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2025年5月23日，德國杜伊斯堡-埃森大學Vikramjeet Singh在Journal of Neuroinflammation發表：Gut microbiota deficiency reduces neutrophil activation and is protective after ischemic stroke，揭示了腸道微生物群缺失可降低中性粒細胞活化，并在缺血性腦卒中后起到保護作用。

中性粒細胞是在小鼠和人類發生缺血性腦卒中后容易被激活的免疫細胞。然而，腸道微生物群對中性粒細胞活化的影響及其在腦部炎癥損傷中的作用仍不清楚。作者發現，在無菌（GF）小鼠中自然定植正常微生物群會顯著激活中性粒細胞，并加重腦卒中的病理變化。與GF對照小鼠相比，定植后的Ex-GF腦卒中小鼠腦梗死面積明顯更大，感覺運動功能障礙也更嚴重。此外，在使用抗生素建立的腸道微生物群缺失小鼠模型中，作者發現微生物群減少會導致中性粒細胞表現為靜息狀態下表面受體上調、炎癥蛋白表達減少以及循環中中性粒細胞胞外陷阱（NETs）水平降低。這種中性粒細胞反應的“失活”狀態與腦內炎癥基因表達下降、腦血管血栓形成減少、腦梗死面積縮小以及行為功能障礙減輕密切相關。腸道微生物群在腦卒中后強烈影響中性粒細胞的激活，從而直接影響腦卒中的嚴重程度。

圖一 共生微生物驅動中性粒細胞激活，從而加重腦卒中的進展

首先，作者研究了腸道微生物定植對無菌小鼠在短暫性腦缺血卒中后中性粒細胞激活的影響。將無菌小鼠與特定無病原體小鼠共同飼養6周后，其糞便總DNA含量增加，盲腸體重比下降，表明腸道微生物成功定植。進一步使用多色流式細胞術分析發現，在腦卒中后，定植微生物的小鼠其血液、脾臟和骨髓中的中性粒細胞表面Ly6G表達顯著升高。此外，與無菌小鼠相比，定植后的Ex-GF小鼠血液、脾臟和骨髓中的白細胞功能相關抗原LFA-1表達也更高。定植微生物的Ex-GF腦卒中小鼠在血液和脾臟中CD62L+未成熟中性粒細胞比例略有下降，而在骨髓中無明顯變化；同時，血液和脾臟中CXCR4+活化型中性粒細胞的比例升高，但在骨髓中未見顯著差異。與無菌同窩小鼠相比，Ex-GF小鼠在腦卒中后表現出更大的腦梗死面積和更嚴重的行為功能障礙，但其血液、脾臟和骨髓中的中性粒細胞數量并無顯著差異。這些結果提示，腸道微生物的定植可能促進全身中性粒細胞的成熟，并在腦卒中后加劇組織損傷。

圖二 腸道微生物群的耗竭能夠解除中性粒細胞的激活，從而改善腦卒中的恢復情況

早期腸道微生物群與中性粒細胞的相互作用可以產生先天免疫記憶并保護宿主免受感染。為了研究常規飼養的SPF小鼠在微生物群耗竭情況下中性粒細胞激活和腦卒中嚴重程度的變化，作者使用抗生素混合物進行了為期三周的微生物群耗竭實驗。結果顯示，與微生物群充足的MiS小鼠相比，微生物群缺失的MiD小鼠循環中性粒細胞頻率降低，CD62L+未成熟中性粒細胞比例增加，CXCR2和CXCR4表達減少，表明中性粒細胞成熟受到抑制。兩組小鼠接受短暫性大腦中動脈閉塞（tMCAO）手術后分析發現，MiD小鼠表現出更小的腦梗死體積和更輕微的感覺運動功能障礙，且其缺血半球中的炎癥信號基因表達水平顯著降低，提示腸道微生物群耗竭減輕了腦部炎癥反應。在MiS小鼠中去除中性粒細胞減少了腦梗死面積，而在MiD小鼠中去除中性粒細胞反而增加了腦梗死面積，這表明未成熟的中性粒細胞可能具有神經保護作用。此外，作者還發現，去除中性粒細胞改變了小膠質細胞的形態學特征，表現為分枝數和突起長度增加，表明在缺乏中性粒細胞的情況下，小膠質細胞處于較低激活狀態。綜上所述，腸道微生物依賴的中性粒細胞激活會加劇腦卒中的損傷，而在微生物群缺失的小鼠中，未成熟的中性粒細胞似乎具備一定的腦組織保護功能，并通過調節小膠質細胞的激活狀態參與腦內免疫反應。這些發現揭示了腸道微生物群對中性粒細胞及腦卒中恢復的重要影響。

圖三 腸道微生物群促進活化中性粒細胞在缺血腦組織中的出現

接下來，作者研究了腸道微生物群的耗竭是否會影響中性粒細胞向缺血腦半球的浸潤及其成熟狀態。結果顯示，腸道微生物群缺失增加了腦內CD62L+未成熟中性粒細胞的比例，但總體中性粒細胞的浸潤水平和Ly6G表達未發生顯著變化。與MiS小鼠相比，MiD小鼠腦內浸潤的中性粒細胞表現出較低水平的成熟受體CXCR4和CD206表達，表明其成熟度降低。為進一步探究微生物群耗竭對腦內中性粒細胞功能的影響，作者對其蛋白質組變化進行了分析。通過對MiD和MiS小鼠腦內中性粒細胞進行比較性LFQ蛋白組學分析，在1%錯誤發現率（FDR）下共鑒定出4,778種蛋白，其中有714種蛋白在兩種條件下差異表達。GO分析顯示，MiS小鼠的中性粒細胞在“中性粒細胞脫顆粒”以及NF-κB、IL-1、MAPK等炎癥信號通路中顯著上調。在MiS小鼠中上調的379種蛋白中，包括MMP8、MMP9、幾丁質酶3樣蛋白1、S100-A11和甲酰肽受體2等典型的脫顆粒相關炎癥蛋白。此外，作者在MiS組的所有重復樣本中識別出一組MiD組中完全缺失的獨特蛋白，其中包括抗凋亡因子Mcl-1和參與中性粒細胞激活及促炎因子釋放的關鍵受體TLR-2。研究還發現MiS組中趨化因子誘導劑白三烯B4受體和轉錄因子IRF3水平升高，提示其在促進中性粒細胞募集和炎癥反應中的作用。同時，促炎介質IRAK1和IL1R2也在MiS組中富集，進一步表明腸道微生物群增強中性粒細胞炎癥反應的觀點。作者使用三維光片熒光顯微鏡分析了MiS和MiD腦卒中小鼠腦血管中的血小板聚集情況。成像數據顯示，在缺血腦微血管中，中性粒細胞與GP1bβ+血小板聚集體存在共定位，提示它們共同參與了再灌注失敗的過程。與MiD小鼠相比，MiS小鼠的缺血腦區表現出更嚴重的血管損傷和免疫細胞浸潤。通過基于表面渲染的體積分析方法定量缺血腦組織中的血小板聚集體體積后，作者發現MiD小鼠腦血管中GP1bβ+血小板聚集體的總體積顯著低于MiS小鼠。腸道微生物群通過促進中性粒細胞的成熟和炎癥表型，增強了其向缺血腦區的浸潤能力并誘發NET形成和血小板聚集，從而加劇腦部炎癥、血管損傷和梗死進展。而微生物群耗竭則導致中性粒細胞“失活”，表現為未成熟狀態、炎癥蛋白減少以及血小板聚集下降，最終減輕腦損傷并改善預后。這些結果進一步闡明了腸道微生物在調控神經炎癥和腦卒中病理過程中的關鍵作用。

綜上所述，腸道微生物群的耗竭減少了中性粒細胞的激活并改善了短暫性缺血性腦卒中后的恢復情況。值得注意的是，從微生物群缺失的腦卒中小鼠中去除中性粒細胞反而進一步增加了腦損傷的程度，這表明未成熟中性粒細胞通過某種尚未明確的機制發揮了有益作用。作者的研究結果提出了這樣一種可能性，即使用抗生素靶向腸道微生物群可能減少活化中性粒細胞對腦卒中患者的病情加重效應，這一假設應在臨床試驗中進行驗證。這為通過調節腸道微生物群來治療腦卒中提供了新的思路，并強調了深入理解腸道微生物與宿主免疫系統之間復雜相互作用的重要性。

文章來源

https://doi.org/10.1186/s12974-025-03448-w