《Frontiers in Molecular Biosciences》：Glycine attenuates sepsis-induced white matter injury by modulating gut microbiota
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本研究发现甘氨酸通过重塑肠道菌群、修复肠屏障（occludin）、抑制C5aR1介导的补体通路，减轻脓毒症模型小鼠的脑白质损伤（WMI）和神经炎症（Iba-1+微胶质细胞活化），为靶向肠-脑轴治疗脓毒症相关脑损伤提供了新策略。
1 引言
脓毒症对早产儿构成重大威胁，是导致脑白质损伤（White Matter Injury, WMI）的主要原因之一，然而有效的治疗策略仍然有限。近期研究表明，肠道菌群失调有助于脓毒症诱导的全身性炎症和神经损伤。甘氨酸作为一种由乳酸杆菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）和梭菌（Clostridium）等肠道细菌合成的非必需氨基酸，在解毒、抗氧化等生理过程中发挥关键作用。早产儿发生迟发性脓毒症时，粪便中甘氨酸浓度显著低于健康对照组，且多数患儿后续出现WMI。甘氨酸不仅是经典的抑制性神经递质，更是连接肠道菌群代谢产物与中枢神经系统活动的重要介质。本研究旨在探讨甘氨酸是否通过调节肠道菌群和补体通路，减轻脓毒症诱导的WMI。
2 实验方法
2.1 动物模型
研究获得大连医科大学实验动物中心伦理委员会批准（批号AEE24088）。选用7日龄（P7）C57BL/6雄性乳鼠，随机分为假手术组（Sham）、脓毒症组（Sepsis）、甘氨酸组（Glycine）和安慰剂组（Placebo）。另设P15健康乳鼠作为肠道菌群分析的基线对照。通过腹腔注射脂多糖（LPS，10 mg/kg）建立脓毒症模型，甘氨酸组连续7天灌胃甘氨酸溶液（0.125 mg/g），安慰剂组给予等体积生理盐水。
2.2 样本采集
在P8和P15时间点收集粪便和组织样本。P8用于捕捉脓毒症急性期肠道菌群的早期改变，P15用于评估甘氨酸干预后的累积效应。
2.3 组织学与分子生物学分析
采用苏木精-伊红（H&E）染色和免疫组织化学（IHC）评估脑白质和回肠组织的病理变化。通过16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成。使用酶联免疫吸附试验（ELISA）定量脑和回肠组织中白细胞介素-6（IL-6）、IL-1β、IL-10和转化生长因子-β（TGF-β）等炎症因子水平。转录组测序用于筛选脓毒症相关WMI脑组织中的差异表达基因（DEGs）和富集通路。蛋白质印迹（Western blot）检测髓鞘碱性蛋白（MBP）、离子钙结合衔接分子1（Iba-1）、紧密连接蛋白（occludin）和补体5a受体1（C5aR1）的表达。
3 结果
3.1 甘氨酸减轻脓毒症小鼠的脑白质损伤并抑制微胶质细胞活化
H&E染色显示，脓毒症组小鼠脑白质结构紊乱，出现轴突肿胀、空泡变性和少突胶质细胞核固缩；甘氨酸干预后这些病理变化显著减轻。IHC和Western blot结果表明，脓毒症组脑白质区MBP表达显著降低，而甘氨酸治疗使其恢复。同时，脓毒症组中作为微胶质细胞标志物的Iba-1阳性面积显著增加，甘氨酸干预后明显减少，表明甘氨酸抑制了微胶质细胞的活化。ELISA检测显示，脓毒症脑组织中IL-6、IL-1β、IL-10和TGF-β水平均升高，甘氨酸处理后促炎因子IL-6和IL-1β显著下降，抗炎因子IL-10和TGF-β也有所降低，但IL-10仍高于假手术组，提示甘氨酸有助于恢复炎症稳态。
3.2 甘氨酸对脓毒症小鼠肠道菌群的调节作用
16S rDNA测序分析表明，脓毒症导致肠道菌群α多样性（Chao1和Shannon指数）下降，β多样性也发生显著改变。在门水平，脓毒症组拟杆菌门（Bacteroidota）减少而变形菌门（Proteobacteria）增加；甘氨酸干预后拟杆菌门得以恢复。在属水平，脓毒症组啮齿杆菌（Rodentibacter）和梭菌（Clostridium）增多，而甘氨酸组拟杆菌（Bacteroides）、副拟杆菌（Parabacteroides）、乳酸杆菌（Lactobacillus）和爱森伯格菌（Eisenbergiella）等有益菌上升，大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia-Shigella）和啮脏杆菌下降。线性判别分析效应大小（LEfSe）显示，甘氨酸处理后拟杆菌目（Bacteroidales）、副拟杆菌和乳酸杆菌等显著富集。KEGG通路预测提示，脓毒症组中MAPK信号通路、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢等通路上调。
3.3 甘氨酸干预下脓毒症小鼠的肠道病理变化
脓毒症小鼠回肠组织出现黏膜出血、炎性细胞浸润和上皮细胞脱落。甘氨酸治疗显著改善了组织损伤评分。IHC和Western blot显示脓毒症回肠中occludin表达下降且从细胞膜易位至细胞质，甘氨酸干预后occludin表达量回升且细胞膜定位得到部分恢复。ELISA检测显示，回肠组织中IL-6、IL-1β、IL-10和TGF-β在脓毒症时均升高，甘氨酸处理后促炎因子和抗炎因子水平均下降，表明甘氨酸有助于恢复肠道免疫平衡。
3.4 脓毒症合并WMI小鼠的转录组学分析
转录组测序鉴定出大量差异表达基因，其中Gm29879、Lcn2、Cxcl10、Zbp1、Lbhd2、C5aR1、Cxcl9和Fpr1等基因显著上调。基因本体（GO）富集分析显示，差异基因主要富集于先天免疫反应、抗菌防御反应等生物学过程。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析表明，补体和凝血级联（Complement and coagulation cascades）通路被显著激活，其中C5aR1位于该通路的关键节点。
3.5 脓毒症小鼠回肠和脑组织中C5aR1蛋白表达的验证
IHC和Western blot结果一致表明，脓毒症组回肠黏膜上皮细胞和脑白质区神经胶质细胞中C5aR1表达显著上调，甘氨酸干预后其表达明显受到抑制。这表明C5aR1可能参与脓毒症中肠-脑轴的炎症传递，而甘氨酸可通过抑制C5aR1介导的补体通路发挥保护作用。
4 讨论
本研究系统阐明了甘氨酸在脓毒症诱导的WMI中的多器官保护作用。甘氨酸不仅能减轻脑白质髓鞘脱失（MBP↓）和微胶质细胞过度活化（Iba-1↓），还可调节肠道菌群结构，促进有益菌增殖，抑制致病菌生长。同时，甘氨酸修复肠道机械屏障，阻止紧密连接蛋白occludin的胞内错误定位，降低肠道和脑组织局部炎症因子水平。转录组学分析进一步揭示，补体受体C5aR1在脓毒症脑损伤中显著上调，且甘氨酸能抑制其在肠和脑组织的表达。这些结果提示，甘氨酸可能通过调节“肠道菌群-肠屏障-补体系统C5aR1-神经炎症”轴，减轻脓毒症相关的WMI。
本研究的局限性包括使用LPS模型未能完全模拟临床脓毒症的病原多样性；未通过粪菌移植（FMT）或无菌动物实验直接验证菌群与甘氨酸的因果关系；C5aR1与肠道菌群互作的具体分子机制尚待深入解析。然而，甘氨酸在肠和脑组织中协调抑制C5aR1表达的效果，为后续机制研究提供了重要方向。
综上所述，甘氨酸通过多靶点调控肠道微生态、肠屏障功能及补体通路，减轻脓毒症导致的WMI，为临床防治脓毒症相关脑损伤提供了新的候选策略和理论依据。
