基于微生物-肠-脑轴探讨三唑类杀菌剂对小鼠认知功能的影响及机制

Triazoles fungicide exposure may affect the central nervous system activity, but there is limited evidence between function changes and regulatory mechanisms. Recent reports have documented that intestinal microbiome are closely related to the cognitive behavior of the host and are important peripheral mechanisms for the regulation of neurological impairment. For this reason, this project aims to investigate the effects of triazole fungicides on cognitive function in mice based on microbiome-gut-brain axis. (1) We establish animal exposure model of triazole fungicides (tebuconazole and propiconazole), and examine the intestinal residues, learning and memory ability, synaptic structure and function in mice to clarify triazole fungicides-induced cognitive impairment effects and its dose-response relationship. (2) We investigate the diversity of gut bacteria and changes of intestinal metabolites through 16s rDNA high-throughput sequencing and metabolomics techniques to elucidate the perturbation of triazole fungicide exposure to intestinal homeostasis. (3) We analyze the levels of endocrine and cytokines in colon, plasma and hippocampus, combined with probiotic intervention experiments, to verify the mechanism of microbiome-gut-brain signal pathway modulating triazole fungicide-induced cognitive impairment. We will provide new perspective for scientifically evaluating the biosafety and protective treatment of triazole fungicides.

三唑类杀菌剂暴露可能与中枢神经系统损伤相关，但还缺乏功能和调控机制方面的证据。近期文献报道，肠道微生物与宿主认知行为密切相关，是调控神经功能损伤的重要外周机制。为此，本项目拟基于微生物-肠-脑轴探讨三唑类杀菌剂暴露对小鼠认知功能的影响。（1）建立三唑类杀菌剂（戊唑醇、丙环唑）动物暴露模型，考察暴露后杀菌剂肠道残留，小鼠学习记忆能力以及突触结构和功能变化，明确诱导认知损伤效应及其剂量效应关系。（2）利用16s rDNA高通量测序及代谢组学技术考察肠道菌群多样性及肠道内容物代谢产物变化，阐明三唑类杀菌剂暴露对肠道内稳态的扰动作用。（3）检测结肠、血浆以及海马组织中内分泌因子及细胞因子的表达，结合益生菌干预实验，确定微生物-肠-脑轴信号传导调控三唑类杀菌剂引发认知损伤的作用机制。旨在为科学评价三唑类杀菌剂生物安全性及防护治疗提供新的研究思路和方法。

三唑类杀菌剂暴露可能与中枢神经系统损伤相关，但还缺乏功能和调控机制方面的证据。近期文献报道，肠道微生物与宿主认知行为密切相关，是调控神经功能损伤的重要外周机制。为此，本项目基于微生物-肠-脑轴探讨三唑类杀菌剂暴露对小鼠认知功能的影响。主要结果：（1）建立三唑类杀菌剂戊唑醇动物暴露模型，发现暴露后戊唑醇能够在脑、血液、肠道、肝脏及心脏等多个组织器官蓄积，剂量依赖性诱导小鼠学习记忆能力以及突触结构和功能变化。（2）利用16s rDNA高通量测序发现，暴露显著增加厚壁菌/拟杆菌壁比率，干扰抑制性神经递质GABA、微管蛋白（Tau）、褪黑素（MT）、5-羟色胺（5-HT）及犬尿氨酸（KYN）等神经递质活性，提示戊唑醇暴露对肠道内稳态的扰动作用。（3）检测结肠、血浆及海马组织中免疫因子发现，戊唑醇暴露显著升高IL-1β及TNF-α表达，有趣的是，益生菌干预后，显著回调戊唑醇暴露诱导的系统性免疫因子的升高，缓解突触及认知功能障碍，明确基于免疫途径的微生物-肠-脑轴信号传导调控三唑类杀菌剂引发认知损伤的作用机制。此外，研究发现了基于脂质代谢和能量代谢调控的戊唑醇诱导机体损伤效应。通过上述结果，明确三唑类杀菌剂戊唑醇暴露增加认知损伤及机体代谢紊乱风险，建立早期检测和危险度评价指标，为污染地区污染控制和健康风险评估奠定实验基础，也为污染地区健康防护和临床治疗提供理论依据。