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目的:研究生酮饮食对高原低压低氧环境导致的小鼠认知功能障碍和脑组织损伤的保护作用,并初步探讨其可能的机制。方法:将C57BL/6小鼠随机分为常氧对照(NC)组、常氧生酮(NK)组、低氧对照(HC)组和低氧生酮(HK)组,利用低压氧舱模拟高原6000米低氧环境,运行时间约为24小时/天,昼夜比为12小时:12小时。HC组和HK组分别给予3周标准饮食和生酮饮食喂养后置于低压氧舱中,持续6天低氧处理,NC组和NK组分别给予3周标准饮食和生酮饮食喂养后置于常压常氧的舱外。采用病理染色观察海马组织病理学改变,水迷宫实验观察小鼠学习、记忆等认知功能的变化,蛋白免疫印迹(Western blot)实验观察线粒体分裂/融合蛋白在海马组织的表达变化,生物能量代谢分析(Seahorse)实验观察脑组织线粒体耗氧率(OCR)的变化。结果:1生酮饮食对高原低压低氧环境下小鼠认知功能障碍的影响1.1生酮饮食及高原低压低氧环境对小鼠基本体征的影响与普通饮食喂养相比,生酮饮食喂养后期可以降低小鼠的体重,增加小鼠血酮水平,增加小鼠血甘油三酯、血胆固醇水平,差异有统计学意义(P<0.01或P<0.05)。与常氧环境相比,低氧环境可以明显增加小鼠海马组织HIF-1α(hypoxia inducible factor-1α,低氧诱导蛋白-1α)蛋白的表达(P<0.05)。1.2生酮饮食及高原低压低氧环境对小鼠认知功能的影响水迷宫实验发现,与NC组相比,HC组小鼠穿越平台所在位置的次数减少(P<0.01),在平台所在象限停留的时间百分比减少(28.81±10.49 vs.17.96±7.08,P<0.05),在平台所在象限行动的路程百分比减少(30.21±8.91vs.20.75±5.16,P<0.05)。与HC组相比,HK组小鼠穿越平台所在位置的次数增加(P<0.05),在平台所在象限停留的时间百分比增加(17.96±7.08vs.26.36±8.40,P<0.05),在平台所在象限行动的路程百分比增加(20.75±5.16 vs.27.47±6.34,P<0.05)。1.3生酮饮食及高原低压低氧环境下小鼠海马组织病理性损伤的改变HE染色和尼氏染色病理实验发现,与NC组相比,HC组小鼠海马组织出现细胞排列疏松、细胞数量减少、齿状回部位细胞核固缩深染等病理性损伤。与HC组相比,HK组小鼠海马组织细胞排列逐渐整齐,细胞数量逐渐增多,齿状回部位核固缩深染的细胞数量逐渐减少。2生酮饮食对高原低压低氧环境下小鼠海马组织线粒体功能的作用2.1生酮饮食及高原低压低氧环境下小鼠海马组织线粒体分裂/融合相关蛋白的表达变化Western blot实验发现,与NC组相比,HC组小鼠海马组织MFN1(mitochondrial fusion protein 1,线粒体融合蛋白1)蛋白的表达降低(P<0.05),FIS1(mitochondrial fission protein 1,线粒体分裂蛋白1)蛋白的表达增加(P<0.05)。与HC组相比,HK组小鼠海马组织MFN1蛋白的表达增加,FIS1蛋白的表达降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。2.2生酮饮食及高原低压低氧环境对小鼠脑组织线粒体氧化呼吸能力的影响Seahorse实验发现,与NC组相比,HC组小鼠脑组织由ADP(二磷酸腺苷)刺激引起的线粒体耗氧率降低(P<0.01),由FCCP(羧基-氰-对三氟甲氧基)刺激引起的线粒体耗氧率降低(P<0.05)。与HC组相比,HK组小鼠脑组织由ADP刺激引起的线粒体耗氧率增加(P<0.05),由FCCP刺激引起的线粒体耗氧率增加,差异没有统计学意义。结论:高原低压低氧环境可以引起小鼠脑组织损伤和认知功能障碍,而生酮饮食能有效预防高原低氧导致的脑组织损伤和认知功能障碍,其机制可能是生酮饮食通过改善低氧下小鼠海马组织线粒体分裂/融合平衡以及线粒体氧化呼吸能力来改善小鼠海马组织线粒体功能,从而改善高原低压低氧下导致的小鼠海马组织的损伤和认知功能障碍。