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目的通过观察益生菌对大鼠体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)术后认知功能和犬尿氨酸代谢通路相关分子的影响,探讨益生菌的脑和认知功能保护作用及可能机制。方法清洁级成年雄性SD大鼠48只,体重400~450g(由北部战区总医院医学实验动物科提供),随机分为4组分别是假手术组(S组)、益生菌+假手术组(P组)、CPB组(C组)和益生菌+CPB组(H组),各组又分为7天和28天两个亚组,每组6只。各组大鼠术前进行连续5天,每天4次的水迷宫训练。利用水迷宫进行定位航行试验,剔除智能低下或者不会游泳者,同时确保在实验开始前所有组别大鼠的认知功能无统计学差异。P组和H组大鼠术前一周,每天用金双歧(由双歧杆菌、嗜热链球菌和乳酸杆菌组成的三联活菌制剂,含活菌数1x10^8/g)2ml悬液灌胃,S组和C组用生理盐水2 ml灌胃。所有大鼠麻醉后均机械通气行动静脉穿刺,S组和P组不行体外循环;C组和H组行体外循环1h。各组大鼠于术后7天和28天行水迷宫测试,用SUPER MAZE小动物行为记录分析系统自动采集轨迹图像及数据后,立即麻醉下处死大鼠,无菌取静脉血,分离取出右侧海马。将右侧海马尾部用4%多聚甲醛溶液固定制作切片供光镜检测使用,其余海马组织放入冻存管置-80℃冰箱内保存。采用酶联免疫吸附(ELISA)测定血浆TNF-α、IFN-γ炎症因子的变化;高效液相色谱检测血浆中KYN、TRP浓度的变化;Western-blot检测脑组织中围术期认知功能障碍(perioperative postoperative cognitive dysfunction,PND)相关蛋白Aβ及Tau蛋白的变化。所有数据采用SPSS19.0统计软件处理,正态分布计量资料以均数±标准差((?)±S)表示,两亚组设计的实验结果分析采用独立样本T检验,多组设计的实验结果分析采用单因素方差分析,LSD法进行两两比较,以P<0.05为差异有统计学意义。结果一、各组大鼠Morris水迷宫结果(一)Morris水迷宫术前结果在定位巡航实验中,各组大鼠的潜伏期及游泳速度无显著差异(P>0.05)。在空间探索实验中,各组大鼠目标象限游泳距离、停留时间及穿越平台的次数无明显差异(P>0.05)。(二)Morris水迷宫术后结果在定位巡航实验中,与S组相比,P组在术后7天和28天的平均潜伏期明显缩短(P<0.05);C、H组在术后7天和28天的平均潜伏期均明显延长(P<0.05);与C组相比,H组在术后7天和28天的平均潜伏期明显缩短(P<0.05);各组术后28天平均潜伏期比7天稍有缩短,但差异无统计学意义(P>0.05)。各组术后28天游泳速度比7天虽有减慢,但差异无统计学意义(P>0.05)。在空间探索实验中,与S组相比,P组在术后7天和28天的总路程延长,穿越平台次数增加,停留时间也延长(P<0.05),C、H组在术后7天和28天的总路程缩短,穿越平台次数减少,停留时间也缩短(P<0.05);与C组相比,H组在术后7天和28天的总路程延长,穿越平台次数增加,停留时间也延长(P<0.05);与7天相比,各组术后28天总路程稍有延长,穿越平台次数略增多,停留时间略有延长,但差异无统计学意义(P>0.05)。二、各组大鼠海马病理形态学的变化S组和P组大鼠术后7天和28天海马CA1区椎体细胞排列紧密有序,胞浆染色浅、核仁明显、未见其他神经元变性特征;C组大鼠术后7天和28天海马CA1区椎体细胞排列疏松,胞浆染色不均匀,可见较多核固缩、核浓染的神经元;H组大鼠术后7天和28天海马CA1区椎体细胞轻度紊乱,胞浆染色较均匀,变性神经元略增多。三、各组大鼠海马Aβ和Tau蛋白表达的比较与S组相比,P组大鼠术后7天和28天海马Aβ蛋白和磷酸化Tau蛋白表达均明显降低(P<0.05),H、C组大鼠术后7天和28天海马Aβ蛋白和磷酸化Tau蛋白表达均明显升高(P<0.05);与C组相比,H组大鼠术后7天和28天海马Aβ蛋白和磷酸化Tau蛋白表达明显降低(P<0.05);与术后7天相比,各组大鼠术后28天海马Aβ蛋白和磷酸化Tau蛋白表达均稍有降低,但差异无统计学意义(P>0.05)。四、各组大鼠血浆TNF-α、IFN-γ浓度的比较与S组相比,P组大鼠术后7天血浆TNF-α、IFN-γ的浓度均降低,H、C组大鼠术后7天血浆TNF-α、IFN-γ的浓度均升高;与C组相比,H组大鼠术后7天血浆TNF-α、IFN-γ的浓度显著降低(P<0.05);与7天相比,各组术后28天血浆TNF-α、IFN-γ的浓度均降低且恢复术前正常水平。五、各组大鼠血浆犬尿氨酸Kyn/色氨酸Trp的比较与S组相比,P组大鼠术后7天和28天Kyn浓度降低,Trp浓度升高,Kyn/Trp比值降低(P<0.05);H、C组大鼠术后7天和28天Kyn浓度升高,Trp浓度降低,Kyn/Trp比值升高(P<0.05);与C组相比,H组大鼠术后7天和28天Kyn浓度降低,Trp浓度升高,Kyn/Trp比值显著降低(P<0.05);与术后7天相比,各组大鼠术后28天Kyn/Trp比值及Kyn浓度稍有降低,Trp浓度略有升高;但差异无统计学意义(P>0.05)。结论一、CPB术后系统炎症反应引起KP通路代谢异常可能是诱发PND的原因之一。二、益生菌可调控抗/促炎细胞因子平衡从而减轻炎症反应,降低Aβ蛋白及磷酸化Tau蛋白的表达,从而改善大鼠体外循环术后认知功能。三、益生菌可降低Kyn/Trp比值,即降低IDO酶活性,从而调节犬尿氨酸通路发挥脑保护作用。