5-羟色胺(5-HT)通过调节肠道菌群-免疫轴改善加速度暴露诱导的大鼠肠脑轴功能障碍及认知损伤

来源：作者：人气：-发表时间：2025-07-21 13:39:00【大中小】

摘要：本研究针对现代高性能战机加速度暴露(+10 Gz)导致的肠脑轴(GBA)功能障碍问题。

现代高性能战机机动飞行产生的+10 Gz高正加速度不仅会导致飞行员意识丧失，更会引发肠道屏障损伤和认知功能障碍。这种"机械力-肠道-大脑"的级联反应背后，隐藏着两个关键科学问题：加速度如何破坏肠道菌群与5-羟色胺(5-HT)代谢轴的动态平衡？这种失衡又如何通过神经炎症通路损害海马功能？空军医学中心麻醉科与空军医学中心研究部的研究团队在《Molecular Neurobiology》发表的研究，首次系统揭示了5-HT通过"微生物群-免疫-神经"三重通路改善加速度应激认知损伤的分子机制。

研究采用60只SD大鼠建立四组对照模型：对照组(0 Gz)、加速度暴露组(+10 Gz)、5-HT补充组(2.4%色氨酸)和5-HT耗竭组(0%色氨酸)。通过动物离心机实现+10 Gz/5min的加速度暴露，在6/24/72小时三个时间点进行水迷宫行为学测试、血清ELISA检测和16S rRNA测序分析。免疫荧光技术定量海马CA1区小胶质细胞标记物CD11b/Iba-1共定位率，结合LEfSe分析鉴定特征性菌群生物标志物。

图1 加速度暴露致肠脑轴功能障碍大鼠中5-羟色胺（5-HT）对认知功能的评估

学习记忆能力结果

加速度暴露使大鼠水迷宫逃避潜伏期延长3.5倍(111.88±7.96s vs 对照32.15±5.43s)，而5-HT补充组显著改善空间记忆(34.12±4.21s)。开放场实验显示+10 Gz组中央区域穿越次数减少55%(9.60±2.88 vs 对照21.4±8.26)，证实加速度应激导致探索行为抑制。

5-HT水平变化

ELISA检测显示+10 Gz组血清5-HT浓度随时间递减(6h114.20→72h102.65 ng/mL)，5-HT补充组则维持较高水平(130.08±2.74 ng/mL)。相关性分析揭示血清5-HT与海马IL-1β呈负相关(r=-0.65)，提示其抗炎作用。

神经炎症调控

加速度暴露使海马TNF-α升高82倍(5.56±0.40 vs 对照0.12±0.03 pg/mg)，5-HT补充显著抑制细胞因子释放(TNF-α降低16%)。免疫荧光显示+10 Gz组CD11b+小胶质细胞激活面积达45.6±4.8%，5-HT干预组降至19.7±2.3%。

肠道菌群重构

16S rRNA测序发现+10 Gz组厚壁菌/拟杆菌比值升高(62.1%:18.7% vs 对照48.3%:32.5%)，5-HT补充使乳杆菌丰度提升2.4倍(21.3% vs +10Gz组8.7%)。LEfSe分析鉴定出埃希菌-志贺菌(Desulfovibrionaceae)为加速度暴露特征菌(LDA=4.8)。

图2 研究构想：肠脑轴中双向通讯的作用机制

这项研究创新性地证实：5-HT通过调节色氨酸代谢关键酶TPH1(色氨酸羟化酶1)活性，双向调控"肠道菌群-免疫-海马"轴功能。一方面促进乳杆菌等益生菌增殖，维持肠道屏障完整性；另一方面通过5-HT1A受体抑制TLR4/NF-κB通路，减轻小胶质细胞M1型极化。该发现为开发基于菌群-5-HT轴调控的航空航天医学防护策略提供了理论依据，包括高色氨酸饮食(≥2.4g/天)和特定益生菌(Bifidobacterium longum APC1472)的联合干预方案。未来研究可进一步探索迷走神经电刺激在加速度应激中的时序调控作用。

参考资料

[1] Evaluation of 5-hydroxytryptamine (5-HT) on Cognitive Function in Rats with Gut-Brain Axis Dysfunction Following Acceleration Exposure