要由胶质细胞介导。结肠炎引发了海马体小胶质细胞增生和星形胶质细胞肥大，并伴随特征性的形态学改变（如小胶质细胞突起回缩、分支复杂性降低）。AmEVs给药使胶质细胞密度恢复正常，并通过三维形态学重建证实其逆转了这些激活表型，恢复了小胶质细胞的分枝状结构和星形胶质细胞的静息形态。
肠-脑轴 disruption 进一步表现为突触和神经元的改变。结肠炎导致海马体突触前标志物SYP和突触后标志物PSD95表达降低，AmEVs治疗使其完全恢复。神经元完整性分析显示，微管相关蛋白2（Map2）表达和脑源性神经营养因子（BDNF）mRNA水平也得到恢复，表明神经营养支持增强。
AmEVs通过调节色氨酸代谢和靶向海马体神经元恢复代谢稳态和神经递质平衡
非靶向代谢组学分析显示，AmEVs治疗显著改变了结肠炎小鼠的血浆代谢物谱。KEGG通路富集分析指出色氨酸代谢和初级胆汁酸生物合成是显著改变的途径。鉴于色氨酸代谢与结肠炎进展和认知功能的双重相关性，研究聚焦于血清素（5-HT）的调节。
在结肠和血浆中，结肠炎导致5-HT水平显著升高，AmEVs干预有效使其正常化。有趣的是，在海马体中，5-HT呈现相反的调节模式——结肠炎引起其水平下降趋势，而AmEVs干预显著逆转了这一趋势。这种双向效应伴随着色氨酸羟化酶2（Tph2）基因表达的变化。同时，结肠炎小鼠海马体吲哚胺2,3-双加氧酶1（Ido-1）水平升高，AmEVs治疗使其恢复正常，且Ido-1与5-HT水平呈负相关。5-HT信号传导的恢复进一步体现在AmEVs介导的海马体5-HT1A受体在蛋白和mRNA水平的表达恢复。
蛋白质组学分析显示AmEVs富含色氨酸代谢相关蛋白。PKH26示踪证实AmEVs在给药后6小时可在体内高效分布并在海马体富集。在LPS刺激的分化HT-22神经元细胞中，AmEVs不仅逆转了5-HT产生的抑制，甚至使其超过基线水平，且这一作用不依赖于增殖效应。共聚焦成像验证了AmEVs可被神经元直接内化。基于蛋白质组学结果和文献，研究重点关注了AmEVs中的关键蛋白Amuc_1100。重组Amuc_1100蛋白在相同条件下也能显著逆转LPS诱导的HT-22细胞5-HT产量下降，且该效应可被TLR2抑制剂C29所阻断。有趣的是，C29仅部分减弱了完整AmEVs的促5-HT作用，提示除Amuc_1100/TLR2通路外，可能还存在其他机制或囊泡成分参与调节。色氨酸羟化酶抑制剂PCPA的实验显示其有抑制AmEVs诱导的5-HT产量增加的趋势，进一步支持AmEVs主要通过经典的TPH依赖的生物合成途径增强5-HT产生。
讨论
本研究提供了令人信服的证据，表明AmEVs通过调节肠-脑轴，在结肠炎及其相关认知缺陷中发挥多维度治疗作用。AmEVs给药显著缓解了结肠炎严重程度，并同时挽救了认知功能损伤。其治疗效果的核心在于其跨肠-脑轴重新平衡色氨酸代谢的能力。AmEVs在结肠和血浆中抑制过度的5-HT产生，而在海马体中则逆转5-HT的下降，并伴随Tph2的上调和5-HT1A受体的恢复。研究将AmEVs中的关键蛋白Amuc_1100鉴定为海马体5-HT恢复的主要介质，其作用至少部分通过TLR2信号传导。
AmEVs的抗炎特性与这一神经保护通路协同作用。通过降低海马体促炎细胞因子水平和抑制小胶质细胞/星形胶质细胞活化，AmEVs为BDNF信号传导创造了有利的微环境。胶质细胞的静息可能通过移除抑制信号来放大恢复的5-HT/BDNF动力学益处。同时，AmEVs通过上调Occludin和ZO-1修复肠道和血脑屏障，限制了全身性炎症和神经毒性代谢物的易位。
菌群分析及相关性分析将AmEVs诱导的微生物变化与脑功能改善联系起来。AmEVs抑制的菌属（如Corynebacterium, Staphylococcus, Enterobacter）与促炎细胞因子呈正相关，而富集的Alistipes与IL-6呈负相关。Bifidobacterium的富集和Bacteroides、Mucispirillum的抑制也与既往报道一致。SCFAs（尤其是乙酸）水平的恢复进一步支持了肠-脑轴功能的改善。这些菌群相关的改善与AmEVs的其他观察效应功能互连，共同构成了一个整合的治疗框架。
总之，AmEVs作为一种多方面的治疗剂，能够通过肠-脑轴的时空调节同时解决结肠炎及其认知障碍。其疗效由三个协同机制介导：外周肠道屏障完整性强化、细菌源性代谢酶向海马体神经元的中央递送、以及全身性神经炎症级联的抑制。5-HT能神经传递、BDNF介导的突触发生和MAP2阳性神经元修复的观察结果共同验证了AmEVs协调跨组织稳态的能力。
研究的局限性
尽管Amuc_1100是AmEVs中通过TLR2信号增强海马体5-HT产量的关键蛋白，但其相对于其他囊泡成分（如额外蛋白质、脂质或核酸）的贡献尚未量化。TLR2抑制仅部分废除AmEVs效应，提示存在平行或补偿机制。
功能验证主要依赖于细胞模型中的药理学抑制剂，需要在体通过基因敲除模型（如神经元特异性Tph2或Tlr2敲除）进行确认。
观察到的特定细菌属与神经炎症标志物之间的相关性是机制提示性的，但未建立因果关系。菌群变化是否是AmEVs神经保护效应的必要或充分条件仍是悬而未决的问题。
神经通路（特别是迷走神经）在介导AmEVs中枢效应中的潜在作用尚存重大空白。
