微生物由来の代謝物はアクチン細胞骨格の再配列を誘発し、血液脳関門機能を保護します

腸内微生物叢は宿主の脳機能に影響しますが、基礎となる腸脳軸のつながりと分子プロセスは不明のままです。この双方向通信システムに沿った1つの経路には、酪酸塩やプロピオン酸を含む短鎖脂肪酸（SCFA）などの微生物由来の代謝物を循環することが含まれます。脳内皮は、循環信号と脳との間のコミュニケーションの主な界面であり、血液脳関門（BBB）の主要成分を構成します。ここでは、リポ多糖（LPS）の有無にかかわらず生理学的に関連する濃度の酪酸およびプロピオン酸塩（LPS）で処理されたin vitro BBBモデルを使用して、アクチン細胞骨格とタイト接合タンパク質構造に対するSCFAの効果を調べました。両方のSCFAは、糸状のアクチン方向性に明確な変化を誘発しました。SCFAはまた、タイトジャンクションタンパク質スパイクを増加させ、LPS誘発性緊密な誤局在化、BBBの完全性の改善、および変調ミトコンドリアネットワークダイナミクスから保護されました。これらの発見は、アクチンの細胞骨格のダイナミクスを別のターゲットとして特定しており、SCFAがBBB生理学にどのように影響するかをさらに明らかにしています。

The gut microbiota influences host brain function, but the underlying gut-brain axis connections and molecular processes remain unclear. One pathway along this bidirectional communication system involves circulating microbially derived metabolites, such as short-chain fatty acids (SCFAs), which include butyrate and propionate. Brain endothelium is the main interface of communication between circulating signals and the brain, and it constitutes the main component of the blood-brain barrier (BBB). Here, we used a well-established in vitro BBB model treated with physiologically relevant concentrations of butyrate and propionate with and without lipopolysaccharide (LPS) to examine the effects of SCFAs on the actin cytoskeleton and tight junction protein structure. Both SCFAs induced distinct alterations to filamentous actin directionality. SCFAs also increased tight junction protein spikes and protected from LPS-induced tight-junction mis-localization, improved BBB integrity, and modulated mitochondrial network dynamics. These findings identify the actin cytoskeletal dynamics as another target further illuminating how SCFAs can influence BBB physiology.