编辑推荐：
本研究发现，微生物代谢物4-羟基苄醇（4-HBA）可通过上调NF-κB抑制蛋白NKIRAS2，抑制NF-κB信号通路的激活，进而减轻高脂饮食诱导的神经炎症、突触损伤和线粒体功能障碍，最终改善小鼠的抑郁样行为。该研究揭示了代谢紊乱与情绪障碍共病的新机制，为开发靶向神经炎症的双效代谢干预策略提供了实验依据。
高脂饮食诱导小鼠产生抑郁样行为与脑损伤
研究采用雄性C57BL/6J小鼠，分别给予正常饲料（NCD）或高脂饮食（HFD）喂养。结果表明，HFD喂养成功诱导了小鼠的高脂血症表型，其血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平显著升高，而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低。在行为学测试中，HFD喂养小鼠表现出明显的抑郁样行为，包括蔗糖偏好率降低（快感缺乏）、强迫游泳实验（FST）和悬尾实验（TST）中的不动时间延长，以及在旷场实验（OFT）中中心区域停留时间、站立次数和总运动距离减少。透射电镜（TEM）分析显示，HFD小鼠海马区出现突触丢失和线粒体超微结构损伤，包括线粒体膜完整性破坏和嵴断裂。免疫荧光结果显示，突触前标记物突触素（SYN）和突触后标记物PSD95蛋白的表达也显著下调，印证了突触结构与功能的损害。
高脂饮食粪菌移植引发抑郁样行为并伴随脑代谢组改变
通过粪菌移植（FMT）实验，研究人员将接受高脂饮食小鼠的粪便悬液（HF）或其高压灭菌处理后的悬液（AHF）移植给经抗生素预处理的小鼠。行为学测试发现，与移植正常饮食粪便（NF）的小鼠相比，HF和AHF组小鼠均表现出抑郁样行为加剧，包括TST和FST不动时间延长、OFT中心区域时间减少以及蔗糖偏好降低。值得注意的是，AHF组也诱发了类似的行为表型，提示热稳定的微生物代谢物在其中起关键作用。对AHF与NF组小鼠脑组织进行的非靶向代谢组学分析显示，AHF组脑中4-羟基苄醇（4-HBA）水平显著降低。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析提示，差异代谢物富集于酪氨酸代谢、肾素-血管紧张素系统等与炎症和代谢相关的通路。基于4-HBA已知的抗炎和神经保护作用，研究人员将其确定为后续机制研究的核心目标分子。
4-HBA改善高脂饮食小鼠的高脂血症和抑郁样症状
在高脂饮食诱导的小鼠模型中，腹腔注射4-HBA（40 mg/kg/天）干预4周。结果显示，4-HBA治疗显著抑制了HFD引起的小鼠体重过度增加，并改善了其抑郁样行为：恢复了蔗糖偏好，缩短了TST不动时间，增加了OFT中的总运动距离和中心区域时间。协方差分析（ANCOVA）表明，这些行为改善独立于体重变化。在代谢层面，4-HBA降低了HFD小鼠升高的血清TC和LDL-C水平，减轻了白色脂肪组织（iWAT, pWAT, eWAT）的肥大和脂肪指数，改善了肝脏脂肪变性。组织学检查发现，4-HBA治疗还减轻了HFD引起的小鼠海马神经元排列紊乱、细胞间隙增宽及神经元萎缩等病理改变。TEM分析进一步证实，4-HBA恢复了HFD小鼠海马的突触结构和线粒体形态。长期（6个月）给药未在主要器官中引起可检测的病理改变，表明4-HBA具有良好的生物安全性。药代动力学实验证实，腹腔注射后4-HBA能够穿过血脑屏障进入脑组织， albeit 脑内暴露量有限。
4-HBA在体内外模型中减轻炎症反应
对小鼠脑组织进行转录组和蛋白质组学联合分析发现，4-HBA处理逆转了HFD引起的大量差异表达基因和蛋白。基因本体（GO）富集分析显示，这些分子主要富集于对外界刺激反应、细胞趋化等生物过程。Western blot验证发现，4-HBA下调了炎症相关蛋白BDKRB1和EOMES，而上调了CREB3L3、CDH1和LDOC1。尤为重要的是，定量蛋白质组学（4D-DIA）分析鉴定出NF-κB抑制蛋白NKIRAS2和FKBP样蛋白（FKBPL）是受4-HBA调控的关键蛋白。4-HBA治疗阻止了HFD引起的脑内NKIRAS2蛋白下调，并同时上调了NKIRAS2和FKBPL。在脂多糖（LPS）刺激的BV2小胶质细胞中，4-HBA处理也显著增加了NKIRAS2的蛋白和mRNA水平。在炎症因子检测中，4-HBA显著降低了HFD小鼠血清和脑组织中的促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-6（IL-6）、白介素-1β（IL-1β）水平，同时上调了脑内的抗炎细胞因子IL-4、IL-10以及脑源性神经营养因子（BDNF）。在LPS刺激的BV2细胞中，4-HBA处理同样抑制了NO、TNF-α、IL-6、IL-1β的释放及其mRNA（iNOS, TNF-α, IL-6, IL-1β）表达，并提升了IL-4和IL-10的蛋白水平。通过条件培养基共培养体系进一步证明，来自经4-HBA处理的BV2细胞的条件培养基，能够减轻LPS刺激对HT22神经元细胞活力的损害和凋亡，并抑制其促炎介质的释放。
4-HBA通过NKIRAS2/NF-κB通路减轻神经炎症
机制研究表明，4-HBA处理显著抑制了HFD小鼠脑内NF-κB信号通路的激活，表现为磷酸化IKKα+β、IκBα和NF-κB p65蛋白水平的降低。同时，4-HBA还上调了TGF-β1和磷酸化SMAD2/3，下调了RAS和磷酸化MEK1/2。为了明确NKIRAS2的关键作用，研究者在BV2细胞和器官型脑片培养物（OBSC）中分别利用小干扰RNA（siRNA）和短发夹RNA（shRNA）敲低了Nkiras2。结果显示，在Nkiras2被敲低后，4-HBA无法再上调NKIRAS2表达，其抑制IKKα+β、IκBα和NF-κB p65磷酸化的效应被取消。同时，4-HBA对促炎因子（iNOS, TNF-α, IL-6, IL-1β）的上调抑制作用及对抗炎因子（IL-4, IL-10）和BDNF的促进作用也完全消失。免疫荧光实验进一步证实，Nkiras2敲低削弱了4-HBA对LPS诱导的NF-κB p65核转位的抑制作用。此外，4-HBA还能调控小胶质细胞表型，在体内外模型中降低M1型标记物CD86的表达，同时提高M2型标记物CD206的表达，而这一调控作用同样依赖于NKIRAS2。对公共转录组数据集（GSE101521）的分析发现，重度抑郁症（MDD）患者脑中NKIRAS2基因表达下调，且差异表达基因显著富集于炎症反应和NF-κB信号通路，这为研究发现的临床相关性提供了支持。
结论
综上所述，本研究发现肠道微生物代谢物4-HBA是高脂饮食诱导的代谢紊乱、抑郁样行为和神经炎症的关键调节因子。4-HBA通过上调NKIRAS2，抑制NF-κB信号通路的激活，进而减轻神经炎症、调节小胶质细胞极化、保护突触和线粒体功能，最终改善高脂血症相关的抑郁样表型。该研究不仅阐明了代谢与情绪障碍共病的一种新机制，也为开发以NKIRAS2/NF-κB通路为靶点的抗炎抗抑郁策略提供了重要的实验依据和先导分子。
