肠道菌群通过激活小胶质细胞介导TLR4信号通路变化对癫痫调控机制的研究

Brain-gut axis is a two-way regulatory system that links brain and gastrointestinal functions. Gut microbiota is an important participant in the brain-gut axis and been proved necessary for microglia(MG) activation. Gut microbiota may affect the function of the central nervous system through metabolic, neurotransmitter, immune and endocrine. Our preliminary study found that microglia activation plays an important role in the occurrence and development of epilepsy by TLR4 signaling pathways. Though there is no reports about the gut microbiota as a regulatory role of epilepsy disease. Accordingly, we hypothesized that the gut microbiota can regulate the epilepsy by TLR4 signaling pathways through MG activation. Therefore, this subject intends to analyze the specific expression profiles of gut microbiota in the epilepsy model; to clarify the changes of gut microbiota in epilepsy affect the brain tissue, inflammatory response, animal behavior and neurotransmitters in the brain; to reveal the regulation mechanism of gut microbiota regulate the epilepsy by TLR4 signaling pathways through MG activation; to explore the application of fecal microbial transplantation in epilepsy. This study will explore the mechanism of epilepsy disease from the new viewpoint of gut microbiota, and provide new ideas for the prevention and treatment of epilepsy.

脑-肠轴是联系大脑和胃肠功能的双向调节系统。肠道菌群作为脑-肠轴的重要参与者，被证实系脑内小胶质细胞(MG)激活的必要条件，其可能通过代谢、神经、免疫和内分泌等途径影响中枢神经系统功能。我们前期研究发现，MG及其介导的TLR4信号通路激活可提高神经元兴奋性，导致癫痫易感性增加。但肠道菌群对癫痫疾病是否具有调控作用，目前国内外尚无研究报道。据此我们提出假设，肠道菌群通过调控MG激活，引起脑内炎症反应，特别是依赖MG的TLR4信号通路变化，从而影响癫痫的发生与发展。因此本课题拟从动物行为学、组织学及分子学等多层次，分析电点燃癫痫模型肠道菌群谱系的特异性；明确肠道菌群变化对癫痫大鼠行为学、脑组织变化的影响；揭示肠道菌群通过激活MG介导TLR4信号通路变化对癫痫的调控机制；并且初步探索粪便微生物移植在癫痫中的应用。本研究将从肠道菌群这个新视点探讨癫痫的发生及再发机制，为癫痫的防治、诊疗提供新思路。

脑-肠轴是联系大脑和胃肠功能的双向调节系统。肠道菌群作为脑-肠轴的重要参与者，通过代谢、神经、免疫等不同的途径影响中枢神经系统功能。为探索肠道菌群在癫痫疾病中的角色及作用，本课题组从动物行为学、组织学及分子生物学等多个维度进行了研究。（1）首先，我们分析了电点燃癫痫模型不同发作时期肠道菌群谱系的特异性及肠道短链脂肪酸的表达差异谱，并进行了生物学信息分析，发现在电点燃小时癫痫模型的不同时间点，肠道菌群谱系及短链脂肪酸表达谱均有变化；（2）之后我们利用抗生素抑制肠道菌群，明确了肠道菌群变化对癫痫行为学、MG活性及TLR4炎症通路均有影响；（3）同时，发现短链脂肪酸干预可改变癫痫小鼠脑内纤维组织发芽的变化及MG活性；（4）最后，我们进行了益生菌补充干预的实验，初步探讨了粪便微生物移植技术（FMT）在癫痫中的应用。. 在对实验数据进行分析过程中，我们意外发现两个脑-肠轴相关的延伸方向，并进行了课题设计研究。通过生物信息学分析发现，维生素D及铁死亡通路可能在癫痫的发生发展中参与了重要作用，于是（5）检测了小鼠在不同模型颞叶癫痫发生后不同时间点的脑内维生素D受体表达的变化，并通过不同剂量的维生素D喂养，验证了维生素D进食水平可能对癫痫产生影响；（6）同时，探索了PEBP1介导的铁死亡在癫痫发作及其认知障碍产生重要影响。再者，我们在数据分析中发现高脂饮食可能通过肠道菌群变化对小鼠认知功能产生影响，于是（7）建立了高脂饮食动物模型，检测了小鼠认知行为学，证实了FA对认知障碍的神经保护作用与抑制氧化应激和细胞凋亡有关；（8）最后，以重复轻度创伤性脑损伤（rmTBI）小鼠为研究对象，验证了丰富环境对脑损伤小鼠学习、记忆功能和海马组织神经细胞再生的影响。. 本课题研究从肠道菌群-脑肠轴个新研究角度探讨癫痫的发生及再发机制，得到了一些预期内、外的有意义的结果，有望为癫痫的防治、诊疗提供新的思路。