2026年9月30日，温州医科大学附属第一医院吴文俊团队于《Gut Microbes》在线发表题为“Akkermansia muciniphila protects diabetes-associated cognitive decline by enhancing leucine catabolism and suppressing neuronal excessive mitophag”的研究论文。该文结合 1 型、2 型糖尿病动物模型与糖尿病患者临床队列，综合利用粪便菌群移植、活菌干预、代谢物调控、分子靶点筛选、基因回补等多层次实验手段，揭示了一条全新的肠 - 脑代谢调控通路：糖尿病状态下肠道嗜黏蛋白阿克曼菌丰度下降，机体亮氨酸分解代谢能力减弱引发亮氨酸蓄积；过量亮氨酸直接结合并激活 TBK1 蛋白，通过 TBK1 - OPTN 信号轴诱发神经元过度线粒体自噬，造成海马神经元损伤，最终诱发认知功能减退；补充嗜黏蛋白阿克曼菌可增强亮氨酸分解代谢，抑制神经元过度线粒体自噬，进而缓解糖尿病相关认知衰退。该研究同时在临床样本中证实嗜黏蛋白阿克曼菌丰度、血清亮氨酸水平分别与患者认知评分、海马萎缩程度存在相关性，为糖尿病认知障碍的肠道靶向干预策略提供了新的实验依据与理论参考。

01、研究方法
1.1 动物模型与体内干预手段
采用 C57BL/6 小鼠构建疾病动物模型，链脲佐菌素（STZ）诱导得到 1 型糖尿病小鼠；利用高脂饮食联合 STZ 处理构建 2 型糖尿病小鼠。设置粪便微生物移植（FMT）实验，先使用抗生素清除受体小鼠内源肠道菌群，再灌胃健康小鼠粪便菌群实现肠道菌群重塑。厌氧培养嗜黏蛋白阿克曼菌，采用隔日灌胃方式开展细菌干预；通过外源性给予亮氨酸、间歇性亮氨酸缺乏饮食两种方式，完成代谢物的体内功能验证。使用脑靶向 AAV 病毒载体，向小鼠尾静脉注射实现海马组织 TBK1 基因敲低，完成靶点的体内回补验证。

1.2 行为学、组织病理学与细胞实验
利用 Morris 水迷宫系统评价小鼠空间学习记忆能力。脑组织经过固定包埋切片后，开展 H&E 染色、尼氏染色、免疫组化以及免疫荧光染色，观察海马 CA1、CA3、DG 亚区神经元形态、神经元数量、线粒体定位与蛋白共定位情况。体外选用 SH - SY5Y 人神经母细胞瘤细胞开展机制探究，设置不同糖浓度、亮氨酸浓度的处理分组，借助 siRNA 完成体外基因敲低。检测细胞活力、线粒体膜电位、活性氧、ATP 水平评价细胞与线粒体损伤状态。

1.3 组学、代谢物与分子生物学检测
利用 16S rRNA 测序分析粪便样本肠道菌群组成；采用液相色谱 - 质谱技术对血清、肠内容物、海马组织氨基酸进行靶向定量检测；开展转录组测序结合 GSEA 富集分析，筛选细胞处理后发生改变的信号通路。使用 RT - qPCR 检测基因 mRNA 表达水平；Western blot 检测蛋白表达以及蛋白磷酸化修饰；DARTS 与 CETSA 实验筛选并验证小分子与靶蛋白的直接结合；Co - IP 免疫共沉淀用于验证蛋白 - 蛋白的相互作用。

1.4 临床队列与统计分析
招募健康对照、1 型与 2 型糖尿病受试者，收集粪便、血清样本，完成 MoCA、MMSE 认知量表评估，部分受试者采集脑部 MRI 影像检测海马体积。采用相关性分析探究菌群、代谢物和临床指标之间的关联；多组学数据使用 PCA、PCoA 进行多维分析；根据实验设计选择 t 检验、方差分析等统计方式，判断组间差异是否具有统计学意义。

02、研究内容
2.1 肠道菌群介导 1 型糖尿病小鼠神经元损伤与认知功能下降
本部分首先构建 STZ 诱导 1 型糖尿病小鼠模型，Morris 水迷宫结果显示，糖尿病小鼠出现学习记忆能力受损。为排除 STZ 药物直接损伤大脑神经元的干扰，研究验证 STZ 无法进入海马组织，不会直接造成小鼠认知缺陷。

开展粪便微生物移植实验，将健康小鼠粪便菌群移植到糖尿病小鼠体内。行为学结果表明，接受粪便菌群移植的糖尿病小鼠学习记忆能力得到明显改善。脑组织染色结果显示，糖尿病小鼠海马 CA1、CA3、DG 区域神经元排列紊乱、神经元丢失；移植健康粪便菌群之后，神经元形态得到修复，存活神经元数量回升。同时，海马内突触可塑性相关基因的表达水平在糖尿病小鼠中出现下调，粪便微生物移植可以逆转这一改变。

结论：该组实验证明肠道菌群紊乱是 1 型糖尿病小鼠发生神经元损伤、认知衰退的重要驱动因素。
 

图 1 来自健康小鼠的粪便微生物移植可减轻糖尿病小鼠的神经元损伤与认知衰退。

2.2 粪便微生物移植重塑糖尿病小鼠肠道菌群与支链氨基酸代谢
对对照组、糖尿病组、粪便移植组小鼠粪便开展 16S rRNA 测序，糖尿病小鼠肠道菌群结构发生明显改变，其中嗜黏蛋白阿克曼菌的丰度显著降低，经过粪便微生物移植之后该菌丰度得到恢复。结合多组学筛选差异代谢物，氨基酸代谢谱结果提示，糖尿病小鼠血清与海马组织内支链氨基酸水平明显升高。糖尿病小鼠亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸水平上升，经过粪便微生物移植干预，小鼠体内支链氨基酸含量回落。

结论：糖尿病状态下小鼠肠道嗜黏蛋白阿克曼菌丰度下降，机体支链氨基酸尤其是亮氨酸蓄积；重塑肠道菌群可以同时改善菌群结构并纠正支链氨基酸代谢紊乱。

图 2 健康小鼠粪便微生物移植重塑糖尿病小鼠的支链氨基酸代谢。

2.3 过量亮氨酸加速、加重糖尿病小鼠神经元损伤与认知衰退
体外细胞实验提示，高糖环境下，亮氨酸会对神经细胞产生毒性效应。为确认亮氨酸在体内的功能，分别开展亮氨酸补充、间歇性亮氨酸剥夺两组动物干预。

外源性补充亮氨酸的糖尿病小鼠，认知障碍发生时间提前，海马神经元损伤进一步加重，突触相关基因表达进一步下降；而采取间歇性亮氨酸剥夺，降低体内亮氨酸负荷之后，糖尿病小鼠的学习记忆缺陷得到缓解，海马神经元损伤减轻，突触相关基因表达回升。

结论：过量亮氨酸是推动糖尿病相关认知衰退进展的关键代谢物，降低亮氨酸水平能够保护糖尿病小鼠的神经元与认知功能。

图 3 过量亮氨酸会加速糖尿病小鼠神经元损伤与认知衰退。

2.4 嗜黏蛋白阿克曼菌通过分解亮氨酸发挥神经保护作用
相关性网络分析提示，嗜黏蛋白阿克曼菌丰度和认知指标呈正向关联，和体内亮氨酸水平呈负相关。基因组注释发现嗜黏蛋白阿克曼菌编码亮氨酸分解关键酶 BCAT；体外共孵育实验直接证实该菌株具备消耗分解亮氨酸的能力。

给糖尿病小鼠隔日灌胃嗜黏蛋白阿克曼菌，灌胃之后小鼠肠道该菌丰度提升，肠道内容物与海马组织亮氨酸水平下降。脑组织染色证明海马神经元损伤得到缓解，突触可塑性相关基因表达上调。Morris 水迷宫行为学结果证实，补充嗜黏蛋白阿克曼菌可以改善糖尿病小鼠的学习记忆能力。

结论：嗜黏蛋白阿克曼菌能够分解消耗亮氨酸，降低小鼠体内以及脑组织亮氨酸浓度，以此减轻糖尿病带来的神经元损伤和认知下降。

图 4 嗜黏蛋白阿克曼菌通过消耗亮氨酸，缓解糖尿病小鼠神经元损伤和认知衰退。

2.5 过量亮氨酸诱导神经元过度线粒体自噬，造成线粒体损伤
为解析亮氨酸损伤神经元的细胞机制，对神经细胞开展转录组测序与 GSEA 富集分析，发现线粒体自噬通路在高糖联合亮氨酸处理之后特异性激活。

细胞与动物实验结果显示，高糖叠加亮氨酸处理后，线粒体标记蛋白与自噬标记蛋白共定位增多，提示线粒体自噬被激活；线粒体膜电位下降，细胞 ATP 生成减少，活性氧水平升高，线粒体出现损伤。动物层面，补充亮氨酸的糖尿病小鼠海马组织线粒体自噬过度激活，线粒体数量减少；而间歇性亮氨酸剥夺能够抑制过度线粒体自噬，改善线粒体相关指标。

结论：过量亮氨酸会诱发神经元发生过度线粒体自噬，大量线粒体被降解清除，最终造成线粒体功能受损，介导神经元损伤。

图 5 过量亮氨酸通过过度激活线粒体自噬引发神经元损伤

2.6 亮氨酸直接结合 TBK1，通过 TBK1 - OPTN 通路启动过度线粒体自噬
研究利用 DARTS 联合定量蛋白质组技术筛选亮氨酸的直接蛋白靶点，锁定 TBK1 作为候选分子；DARTS 与 CETSA 实验进一步验证亮氨酸可以直接结合 TBK1 蛋白。

亮氨酸可以提升 TBK1 的磷酸化水平；被激活的 TBK1 进一步磷酸化接头蛋白 OPTN，增强 OPTN 与 LC3、泛素链的结合能力，进而启动线粒体自噬。免疫共沉淀以及组织免疫荧光染色均证实，亮氨酸处理之后，OPTN 与 TBK1、泛素、LC3B 之间的相互作用显著增强。

结论：亮氨酸直接结合并激活 TBK1，经由 TBK1OPTN 信号轴触发神经元过度线粒体自噬。

图 6 亮氨酸结合 TBK1，促进神经元发生过度线粒体自噬

2.7 亮氨酸介导的过度线粒体自噬、认知损伤完全依赖 TBK1 分子
为确认 TBK1 是亮氨酸毒性作用必不可少的分子，本研究利用脑靶向 AAV 病毒，在小鼠海马敲低 TBK1 基因7。

在敲低 TBK1 的糖尿病小鼠中，即使给予外源性亮氨酸，也不会出现线粒体自噬过度激活的现象，线粒体数量、线粒体功能相关指标维持稳定。脑组织染色显示神经元损伤不再加重；Morris 水迷宫行为结果表明，敲低 TBK1 可以完全阻断亮氨酸带来的学习记忆能力恶化。体外 siRNA 敲低 TBK1 的细胞实验得到和动物一致的结果。

结论：亮氨酸诱导的过度线粒体自噬、神经元损伤以及认知功能损害，是以 TBK1 作为必需分子。

图 7 亮氨酸诱导的神经元过度线粒体自噬依赖 TBK1。

2.8 2 型糖尿病小鼠模型与临床人群样本验证调控轴
构建 2 型糖尿病小鼠模型，2 型糖尿病小鼠同样出现认知功能下降，肠道嗜黏蛋白阿克曼菌丰度降低，血清与海马亮氨酸升高，同时伴随海马神经元损伤、线粒体过度自噬等病理表型，和 1 型糖尿病模型的规律保持一致。

进一步开展临床人群的验证，对比健康受试者，1 型、2 型糖尿病患者粪便嗜黏蛋白阿克曼菌丰度更低，血清亮氨酸水平更高。相关性分析显示，嗜黏蛋白阿克曼菌丰度和 MoCA、MMSE 认知评分呈正相关；血清亮氨酸水平和认知评分呈负相关。对部分 2 型糖尿病患者脑部 MRI 分析发现，血清亮氨酸越高，患者海马体积越小，存在海马萎缩的现象。

结论：无论是 2 型糖尿病动物模型，还是糖尿病患者人群，均支持 “AKK 菌 - 亮氨酸 - 认知损伤”调控轴的存在。

图 8 2 型糖尿病小鼠晚期出现神经元损伤与认知衰退，伴随亮氨酸升高和线粒体自噬过度激。
 

图 9 亮氨酸水平升高与糖尿病患者海马萎缩、认知缺损存在相关性。

03 创新点
3.1 揭示嗜黏蛋白阿克曼菌发挥神经保护的全新肠 - 脑代谢轴
既往关于嗜黏蛋白阿克曼菌神经保护的研究，大多聚焦于调控炎症反应、神经递质、小胶质细胞功能等方向。该研究跳出原有认知，证实嗜黏蛋白阿克曼菌可以直接代谢分解亮氨酸，通过调控机体亮氨酸水平实现大脑保护作用，建立“嗜黏蛋白阿克曼菌 - 亮氨酸 - 神经元过度线粒体自噬”全新肠 - 脑代谢调控通路，拓展了该益生菌的功能认知。

3.2 阐明亮氨酸产生神经毒性的直接分子靶点
过往临床与动物研究仅仅观察到糖尿病状态下亮氨酸水平升高这一现象，但亮氨酸损伤神经元的直接分子靶点一直不明确。本研究通过靶点筛选、结合多种互作验证手段，证实亮氨酸直接靶向 TBK1 蛋白，通过 TBK1 - OPTN 通路驱动神经元过度线粒体自噬，解释了亮氨酸造成神经损伤的分子机制。

3.3 完整的证据链，兼顾动物因果实验和临床人群相关性验证
该文章同时使用 1 型、2 型两种糖尿病小鼠模型，综合使用菌群移植、活菌干预、代谢物补充剥夺、基因敲低回补等多重体内外实验，构建严谨的因果证据链；进一步延伸到糖尿病患者临床队列，在人群层面验证该通路的相关性，拉近基础研究和临床实际的距离。

3.4 丰富糖尿病认知衰退的病理认识，提出过度线粒体自噬的病理角色
过去研究讨论 DACD 的线粒体病变，大多集中线粒体本身功能缺陷。本研究区分线粒体自噬的双重效应，提出过度线粒体自噬是 DACD 重要病理事件，线粒体自噬过度激活会大量消耗正常线粒体，诱发神经元死亡，完善了 DACD 的病理机制理解。

04、启发
4.1 肠 - 脑轴研究需要区分相关性与因果关系
肠道微生物组研究很容易得到大量菌群丰度和疾病指标的相关性结果，但是相关性不等于因果。本研究的启示是，肠 - 脑轴研究需要结合细菌体外功能验证、代谢物单独干预、基因回补等手段，证明菌群是通过哪一类代谢物介导远端器官改变，把相关性研究推进到因果机制研究。

4.2 代谢物具备浓度依赖性的双向生物学效应
亮氨酸是人体必需氨基酸，生理浓度下维持机体正常生命活动；但在糖尿病病理环境发生蓄积之后，就会产生明显神经毒性。提示我们看待代谢物不能简单判定“有益”或者“有害”，要重视浓度阈值效应，干预的时候要维持代谢物处在合理生理区间，并非一味升高或者降低。

4.3 动物实验和临床队列要各司其职
动物模型可以开展基因编辑、干预实验，适合挖掘分子因果机制；临床人群样本可以观察人类当中的现象，但仅能够得到相关性，很难直接证明因果。该文把二者结合，动物做机制，人群做相关性验证，提升研究转化价值；同时也提示我们，人群观察到的关联，仍然需要动物实验解释背后的机理。

4.4 肠道靶向干预有望成为认知障碍潜在方向
对于糖尿病认知衰退，临床常规手段以血糖管控、神经保护为主。本研究提示，靶向调控特定肠道有益菌，借助菌群调控氨基酸代谢，间接保护大脑，是值得关注的干预思路。同时要理性看待基础研究结果，该结论主要来自动物实验，不能直接等同于临床可用的益生菌疗法，还需要后续人体临床试验评估安全性与实际疗效。

4.5 细胞自噬存在“双刃剑”效应
自噬、线粒体自噬属于细胞重要的保护机制，适度激活可以清除受损细胞器。但该文章提示，一旦通路不受控制发生过度激活，反而会造成正常细胞器被降解，带来细胞损伤。在自噬相关疾病研究中，不能笼统将自噬全部视作保护性因素，需要区分自噬不足与自噬过度两种截然不同的病
理状态。

参考文献：
Ye, X., Cai, Q., Li, Y., You, M., Chen, J., Pan, Y., … Zheng, H. (2025). Akkermansia muciniphila protects diabetes-associated cognitive decline by enhancing leucine catabolism and suppressing neuronal excessive mitophagy. Gut Microbes, 18(1).

https://doi.org/10.1080/19490976.2026.2739666

作者介绍：
吴文俊，医学博士，副主任医师，硕士生导师，温州医科大学附属第一医院内分泌代谢科副主任，英国伦敦皇家自由医院访问学者。

研究方向：
内分泌代谢疾病、糖尿病并发症。

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