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Nature:间歇性禁食通过改变肠道菌群,促进神经损伤修复
来源:生物世界
哺乳动物和人类的
周围神经系统
(脑和脊髓以外的神经系统)
的神经元的损伤后的再生潜力受到缓慢的轴突再生率的严重限制。而运动和环境因素可以影响轴突再生的信号通路,其中一些通路可以通过
间歇性禁食
(Intermittent Fasting,IF)
来激活。
间歇性禁食
,
即交替进行禁食和摄食,
有许多研究表明,
禁食可以延长多种实验生物的寿命
。
许多前瞻性临床试验也表明,禁食可以减少与衰老相关的疾病的风险因素,包括心血管疾病,糖尿病和癌症等。禁食还可以增加对各种氧化应激的抵抗力,例如急性手术应激。此外,还有研究表明,禁食能够增强癌症治疗效果。
但间歇性禁食能否影响神经元轴突再生能力,仍有待探索。
近日,英国帝国理工学院的研究人员在国际顶尖学术期刊
Nature
上发表了题为:
The gut metabolite indole-3 propionate promotes nerve regeneration and repair
的研究论文。
这项研究首次证实了肠道菌群
生
孢梭菌的代谢产物
3-吲哚丙酸
(IPA
)
是神经元轴突再生所必需的
,
间歇性禁食
能够改变肠道菌群活性,促进 IPA 的产生,从而显著增强轴突再生,加速感觉功能的恢复。而且,
口服 IPA 即可发挥这一促进作用
。
研究团队表示,这项研究是在小鼠中进行的,但产生 IPA 的生孢梭菌同样存在于人类肠道菌群中,IPA 也同样存在于人类血液中,因此这项研究很可能对人类也同样适用。
该研究的通讯作者、帝国理工学院的
Simone Di Giovanni
教授表示,
目前除了手术重建外,没有针对神经损伤患者的有效治疗方法,而手术重建也仅对一小部分病例中有效,因此,研究团队尝试调查生活方式的改变是否有助于神经损伤后的康复。之前有研究显示,间歇性禁食与伤口修复和新神经元的生长有关,而这项研究是第一个准确解释禁食究竟是如何帮助神经修复的。
神经元结构
研究团队使用小鼠模型进行研究,这些小鼠的
坐骨神经
(从脊柱延伸到腿部的最长神经元)
被手术切断。一半的小鼠进行
间歇性禁食
(采用的是当天随意进食,隔天禁食的策略)
,另一半小鼠则不受限制自由禁食。这些饮食方式在手术前持续10天或30天,手术后24-72小时内检测它们的神经元恢复情况。
通过测量重新生长的轴突的长度,研究团队发现,在间歇性禁食的小鼠中,它们的轴突长度增加了约50%。
研究团队进一步调查了间歇性禁食是如何导致这种神经再生的。他们发现,在间歇性禁食的小鼠的血液中,
3-吲哚丙酸
(IPA
)
等特殊代谢产物的含量明显更高。IPA 是肠道中
生孢梭菌
(
Clostridium sporogenes
)
的代谢产物。
接下来,研究团队为了确认是否是 IPA 导致了神经修复,他们对小鼠进行抗生素治疗,清除了小鼠肠道菌群,然后再移植可产生 IPA 的生孢梭菌或基因修饰的不能产生 IPA 的生孢梭菌。结果显示,当小鼠肠道中没有
生孢梭菌且移植的
生孢梭菌不能产生 IPA 时,它们的神经再生能力就会受损。
这
表明生孢梭菌的代谢产物 IPA 具有轴突再生和修复神经损伤的能力。
从机制上讲,通过坐骨背根神经节的 RNA 测序分析表明,中性粒细胞趋化性在 IPA 依赖性再生表型中的作用,这一点通过抑制中性粒细胞趋化性得到了证实。这些结果证明了,肠道菌群代谢物
(例如 IPA)
通过免疫介导机制促进感觉轴突再生和功能恢复的能力。
更重要的是,研究团队在小鼠坐骨神经损伤后给予口服 IPA,在损伤后两到三周内即可观察到神经元轴突再生和恢复增加。
Simone Di Giovanni
教授表示,
这项研究开辟了一个全新领域,团队的后续目标是研究是否还有其他代谢产物发挥类似作用,以及人类禁食后 IPA 是否也会增加,是否也会发挥促进神经修复和轴突再生的作用,以及反复多次口服 IPA 是否能够更大程度发挥治疗效果。
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