《Free Radical Biology and Medicine》：Luteolin rescues high-fat diet-induced hippocampal mitochondrial oxidative stress and cognitive decline by regulating gut microbiota-kynurenine-aryl hydrocarbon receptor axis
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安晓斌|李晨宏|柴雅妮|王汉祥|杨龙凯|秦龙|索普伦·莉迪娅·A.|加夫里洛娃·娜塔莉娅·尤.|文正超|徐金城|李清水|杨丹|李伟|郭俊楠|李月欣|王宁|余航中国黑龙江省哈尔滨市哈尔滨医科大学药学院第二附属医院药学系及药理学系（寒区心血管疾病国家重点实验室SKLFZCD），邮编1
安晓斌|李晨宏|柴雅妮|王汉祥|杨龙凯|秦龙|索普伦·莉迪娅·A.|加夫里洛娃·娜塔莉娅·尤.|文正超|徐金城|李清水|杨丹|李伟|郭俊楠|李月欣|王宁|余航
中国黑龙江省哈尔滨市哈尔滨医科大学药学院第二附属医院药学系及药理学系（寒区心血管疾病国家重点实验室SKLFZCD），邮编150081
摘要
高脂饮食（HFD）引起的肠道菌群失调会加剧海马体线粒体氧化应激，这是导致突触功能障碍和认知能力下降的关键因素。然而，将肠道微生物变化与大脑氧化还原失衡联系起来的分子机制尚不明确，这限制了治疗策略的发展。本研究显示，木犀草素通过调节肠道微生物群-犬尿氨酸（Kyn）-芳烃受体（AhR）轴并改善线粒体氧化还原平衡，从而减轻了HFD引起的认知障碍。木犀草素治疗改善了小鼠的记忆缺陷和代谢异常，这些效果在肠道微生物群被清除后显著减弱，并且可以通过粪便微生物群移植传递。与此机制一致的是，木犀草素抑制了变形菌门（如大肠杆菌）的扩张，减少了肠道脂多糖（LPS）的泄漏，并使结肠吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）的表达恢复正常。因此，木犀草素减少了外周和海马体中的Kyn积累，从而限制了AhR向细胞核的转位，防止了与线粒体呼吸链损伤相关的AhR靶基因的异常转录。功能上，木犀草素恢复了海马体线粒体的能量代谢，减轻了病理性的活性氧（ROS）负荷，并保持了突触的长时程增强（LTP）。木犀草素对线粒体氧化损伤和认知能力下降的保护作用可以通过抑制AhR来模拟，而通过外源性Kyn补充则可以消除这种作用。总体而言，我们的发现表明肠道变形菌门-Kyn-AhR信号通路是HFD条件下海马体线粒体氧化应激的重要因素。木犀草素作为一种针对肠道微生物群的抗氧化剂，通过纠正这种肠道-大脑的氧化还原传递机制，显示出保护认知功能的潜力。
引言
长期摄入高脂饮食（HFD）是认知功能下降的主要环境风险因素[1,2]。虽然全身炎症和胰岛素抵抗是脂质过载的典型后果，但越来越多的证据表明，海马体线粒体氧化应激是HFD模型中突触损伤的直接原因[[3], [4], [5]]。过多的脂质流入会破坏线粒体电子传递链的效率，导致电子泄漏和活性氧（ROS）的激增。这种线粒体氧化还原失衡不仅耗尽了对突触可塑性至关重要的三磷酸腺苷（ATP）储备，还会触发氧化敏感的信号级联反应，从而损害长时程增强（LTP）[6,7]。尽管氧化损伤在饮食引起的认知下降中起着核心作用，但在HFD背景下引发海马体线粒体功能障碍的上游生理机制仍不完全清楚。
木犀草素是一种多酚类黄酮，富含于芹菜、西兰花和洋甘菊中，以其强大的自由基清除能力和金属螯合特性而闻名[8]。除了直接的化学抗氧化作用外，木犀草素还调节细胞内的氧化还原信号通路，特别是在神经毒性模型中通过激活核因子红系2相关因子2（Nrf2）介导的抗氧化反应元件并维持线粒体膜电位[9,10]。然而，木犀草素的口服生物利用度相对较低[11,12]，这提示其显著的体内神经保护作用可能是通过重塑肠道微环境间接实现的，而不仅仅是通过直接进入神经元。虽然木犀草素已被证明可以改变代谢性肝病中的微生物群结构[13,14]，但尚不清楚这种肠道微生物群重塑是否能在HFD挑战期间改善大脑的线粒体氧化还原平衡和认知结果。
肠道-大脑轴为饮食中的脂质压力与海马体氧化损伤提供了合理的联系途径。HFD摄入促进了革兰氏阴性变形菌门（包括黏附侵袭性大肠杆菌（E. coli））的菌群失调，从而增加了肠道通透性和脂多糖（LPS）进入血液循环[15,16]。值得注意的是，LPS是肠道上皮细胞和免疫细胞中吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）的强效诱导剂。IDO1的激活使饮食中的色氨酸（Trp）代谢偏离血清素生成，转向犬尿氨酸（Kyn）的合成[16]。与Trp不同，外周Kyn可以通过大型中性氨基酸转运蛋白轻松穿过血脑屏障（BBB）[17]。作为芳烃受体（AhR）的典型激活剂，Kyn已被证明可以激活AhR信号通路，导致神经元线粒体功能障碍和ROS积累[18]。因此，变形菌门-LPS-IDO1-Kyn-AhR级联可能代表了将肠道菌群失调与大脑氧化应激联系起来的新途径。
在这项研究中，我们探讨了木犀草素通过拦截这一肠道-大脑信号通路来减轻HFD引起的认知障碍的假设，以保护海马体线粒体的氧化还原完整性。通过使用抗生素介导的微生物群清除、粪便微生物群移植和大肠杆菌定植模型，我们提供了证据表明，木犀草素的抗氧化和神经保护作用至少部分是通过抑制变形菌门相关的Kyn产生来实现的。我们的发现揭示了由微生物群调控的海马体线粒体氧化应激机制，并将木犀草素定位为一种能够在中度饮食代谢压力下恢复认知韧性的针对肠道微生物群的抗氧化剂。
章节片段
动物与处理方法
动物：雄性C57BL/6小鼠（8周龄，体重20±2克），购自辽宁长盛生物技术有限公司（中国本溪）。小鼠在受控条件下饲养（23±1°C，55±5%湿度，12小时光照/黑暗周期），可自由获取高压灭菌水和标准饲料。所有实验方案均获得了哈尔滨医科大学动物护理和使用委员会（IACUC）的批准（批准编号IRB3000722），并严格遵守欧盟指令
木犀草素减轻小鼠高脂饮食引起的认知障碍
为了评估木犀草素对HFD引起的认知功能障碍的神经保护作用，C57BL/6小鼠被喂食高脂饮食，并口服给予木犀草素（5、10或20毫克/千克）持续12周（图1A）。与野生型（WT）对照组相比，HFD喂养的小鼠从第2周开始体重显著增加，并持续到第12周（图1B–D）。10毫克/千克和20毫克/千克的木犀草素处理有效抑制了HFD引起的体重增加，其中10毫克/千克的效果最佳
讨论
本研究揭示了一种新的肠道-大脑氧化还原传递机制，通过这种机制，饮食中的黄酮类化合物木犀草素在HFD挑战下维持了海马体线粒体的氧化还原平衡和认知功能。虽然木犀草素的神经保护作用之前被归因于其直接的抗氧化活性或激活神经元PPARγ和Nrf2通路[[8], [9], [10]]，但我们的发现建立了一种以肠道为中心的补充机制。我们表明，木犀草素的效果依赖于
结论
总之，本研究确定了肠道微生物群-变形菌门-Kyn-AhR通路是饮食中脂质过量情况下海马体线粒体氧化应激的重要途径（图9）。至少部分通过抑制变形菌门的扩张和限制促氧化剂AhR配体Kyn向大脑的供应，木犀草素起到了“远程控制”线粒体氧化还原平衡的作用。这种与微生物群相关的机制补充了已知的直接作用
CRediT作者贡献声明
安晓斌：资金获取、初稿撰写、审稿与编辑。李晨宏：研究、方法学、初稿撰写、审稿与编辑。柴雅妮：方法学、初稿撰写。王汉祥：研究、方法学。杨龙凯：数据管理。秦龙：数据管理。索普伦·莉迪娅·A.数据管理。加夫里洛娃·娜塔莉娅·尤.数据管理。文正超：研究。徐金城：数据管理、方法学。李清水：方法学。
利益冲突
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国自然科学基金（82501458）的支持（资助给安晓斌）。
