2025年5月23日，德国杜伊斯堡-埃森大学Vikramjeet Singh在Journal of Neuroinflammation发表：Gut microbiota deficiency reduces neutrophil activation and is protective after ischemic stroke，揭示了肠道微生物群缺失可降低中性粒细胞活化，并在缺血性脑卒中后起到保护作用。 中性粒细胞是在小鼠和人类发生缺血性脑卒中后容易被激活的免疫细胞。然而，肠道微生物群对中性粒细胞活化的影响及其在脑部炎症损伤中的作用仍不清楚。作者发现，在无菌（GF）小鼠中自然定植正常微生物群会显著激活中性粒细胞，并加重脑卒中的病理变化。与GF对照小鼠相比，定植后的Ex-GF脑卒中小鼠脑梗死面积明显更大，感觉运动功能障碍也更严重。此外，在使用抗生素建立的肠道微生物群缺失小鼠模型中，作者发现微生物群减少会导致中性粒细胞表现为静息状态下表面受体上调、炎症蛋白表达减少以及循环中中性粒细胞胞外陷阱（NETs）水平降低。这种中性粒细胞反应的“失活”状态与脑内炎症基因表达下降、脑血管血栓形成减少、脑梗死面积缩小以及行为功能障碍减轻密切相关。肠道微生物群在脑卒中后强烈影响中性粒细胞的激活，从而直接影响脑卒中的严重程度。
图一 共生微生物驱动中性粒细胞激活，从而加重脑卒中的进展 首先，作者研究了肠道微生物定植对无菌小鼠在短暂性脑缺血卒中后中性粒细胞激活的影响。将无菌小鼠与特定无病原体小鼠共同饲养6周后，其粪便总DNA含量增加，盲肠体重比下降，表明肠道微生物成功定植。进一步使用多色流式细胞术分析发现，在脑卒中后，定植微生物的小鼠其血液、脾脏和骨髓中的中性粒细胞表面Ly6G表达显著升高。此外，与无菌小鼠相比，定植后的Ex-GF小鼠血液、脾脏和骨髓中的白细胞功能相关抗原LFA-1表达也更高。定植微生物的Ex-GF脑卒中小鼠在血液和脾脏中CD62L+未成熟中性粒细胞比例略有下降，而在骨髓中无明显变化；同时，血液和脾脏中CXCR4+活化型中性粒细胞的比例升高，但在骨髓中未见显著差异。与无菌同窝小鼠相比，Ex-GF小鼠在脑卒中后表现出更大的脑梗死面积和更严重的行为功能障碍，但其血液、脾脏和骨髓中的中性粒细胞数量并无显著差异。这些结果提示，肠道微生物的定植可能促进全身中性粒细胞的成熟，并在脑卒中后加剧组织损伤。
图二 肠道微生物群的耗竭能够解除中性粒细胞的激活，从而改善脑卒中的恢复情况 早期肠道微生物群与中性粒细胞的相互作用可以产生先天免疫记忆并保护宿主免受感染。为了研究常规饲养的SPF小鼠在微生物群耗竭情况下中性粒细胞激活和脑卒中严重程度的变化，作者使用抗生素混合物进行了为期三周的微生物群耗竭实验。结果显示，与微生物群充足的MiS小鼠相比，微生物群缺失的MiD小鼠循环中性粒细胞频率降低，CD62L+未成熟中性粒细胞比例增加，CXCR2和CXCR4表达减少，表明中性粒细胞成熟受到抑制。两组小鼠接受短暂性大脑中动脉闭塞（tMCAO）手术后分析发现，MiD小鼠表现出更小的脑梗死体积和更轻微的感觉运动功能障碍，且其缺血半球中的炎症信号基因表达水平显著降低，提示肠道微生物群耗竭减轻了脑部炎症反应。在MiS小鼠中去除中性粒细胞减少了脑梗死面积，而在MiD小鼠中去除中性粒细胞反而增加了脑梗死面积，这表明未成熟的中性粒细胞可能具有神经保护作用。此外，作者还发现，去除中性粒细胞改变了小胶质细胞的形态学特征，表现为分枝数和突起长度增加，表明在缺乏中性粒细胞的情况下，小胶质细胞处于较低激活状态。综上所述，肠道微生物依赖的中性粒细胞激活会加剧脑卒中的损伤，而在微生物群缺失的小鼠中，未成熟的中性粒细胞似乎具备一定的脑组织保护功能，并通过调节小胶质细胞的激活状态参与脑内免疫反应。这些发现揭示了肠道微生物群对中性粒细胞及脑卒中恢复的重要影响。
图三 肠道微生物群促进活化中性粒细胞在缺血脑组织中的出现 接下来，作者研究了肠道微生物群的耗竭是否会影响中性粒细胞向缺血脑半球的浸润及其成熟状态。结果显示，肠道微生物群缺失增加了脑内CD62L+未成熟中性粒细胞的比例，但总体中性粒细胞的浸润水平和Ly6G表达未发生显著变化。与MiS小鼠相比，MiD小鼠脑内浸润的中性粒细胞表现出较低水平的成熟受体CXCR4和CD206表达，表明其成熟度降低。为进一步探究微生物群耗竭对脑内中性粒细胞功能的影响，作者对其蛋白质组变化进行了分析。通过对MiD和MiS小鼠脑内中性粒细胞进行比较性LFQ蛋白组学分析，在1%错误发现率（FDR）下共鉴定出4,778种蛋白，其中有714种蛋白在两种条件下差异表达。GO分析显示，MiS小鼠的中性粒细胞在“中性粒细胞脱颗粒”以及NF-κB、IL-1、MAPK等炎症信号通路中显著上调。在MiS小鼠中上调的379种蛋白中，包括MMP8、MMP9、几丁质酶3样蛋白1、S100-A11和甲酰肽受体2等典型的脱颗粒相关炎症蛋白。此外，作者在MiS组的所有重复样本中识别出一组MiD组中完全缺失的独特蛋白，其中包括抗凋亡因子Mcl-1和参与中性粒细胞激活及促炎因子释放的关键受体TLR-2。研究还发现MiS组中趋化因子诱导剂白三烯B4受体和转录因子IRF3水平升高，提示其在促进中性粒细胞募集和炎症反应中的作用。同时，促炎介质IRAK1和IL1R2也在MiS组中富集，进一步表明肠道微生物群增强中性粒细胞炎症反应的观点。作者使用三维光片荧光显微镜分析了MiS和MiD脑卒中小鼠脑血管中的血小板聚集情况。成像数据显示，在缺血脑微血管中，中性粒细胞与GP1bβ+血小板聚集体存在共定位，提示它们共同参与了再灌注失败的过程。与MiD小鼠相比，MiS小鼠的缺血脑区表现出更严重的血管损伤和免疫细胞浸润。通过基于表面渲染的体积分析方法定量缺血脑组织中的血小板聚集体体积后，作者发现MiD小鼠脑血管中GP1bβ+血小板聚集体的总体积显著低于MiS小鼠。肠道微生物群通过促进中性粒细胞的成熟和炎症表型，增强了其向缺血脑区的浸润能力并诱发NET形成和血小板聚集，从而加剧脑部炎症、血管损伤和梗死进展。而微生物群耗竭则导致中性粒细胞“失活”，表现为未成熟状态、炎症蛋白减少以及血小板聚集下降，最终减轻脑损伤并改善预后。这些结果进一步阐明了肠道微生物在调控神经炎症和脑卒中病理过程中的关键作用。 综上所述，肠道微生物群的耗竭减少了中性粒细胞的激活并改善了短暂性缺血性脑卒中后的恢复情况。值得注意的是，从微生物群缺失的脑卒中小鼠中去除中性粒细胞反而进一步增加了脑损伤的程度，这表明未成熟中性粒细胞通过某种尚未明确的机制发挥了有益作用。作者的研究结果提出了这样一种可能性，即使用抗生素靶向肠道微生物群可能减少活化中性粒细胞对脑卒中患者的病情加重效应，这一假设应在临床试验中进行验证。这为通过调节肠道微生物群来治疗脑卒中提供了新的思路，并强调了深入理解肠道微生物与宿主免疫系统之间复杂相互作用的重要性。  https:///10.1186/s12974-025-03448-w |
|
|
