脑缺血是全球第二大死亡和残疾原因，占中风病例的85%。当大脑的血液供应因颈动脉和椎动脉狭窄或阻塞而不足时，会导致脑组织坏死，并引发一系列病理过程，包括氧化应激、神经炎症和细胞凋亡。目前，溶栓和机械取栓是缺血性中风的主要治疗方法，但这些干预措施存在出血风险和其他并发症，且可能无法预防中风复发或完全恢复神经功能。因此，探索新的治疗模式迫在眉睫。

中医将脑缺血归类为“中风”范畴，认为其发病机制与“气血亏虚”“肝肾阴虚”“痰湿内阻”“瘀血阻络”等密切相关。中医理论认为，人体的气血运行不畅、脏腑功能失调是导致中风的重要原因。葛根（Pueraria lobata）具有清热解毒、生津止渴、升阳解肌等功效，在中医中被广泛用于治疗心血管和脑血管疾病。

南方医科大学科研团队从葛根中提取的超声降解葛根多糖（PLP-3），为神经科医生们带来了新的启发和希望。这项发表在《Ultrasonics Sonochemistry》杂志上的研究，深入探讨了PLP-3通过调节肠道菌群和LPS-TLR4通路改善小鼠缺血性脑损伤的机制，为临床治疗提供了新的理论依据。

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PLP-3改善MCAO小鼠的脑梗死面积和神经功能

研究结果显示，PLP-3能显著减少MCAO小鼠的脑梗死面积，从26.7%降低到17.7%。通过改良神经功能严重程度评分（mNSS）评估各组小鼠的神经功能，发现PLP-3处理组小鼠的神经功能评分得到改善，表明神经功能恢复。此外，PLP-3干预还减轻了MCAO小鼠的体重损失，从第4天开始，PLP-3干预组小鼠的体重下降得到缓解，表明小鼠的整体预后良好。

图2 PLP-3改善MCAO小鼠的脑梗死面积和神经功能

PLP-3调节MCAO小鼠的神经炎症

在经历脑缺血和缺氧后，MCAO小鼠表现出显著的神经元凋亡和微胶质介导的神经炎症。通过Nissl和HE染色方法评估PLP-3对MCAO小鼠大脑中神经元凋亡和炎症的影响，发现PLP-3干预显著减少了凋亡神经元的数量，减轻了大脑的病理变化，并修复了血脑屏障。

此外，研究人员还检测了各组小鼠血清中LPS、TNF-α和IL-1β的水平。与假手术组相比，MCAO小鼠血清中这些炎症因子的水平显著升高，而PLP-3干预显著降低了LPS含量，减少了TNF-α和IL-1β的水平，从而减轻了全身炎症。通过Western blotting检测各组小鼠大脑中TLR4和Myd88的表达水平，发现MCAO小鼠大脑中这些蛋白的表达显著上调，而PLP-3干预显著降低了这些蛋白的表达，从而抑制了TLR4信号通路的激活，减轻了大脑组织的炎症水平。

图3 PLP-3调节MCAO小鼠的神经炎症

PLP-3保护MCAO小鼠的肠道屏障

肠道屏障的破坏不仅影响肠道本身的完整性，还会对远处器官如免疫系统和神经系统产生系统性影响。研究人员通过HE染色和Alcian蓝染色评估PLP-3对肠道屏障的保护作用。结果表明，MCAO小鼠的肠道上皮组织出现结构损伤，而PLP-3干预改善了这些病理变化，增加了杯状细胞的数量，修复了受损的肠道黏膜。

肠道紧密连接蛋白如ZO家族和Occludin在维持肠道机械屏障方面起着关键作用。研究人员通过Western blot和qPCR实验检测了ZO-1和Occludin的蛋白和mRNA表达水平。结果表明，MCAO小鼠的ZO-1和Occludin表达下调，而PLP-3干预上调了这些蛋白的表达，从而恢复了肠道屏障的完整性。

图4 PLP-3保护MCAO小鼠的肠道屏障

PLP-3调节MCAO小鼠的肠道菌群

缺血性中风与肠道菌群的快速失调有关，主要表现为LPS产生菌肠杆菌科、机会性病原体Erysipelotrichales和葡萄球菌的富集。研究人员通过16S rRNA测序评估PLP-3对MCAO小鼠肠道菌群的影响。结果表明，MCAO小鼠的肠道菌群多样性降低，而PLP-3干预进一步降低了多样性指数，表明PLP-3使肠道菌群同质化，减少了多样性。

在物种组成分析中，研究人员发现MCAO小鼠中Corynebacterium、Streptococcus和Staphylococcus等机会性病原体的丰度增加，而PLP-3干预减少了这些机会性病原体的丰度，并显著富集了Lactobacillaceae和Lactobacillus。这种有益菌的富集可能解释了PLP-3干预后肠道菌群物种多样性降低的原因，因为有益菌的富集可能抑制了机会性病原体的生长。通过Lefse分析，研究人员进一步证实PLP-3干预通过促进Lactobacillus的生长和抑制机会性病原体来恢复MCAO小鼠的菌群失调。

图5 PLP-3调节MCAO小鼠的肠道菌群

PLP-3丰富了MCAO小鼠的SCFA水平

SCFAs是肠道菌群通过降解和利用膳食纤维产生的代谢产物，它们是肠道上皮细胞的直接能量来源，并在进入血液后改善神经炎症。研究人员通过GC-MS分析了各实验组小鼠粪便中的SCFAs，包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸。结果显示，与假手术组相比，MCAO组小鼠的丁酸、异丁酸和戊酸水平显著降低，而PLP-3干预显著增加了这些SCFAs的水平。此外，研究人员还进行了Spearman相关性分析，发现除了丁酸外，Lactobacillus属与所有升高的SCFAs水平呈正相关，而Corynebacterium、Streptococcus和Staphylococcus与某些SCFAs水平呈显著负相关。

图6 PLP-3丰富了MCAO小鼠的SCFA水平

PLP-3调节MCAO小鼠的代谢特征

为了进一步阐明PLP-3对MCAO小鼠肠道菌群相关代谢物的影响，研究人员采用LC-MS对小鼠盲肠内容物进行了非靶向代谢组学研究。OPLS-DA分析显示MCAO组和PLP-3组之间存在显著的代谢轮廓差异。基于VIP > 1和p < 0.05的筛选标准，PLP-3与MCAO组相比上调了78种代谢物，下调了58种代谢物。

通过KEGG富集分析，研究人员发现MCAO组和PLP-3组之间的代谢轮廓差异主要涉及以下途径：“氨基酸生物合成”、“蛋白质消化和吸收”、“矿物质吸收”、“D-氨基酸代谢”、“氨酰-tRNA生物合成”、“癌症中的中心碳代谢”、“精氨酸生物合成”等。通过随机森林分析，研究人员对差异代谢物在分类模型中的重要性进行了评分，并生成了热图以可视化每个样本中这些代谢物的丰度分布。

进一步分析发现，PLP-3干预增加了谷氨酰胺、精氨酸和组氨酸等氨基酸的水平，这些氨基酸可能通过减轻肠道炎症、促进肠道杯状细胞分化和保护中风后小鼠的肠道黏膜来发挥作用。此外，研究人员还发现了具有神经保护和抗氧化活性的代谢物，如黄酮类化合物Liquiritigenin和fisetin，以及植物来源的药物成分Curcumenol，这些成分可能通过抑制NF-κB通路来发挥其作用。这些发现表明，PLP-3补充不仅改善了肠道菌群，还改变了MCAO小鼠的肠道代谢轮廓，调节了氨基酸代谢，并富集了具有神经保护作用的有益代谢物。

图7 PLP-3调节MCAO小鼠的代谢特征

小结

本研究结果表明，通过超声辅助提取的葛根多糖PLP-3能够作为一种益生元，通过调节肠道菌群和代谢物，在多途径和多靶点上发挥改善缺血性脑损伤的作用。PLP-3通过富集肠道中的有益菌如乳酸杆菌，增加SCFAs的浓度，并改善肠道黏膜和机械屏障。通过减少LPS进入血液和抑制大脑中TLR-4的激活，PLP-3能够减轻大脑组织和全身的炎症水平，最终改善MCAO小鼠的脑梗死和神经功能恢复。

参考文献：

Zhang Y, Dou Z, Li S, Zhang H, Zeng S, Zuo X, Xiao Y, Zhang L, Li Z, Zhu Q, Zhang W, Niu H, Duan Q, Chen X, Li Z, Zhou H, Wang Q. An ultrasonic degraded polysaccharide extracted from Pueraria lobata ameliorate ischemic brain injury in mice by regulating the gut microbiota and LPS-TLR4 pathway. Ultrason Sonochem. 2025 Jan;112:107200. doi: 10.1016/j.ultsonch.2024.107200

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