《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Intermittent Fasting Alleviates Anesthesia/Surgery-Induced Delirium-Like Behavior in Aged Mice by Remodeling Gut Microbiota
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本研究揭示术前间歇性禁食（IF）通过重塑肠道菌群，维持短链脂肪酸（SCFAs）水平，进而改善海马线粒体动力学和功能，最终减轻老年小鼠麻醉/手术（A/S）诱导的谵妄样行为。粪菌移植（FMT）和SCFAs补充实验证实了肠道菌群及其代谢物的因果作用，为预防术后谵妄（POD）提供了非药物干预新策略。
间歇性禁食改善麻醉/手术诱导的老年小鼠谵妄样行为
1 引言
术后谵妄（POD）是老年患者常见的严重并发症。近年研究发现，POD与线粒体功能障碍密切相关。间歇性禁食（IF）作为一种流行的饮食限制模式，已被证明能增强线粒体功能并发挥神经保护作用，但其是否能预防POD及其具体机制尚不明确。肠道菌群作为饮食干预的重要靶点，可能在IF的神经保护效应中扮演关键角色。本研究旨在探讨术前IF对老年小鼠麻醉/手术（A/S）诱导的谵妄样行为的影响，并深入剖析其背后涉及肠道菌群-短链脂肪酸（SCFAs）-线粒体轴的作用机制。
2 实验方法
研究采用18月龄雌性C57BL/6小鼠。IF组小鼠接受为期30天的术前隔日禁食（24小时禁食，24小时自由进食），而随意饮食（AL）组则自由摄食。随后，小鼠接受七氟烷麻醉下的胫骨骨折内固定术以建立POD模型。通过埋藏食物测试、旷场试验和Y迷宫测试评估谵妄样行为。利用透射电子显微镜（TEM）观察海马突触和线粒体超微结构，并通过蛋白质印迹法（Western Blot）检测线粒体动力相关蛋白1（DRP1）、AMP活化蛋白激酶（AMPK）及过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC1α）的表达水平。同时，通过16S rRNA测序分析肠道菌群组成，气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测粪便SCFAs含量。为验证因果关联，研究进一步进行了粪菌移植（FMT）和SCFAs补充实验。
3 研究结果
3.1 IF缓解麻醉/手术诱导的谵妄样行为
行为学测试表明，A/S显著延长了老年小鼠在埋藏食物测试中的觅食潜伏期，减少了在旷场中心区域的停留时间及Y迷宫新臂探索时间，而术前IF有效逆转了这些行为缺陷。TEM和Western Blot结果进一步显示，IF-AS组小鼠海马区突触后致密物（PSD）的长度和宽度以及PSD-95蛋白表达水平均显著高于AL-AS组，提示IF对突触超微结构具有保护作用。
3.2 IF改善海马线粒体动力学障碍
TEM观察发现，AL-AS组小鼠海马神经元线粒体呈现小而圆、肿胀的碎片化形态，而IF预处理有效抑制了这种病理性线粒体分裂。分子水平上，AL-AS组海马线粒体中DRP1蛋白表达显著升高，同时总AMPK（p-AMPK）和PGC1α蛋白水平下降，IF干预则显著逆转了这些变化。功能上，IF缓解了A/S引起的海马组织ATP含量下降。这些结果表明IF可能通过激活AMPK-PGC1α通路抑制线粒体过度分裂，维持能量代谢稳态。
3.3 IF重塑肠道菌群并增强其手术应激耐受性
肠道菌群分析显示，A/S导致老年小鼠肠道菌群α多样性（Pielou指数、Shannon指数）显著降低，群落结构（β多样性）发生紊乱。IF预处理则显著增强了菌群对A/S应激的抵抗力。在菌群组成上，IF组小鼠术前即富集了Lactobacillaceae（如Ligilactobacillus和Limosilactobacillus），术后其菌群中Bifidobacterium、Prevotella等有益菌相对丰度更高，而机会致病菌Enterococcus的增殖受到抑制。
3.4 IF抑制术后粪便SCFAs下降并保护肠道屏障
GC-MS检测发现，A/S导致老年小鼠粪便总SCFAs（尤其是乙酸）水平显著降低，而IF干预有效阻止了这一下降趋势。同时，IF还减轻了A/S引起的肠道通透性（FITC-葡聚糖渗漏）增加和结肠杯状细胞数量减少，表明IF对肠道屏障功能具有保护作用。
3.5 粪菌移植证实IF的神经保护作用依赖于肠道菌群
将IF供体小鼠的肠道菌群移植给受体老年小鼠后，受体小鼠（F-IF+AS组）在经历A/S后，其谵妄样行为得到显著改善，海马突触超微结构保持更完整，线粒体形态更正常，DRP1表达降低，AMPK-PGC1α通路激活，ATP产量和线粒体膜电位也更高。这直接证明了IF的益处可通过肠道菌群转移。
3.6 SCFAs补充模拟IF的神经保护效应
直接补充SCFAs混合物（乙酸67.5 mM，丙酸40 mM，丁酸25 mM）能够复制IF的保护效果，显著改善A/S小鼠的行为学表现、海马突触完整性，并缓解线粒体分裂和功能障碍。
4 讨论
本研究证实，术前IF能通过重塑肠道菌群，维持术后SCFAs水平，进而通过SCFAs（可能通过体液途径或迷走神经信号）作用于海马，激活AMPK-PGC1α通路，抑制DRP1介导的线粒体过度分裂，改善线粒体功能，最终发挥对抗A/S诱导的谵妄样行为的神经保护作用。该研究揭示了“肠道菌群-SCFAs-线粒体”轴是IF发挥围术期神经保护作用的关键机制，为临床预防POD提供了潜在的营养干预新思路。研究局限性包括仅使用雌性老年小鼠、未明确SCFAs作用的具体通路（如是否依赖迷走神经）等，未来研究需进一步深入。
