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腸道微生物組的變化影響大腦健康和認知

腸道微生物組的變化影響大腦健康和認知
  • 一項針對小鼠的研究發現,某些腸道微生物會降低認知功能。 
  • 大量的 嗜膽菌屬 細菌損害了海馬體(與學習和記憶最相關的大腦區域)的功能,而餵食生酮飲食或處於低氧條件下的小鼠的死亡率更高 嗜膽菌屬 水平。 
  • 此外,生酮飲食的小鼠在迷宮測試中的錯誤平均比標準飲食的小鼠多 30%。 

本文發表於加州大學洛杉磯分校新聞編輯室:

最近的研究發現,腸道微生物群(生活在腸道中的數兆細菌和其他微生物)的變化可以改變大腦和行為。 現在,加州大學洛杉磯分校科學家領導的一項研究可以闡明這種現像如何以及為何發生。

在對小鼠進行的實驗中,研究人員發現腸道微生物會加劇認知障礙的影響,因為它們會影響海馬體,而海馬體是大腦中對記憶和學習至關重要的區域。 他們發現,在餵食生酮飲食(高脂肪、低碳水化合物)的小鼠腸道微生物群中,一組稱為Bilophila 的細菌濃度急劇增加,並且間歇性缺氧,從而產生了一種稱為Bilophila的細菌。缺氧。

科學家還發現,生酮飲食、缺氧和一種名為 Bilophila wadsworthia 的 Bilophila 物種的治療會損害海馬體,導緻小鼠認知能力下降。

研究人員給幾隻小鼠生酮飲食,給其他小鼠標準飲食。 然後,所有小鼠連續五天接受較低水平的氧氣,然後給予四天的時間來恢復。 剝奪動物的一些氧氣是科學家造成認知障礙的一種方法,以模仿人類因神經系統疾病或老化引起的認知障礙。

接下來,科學家觀察了他們穿越迷宮的能力。 當嘗試走出迷宮時,生酮飲食的小鼠比標準飲食的小鼠平均多出 30% 的錯誤。 (兩組之間的差異範圍為 25% 至 75%。)

研究人員也評估了不同的飲食是否會單獨導致沒有缺氧的小鼠認知行為發生任何變化。 在這個實驗中,根據生酮飲食或標準飲食,小鼠走出迷宮的能力沒有明顯差異,這表明對認知能力的負面影響只發生在缺氧的情況下。

「這些結果凸顯了不同環境因素交互作用影響小鼠認知行為的能力,」主要作者、加州大學洛杉磯分校研究生剋里斯蒂娜·奧爾森說。

接下來,研究人員調查瞭如果在給予小鼠生酮飲食並使小鼠處於缺氧環境之前耗盡其微生物群會發生什麼。 有趣的是,首先清除微生物群的小鼠在迷宮中犯的錯誤明顯少於暴露於缺氧並接受生酮飲食但未先改變微生物群的小鼠。

奧爾森說:“這表明與生酮飲食和缺氧相關的微生物可能會對認知障礙產生有害影響。”

作者確定 Bilophila wadsworthia 改變了海馬體中打開或關閉的基因,而該細菌減少了海馬體中的正常細胞訊號傳導。

奧爾森說:“Bilophila wadsworthia 擾亂了海馬體活動和認知行為,其方式類似於缺氧和生酮飲食的共同作用。” 她補充說,鑑於海馬體在學習和記憶中的重要作用,這些變化為了解嗜膽菌如何影響認知行為提供了線索。

蕭說,科學家們剛發現了可以影響小鼠和其他動物行為變化的微生物種類。 她補充說,更具體地研究微生物物種如何影響大腦非常重要——例如,透過響應微生物而發生的細胞變化。

加州大學洛杉磯分校德洛吉生物科學教授、加州大學洛杉磯分校大衛格芬醫學院消化疾病副教授 Elaine Hsiao 表示,這項新研究可能是了解哪些微生物影響或損害認知能力的重要一步。

該論文的資深作者蕭說:“識別早期風險因素對於早期發現和乾預認知障礙至關重要。”

Hsiao 補充說,需要更多的研究來確定 Bilophila 以外的其他腸道微生物是否也可能影響認知能力,以及微生物群是否會影響人類的認知能力下降。

這項研究發表在期刊上 細胞宿主和微生物 2021 年 8 月。  

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