基于肠道菌群-炎性途径探讨长期锰暴露致神经毒性的作用机制

With the quick development of modern industry, metal pollution in the environment is becoming more and more serious. Metals are transported in various ways in the ecosystem and can be accumulated in animal bodies through different intake pathways, resulting in death for animals and affecting the safety of animal food. It has been reported that chronic Mn exposure could cause neurotoxicity, eventually result in neurodegenerative diseases. Neurodegenerative diseases are related to imbalance of intestinal flora. And intestinal flora imbalance could promote chronic inflammation, which is related to neurodegenerative diseases through the gut-brain axis. Therefore, we put forward the scientific hypothesis: Mn exposure induced neurotoxicity is associated with the changing of intestinal flora; intestinal flora affects brain function by influencing the expression of inflammatory cytokines. The projects will construct Mn poisoning rat model, the structure and function of fecal flora will be researched using macro genomics, exploring the correlation between Mn neurotoxicity and intestinal microecological imbalance. The inflammatory cytokines (iNOS, TNF-α, NF-κB, COX-2 and PTGEs), β-amyloid and Tau protein in brain will be detected using RT-qPCR and Western blot. Exploring the neurotoxic mechanism of manganese through the intestinal flora - inflammatory pathway, and the results will provide theoretical for the prevention and control Mn poisoning through regulating intestinal microecological balance.

随着现代工业的发展，环境中的金属污染问题日益严重。金属以各种方式在生态系统中迁移循环，可通过不同的摄入途径积累于动物体，最终会导致动物死亡及影响动物性食品安全。研究发现，长期锰暴露可导致神经毒性，引起神经退行性病变；而肠道菌群失调促进慢性炎症，经肠-脑轴影响大脑，与神经退行性疾病有关。因此提出科学假设：锰暴露通过改变肠道菌群结构诱发神经毒性；肠道菌群通过影响循环系统中炎性细胞因子表达而影响大脑功能。本课题在建立锰暴露致神经毒性大鼠模型的基础上，拟应用宏基因组学方法对锰中毒大鼠肠道菌群进行结构和功能研究，探讨锰神经毒性与肠道菌群失衡的相关性；应用实时荧光定量PCR、免疫印迹等方法检测脑组织炎症因子、β-淀粉样蛋白和Tau蛋白表达，阐明肠道菌群失衡经炎性途径参与了锰致神经损伤的发生发展和作用机制，为通过肠道微生态调节防治锰中毒提供理论依据及实验基础。

随着现代工业的发展，环境中的金属污染问题日益严重。金属以各种方式在生态系统中迁移循环，可通过不同的摄入途径积累于动物体，最终会导致动物死亡及影响动物性食品安全。研究发现，长期锰暴露可导致神经毒性，引起神经退行性病变；而肠道菌群失调促进慢性炎症，经肠-脑轴影响大脑，与神经退行性疾病有关。因此提出科学假设：锰暴露通过改变肠道菌群结构诱发神经毒性；肠道菌群通过影响循环系统中炎性细胞因子表达而影响大脑功能。本研究发现锰可以富集于大脑，导致Aβ及Tau大量表达，造成海马变性和坏死。宏基因组学结果显示锰暴露降低了肠道细菌丰度，尤其是在普雷沃氏菌科、梭杆菌科和乳酸菌科。血浆代谢组学结果显示锰暴露改变了色胺代谢、牛磺脱氧胆酸代谢、羟基丙酮酸代谢和尿刊酸代谢。我们应用实时荧光定量PCR、免疫印迹、ELISA等方法检测了外周血及脑组织中的炎症细胞因子（IL-1β、IL-18、TNF-α、NF-κB等），结果显示锰暴露导致炎症因子大量表达，从而诱发神经毒性。我们将宏基因组学与代谢组学进行联合分析，发现某些细菌物种的丰度与色胺、牛磺脱氧胆酸、羟基丙酮酸和尿刊酸水平相关。与此同时，我们发现菌群移植通过重新塑造肠道菌群，可减轻炎症细胞因子表达，同时能够降低Aβ及Tau蛋白的水平，从而减轻锰暴露导致的神经毒性。这些发现强调了肠道菌群失调促进的神经炎症在锰暴露中的作用，突破了重金属暴露直接作用于机体的传统观念，并原创性的提出通过重塑肠道菌群来调控重金属锰暴露致神经毒性的新思路。该成果阐释了重金属锰暴露的致病机理，为调控重金属锰暴露提供了理论依据和全新的方法，具有重要的科学意义及应用价值。