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2024年11月23日，比利时鲁汶药物研究所Amandine Everard团队在Journal of Neuroinflammation发表“TLR4-dependent neuroinflammation mediates LPS-driven food-reward alterations during high-fat exposure”，揭示了TLR4依赖性神经炎症介导高脂暴露期间LPS驱动的食物奖赏改变。
肥胖已经成为全球性的大流行病，它在食物消费的稳态和享乐/奖赏方面都发生了显著变化。近期的研究发现肠道微生物在肥胖背景下调节奖赏系统方面发挥了作用。本研究探讨了脂多糖（LPS）诱导的神经炎症在高脂饮食（HFD）暴露后奖赏系统失调中的关键作用。LPS通过TLR4激活引发中枢神经系统的炎症反应。通过一系列与食物奖赏相关的行为范式以及使用针对多巴胺回路的药物，作者研究了在雄性小鼠HFD喂养期间奖赏失调发展相关的机制。研究表明，短期暴露于高脂饮食（24小时）倾向于影响食物寻求行为，这种效应在高脂饮食1周后变得显著。此外发现TLR4的缺失在一定程度上保护了小鼠免受高脂饮食诱导的神经炎症和奖赏失调的影响。最后，慢性脑内LPS扩散部分重现了高脂饮食诱导的奖赏系统中的分子和行为功能障碍。这些发现强调了由肠道微生物组分LPS触发的神经炎症过程与通过TLR4途径在高脂饮食诱导的肥胖期间奖赏系统失调之间的联系。
图一 高脂饮食引起的食物奖赏行为功能障碍与多巴胺系统的低功能有关
为了研究高脂饮食引起的与食物奖赏行为失调相关的问题，研究人员对小鼠进行了对照饮食（CT）或高脂饮食喂养，并进行了与食物相关的行为测试。HFD喂养的小鼠体重增加大于CT喂养的小鼠。在二选一食物范式中，小鼠可以选择CT和高脂高糖饮食，HFD喂养的小鼠显示出与对照小鼠相比对美味食物的自然趋向减少，因为HFD喂养的小鼠比CT喂养的小鼠吃更少的美味食物。与对照小鼠相比，HFD喂养的小鼠在二选一食物范式中并没有减少CT食物的消耗，甚至比CT喂养的小鼠增加。在操作性条件反射测试中，作者观察到HFD喂养的小鼠比CT喂养的小鼠明显减少了主动杠杆按压以获得食物奖赏的次数，反映了它们受损的食物寻求行为。有趣的是，在操作性条件反射训练阶段，HFD喂养的小鼠比CT喂养的小鼠显示出更低的辨别指数，表明任务的获取受损。结果表明，仅仅一天的HFD就足以触发一些趋势，改变条件反射表现和食物寻求行为，而在暴露于HFD 1周后效果更加明显。
为了进一步探索HFD喂养对多巴胺信号的影响，测量了多巴胺转运体阻断剂GBR12909或多巴胺受体1（DRD1）激动剂SKF81297引起的运动活性。与CT小鼠相比，HFD喂养的小鼠特征是GBR诱导的运动活性减少，表明HFD喂养小鼠的多巴胺系统内发生了不适应的变化。在给予DRD1激动剂后，CT和HFD喂养的小鼠之间没有观察到运动差异，可能排除了DRD1的参与。有趣的是，HFD喂养的小鼠DRD2信号层面可能存在功能障碍。RT-qPCR实验分析了小鼠的NAc和DS中Drd1、Drd2、Dat和Th的表达。与对照小鼠相比，HFD喂养的小鼠倾向于减少DA受体转录本（Drd1、Drd2）以及DA合成酶转录本（Th）的表达。在HFD暴露期间DA信号的变化以及DA依赖行为的改变可能是这些分子变化的结果。综合这些结果，表明HFD诱导的食物奖赏行为的改变可能与DRD2信号的改变相关，与病原体识别受体（PRRs）的表达增加相关，特别是TLR4，以及在NAc和DS中的炎症。
图二 TLR4基因敲除小鼠在一定程度上对抗了HFD引起的与食物奖赏行为失调和神经炎症
由于在HFD喂养的小鼠的NAc和DS中观察到Tlr4表达水平增加，在实验3（HFD TLR4 KO）中，作者使用TLR4基因敲除小鼠来研究免疫系统通过TLR4在HFD暴露期间对食物奖赏行为的因果作用。无论是野生型HFD喂养的小鼠还是TLR4 KO HFD喂养的小鼠，其体重增加都大于CT喂养的小鼠，并且在自由进食期间摄入了相同量的HFD食物。在二选一食物范式中，WT和TLR4 KO CT喂养的小鼠对美味食物的摄入量相似。然而，与WT小鼠相比，HFD喂养导致TLR4 KO小鼠对美味食物的摄入倾向增强，而在CT食物消耗上没有观察到差异，这突出了TLR4 KO HFD喂养小鼠与WT HFD喂养小鼠相比，对HFHS饮食的趋向部分恢复。这些结果表明，TLR4的遗传性缺失在一定程度上对抗了HFD诱导的食物奖赏事件的行为失调。作者分析了实验3（HFD TLR4 KO）中TLR4 KO小鼠的NAc和DS中炎症标志物的表达。观察到与WT HFD喂养的小鼠相比，TLR4 KO HFD喂养的小鼠在NAc中Iba1的表达减少，在NAc和DS中Gfap的表达也减少。综合这些结果，表明TLR4的缺失可能通过减少NAc和DS中的小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，部分保护了小鼠免受HFD诱导的食物奖赏功能障碍的影响。
图三 慢性低剂量LPS会导致食物奖赏行为的部分失调
TLR4不仅可以被LPS激活，还可以被脂肪酸激活。作者进一步研究LPS在神经炎症和食物奖赏改变中的作用。在实验3（HFD TLR4 KO）中发现，与喂养CT的WT小鼠相比，喂养HFD的WT小鼠的血浆水平增加，而在WT HFD和KO HFD喂养的小鼠之间没有观察到差异。在二选一食物范式中，观察到LPS处理的小鼠比生理盐水处理的小鼠消耗的美味食物少，但比在生理盐水条件下的HFD处理的小鼠消耗的食物多，这表明LPS部分复制了HFD诱导的美味食物的贬值。在操作性条件反射测试中，LPS处理的小鼠在PR2和PR4期间比生理盐水处理的小鼠显著减少了杠杆按压，但比接受生理盐水的HFD处理的小鼠多。综合这些结果，表明LPS部分有助于改变肥胖背景下的食物奖赏行为。为了进一步验证LPS诱导的炎症通过TLR4的因果作用，在喂养CT饮食的TLR4 KO小鼠中给予低剂量的LPS，在没有TLR4的情况下，LPS不能改变二选一食物范式中对美味饮食的食物奖赏倾向，也不能改变操作性条件反射测试中的动力驱动。综合这些结果，揭示了TLR4介导LPS诱导的食物奖赏失调。
综上所述，该研究阐明了LPS通过TLR4在食物奖赏失调中的具体作用。作者展示了TLR4的缺失对LPS诱导的食物奖赏行为失调提供了保护。研究通过揭示LPS-TLR4途径的作用，提供了一个新的潜在机制，这个机制可能是在致肥环境中食物奖赏失调的基础。这些发现表明，由LPS触发的神经炎症可能有助于食物奖赏失调，从而为未来的治疗方法铺平了道路。
文章来源
https://doi.org/10.1186/s12974-024-03297-z
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