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腸道微生物產生的分子可改善小鼠的記憶力

腸道微生物產生的分子可改善小鼠的記憶力
  • 一項新的研究將小鼠的遺傳學、腸道微生物組和記憶聯繫起來。 

  • 研究人員發現乳酸是一種增強記憶的分子信使,由所有種類的腸道微生物乳桿菌(羅伊氏乳桿菌)產生。

  • 給無菌小鼠餵食羅伊氏乳桿菌或乳酸可以顯著改善其記憶力並增加 GABA(一種與記憶形成相關的神經傳導物質)。 

本文發表在太平洋西北國家實驗室新聞: 

一項新研究首次在模擬人類多樣性的小鼠模型中追蹤遺傳學、腸道微生物組和記憶之間的分子連結。

雖然先前已經發現腸道微生物組和大腦之間存在著誘人的聯繫,但來自美國能源部兩個國家實驗室的一組研究人員發現了腸道和大腦之間有形聯繫的新證據。

研究團隊發現乳酸(一種由所有種類的腸道微生物產生的分子)是一種關鍵的增強記憶的分子信使。 該作品於 4 月 17 日發表在期刊上 BMC 微生物組。

「我們的研究表明,微生物組可能與遺傳學合作影響記憶,」太平洋西北國家實驗室的微生物生態學家、該研究的通訊作者珍妮特·詹森(Janet Jansson)說。

科學家知道,餵食有益健康的微生物(稱為益生菌)的小鼠會經歷一些積極的好處。 科學家也知道,微生物產生的分子在血液中傳播,並作為影響身體其他部位(包括大腦)的化學信使。 然而,到目前為止,還不清楚哪些特定微生物和微生物分子信使可能會影響記憶。

「挑戰在於,小鼠獨特的基因組成和環境條件也會影響其記憶和微生物群,」勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的生物科學家、共同通訊作者 Antoine Snijders 說。 “要知道微生物分子是否會影響記憶,我們需要了解遺傳學和微生物組之間的相互作用。”

他補充說,微生物組對記憶的影響現在是一個非常活躍的研究領域,過去 5 年發表了 100 多篇關於常見益生菌和記憶之間聯繫的論文。

小鼠遺傳學影響記憶和腸道微生物組

在開始尋找可能與記憶改善有關的分子之前,Jansson、Snijders 和他們的同事需要確定遺傳學如何影響記憶。

研究人員從一組稱為「協作雜交」的小鼠開始。 他們培育了 29 種不同品系的小鼠來模仿人類的遺傳和身體多樣性。 它包括不同大小、毛色和個性(例如膽怯或大膽)的小鼠。 研究人員也知道每個菌株的基因組序列。

首先,研究小組對每一種小鼠進行了記憶測試。 然後他們篩選每個菌株的遺傳變異,並將這些變異與記憶結果相關聯。 他們發現了兩組與記憶相關的基因。 一組是影響認知的新候選基因,而另一組基因是已知的。

接下來,研究人員分析了每種菌株的腸道微生物組,以便他們能夠將微生物與它們已有的遺傳和記憶聯繫起來。 他們發現了四個與改善記憶力有關的微生物家族。 其中最常見的是一種乳酸桿菌,即羅伊氏乳桿菌。

為了測試這種關聯,研究人員給沒有任何腸道微生物的無菌小鼠餵食羅伊氏乳桿菌,然後測試老鼠的記憶力。 與未餵食微生物的無菌小鼠相比,他們發現了顯著的改善。 當他們給無菌小鼠餵食另外兩種乳酸菌之一時,他們也發現了同樣的改善。

「雖然之前報道過乳酸菌和記憶之間的聯繫,但我們也在這個公正的基因篩檢中獨立發現了它,」斯奈德斯說。 “這些結果表明,遺傳變異在很大程度上控制著記憶,以及不同菌株腸道微生物組組成的差異。”

飲食和益生菌可增強記憶力

最後,研究人員希望確定哪些微生物相關分子可能與記憶增強有關。 他們分析了餵食特定種類乳酸菌的無菌小鼠的糞便、血液和腦組織。 乳酸是常見的代謝分子副產物之一; 它也是所有乳桿菌菌株產生的分子。

研究團隊給先前發現記憶力差的小鼠餵食乳酸,並發現它們的記憶力有所改善。 餵食乳酸或乳酸菌微生物的小鼠的γ-氨基丁酸(GABA)水平也有所增加,GABA是一種與大腦記憶形成相關的分子信使。

為了看看同樣的分子機制是否也適用於人類,研究人員聯繫了盧森堡大學的保羅·威爾姆斯(Paul Wilmes),他開發了一種微型晶片,可以模擬微生物與人類腸道組織相互作用的地方。

當威爾姆斯和他的同事在該晶片中測試羅伊氏乳桿菌時,他們發現微生物產生的乳酸穿過人體腸道組織,表明它可以進入血液並可能進入大腦。

「雖然這項研究強化了飲食、遺傳學和行為(如記憶)之間存在聯繫的觀點,但還需要進一步的研究來證明乳酸菌是否可以改善人類的記憶力,」詹森說。

這項研究強化了飲食、遺傳和記憶之間存在關聯的觀點,儘管還需要進一步的研究來看看是否有關聯。

斯奈德斯對此表示同意,並補充說,有一天可能會使用益生菌來改善目標族群的記憶力,例如患有學習障礙和神經退化性疾病的人。

這項研究發表於 BMC 微生物組 2020 年 4 月。 



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