長壽文章

從浴室到大腦:糞便微生物移植如何有益於老鼠的社交和認知行為

從浴室到大腦:糞便微生物移植如何有益於老鼠的社交和認知行為

坐落在我們腸道內五英尺長的大腸管的複雜褶皺中,生活著數千種細菌,它們構成了我們的微生物組。 由於平均每個人體內擁有多達 40 兆個細菌細胞和約 37 兆個人類細胞,一些研究人員開玩笑地表示,我們大約只是半個人類。  

近年來,科學家在了解這些微生物如何影響消化和免疫等健康方面取得了巨大進展。 然而,研究人員仍在探索腸道細菌生態系統影響大腦健康、認知和行為的多種方式。

現在,最近的一項研究 俄勒岡健康與科學大學的研究人員首次發現腸道微生物組改變與小鼠行為和認知變化之間存在因果關係。 雖然這看起來像是科幻小說中的情節,但這項研究表明,我們的行為是如何由我們腸道中攜帶的這些微小生物體決定的,以及將細菌從一種動物移植到另一種動物身上如何隨之帶來行為改變。

腸道和大腦如何溝通

學習 研究表明,腸道微生物透過腸-腦軸與中樞神經系統協調。 這種器官間交流系統已被證明會影響與年齡相關的認知障礙相關的社會行為,包括焦慮、壓力、憂鬱或風險規避症狀。 

先前的研究 來自同一團隊的研究人員報告了腸道微生物組的組成與基因型小鼠的行為和認知表現之間的相關性,這些基因型(某人的整套基因及其變異體)與年齡相關的認可知喪失有關。 

然而,尚未有研究揭示腸道微生物組是否以及如何介導基因活性對行為結果的影響——昆杜和同事現在使用腸道細菌的糞便移植證明了這一點。 (是的,糞便移植正是他們聽起來的樣子。)儘管有「噁心」的因素,但將細菌從健康的腸道移植到不健康的腸道可以改善微生物組多樣性,促進健康體重,減少感染,甚至改變行為。 但人們基本上不知道各種基因型如何在這些變化中發揮作用。

調節腸道微生物組; 糞便移植培養新行為

糞便移植培養新行為

有幾種基因型與隨著年齡增長認知健康狀況不佳有關,包括人類澱粉樣前體蛋白 (hAPP) 突變和載脂蛋白 E4 (apoE4) 基因拷貝。 具有這些基因型的人類(和小鼠)表現出神經發炎和稱為β澱粉樣蛋白的致病蛋白水平升高,這些蛋白在大腦中積聚並導致疾病。 現在,昆杜和同事表明,糞便微生物移植會影響具有這些高風險基因型的小鼠通常出現的行為變化。

這項研究並沒有將健康的細菌轉移到不健康的小鼠體內來治癒它們,而是反其道而行——將不健康的細菌移植到健康的小鼠體內,以確定腸道微生物與認知相關行為變化之間的因果關係。 Kundu 和同事從具有認知障礙的高遺傳風險的6 個月大的小鼠身上採集了富含細菌的糞便樣本,並將糞便移植到在無菌環境中、具有乾淨的微生物板中長大的小鼠體內。 

在將新細菌定殖到受體小鼠的消化道一個月後,研究人員進行了一系列實驗,旨在測試它們的行為、記憶和運動功能。 他們發現糞便移植引起的微生物變化影響了行為的幾個方面。

微生物改變的行為之一是新物體辨識。 在這個測試中,向小鼠呈現兩個相似的物體; 下次,兩個物件之一將被新物件取代。 由於小鼠傾向於花更多的時間探索新事物而不是熟悉的事物,因此該測試評估它們的識別記憶,看看它們是否記得哪一個是新的。 糞便移植後,與「正常」小鼠的移植受體相比,具有促進認知疾病的基因型的雄性受體小鼠表現出明顯受損的新物體識別能力。 從本質上講,感染「壞」腸道細菌的小鼠表現出更大的識別記憶喪失。 

研究小組也研究了遺傳高風險小鼠和正常小鼠之間的行為和認知差異。 在曠場測試中,攜帶上述有害 APP 突變和 APOe4 基因的雄性小鼠的活動量低於「正常」小鼠。 在開闊場地的中心花費更多時間而不是四處探索表明焦慮相關症狀更高。 

調節微生物組

正如預期的那樣,移植的微生物組受到供體小鼠基因型的顯著影響,儘管移植受體的微生物多樣性略低於供體小鼠。 腸道微生物組的多樣性和組成也與行為變化有關,並發現小鼠基因型可以介導這種關係。 

正如資深作者、OHSU 醫學院行為神經科學教授 Jacob Raber 博士所說, 狀態”,“我們發現,透過糞便植入來調節無菌小鼠的腸道微生物組會導致[認知喪失]模型中的行為和認知發生變化……據我所知,之前沒有人證明過這一點。”

腸道細菌微生物組

跟著你的直覺走

這些結果對微生物組研究領域來說是令人鼓舞的,因為它們顯示糞便移植如何改變社會和認知行為——這是患有大腦和記憶相關疾病的人常見的改變。 由於我們無法改變我們的基因組,但我們可以改變我們的微生物組,這項研究有望支持認知健康,即使是最高風險的個體——並且在開發新療法時應考慮人們的基因組成。 

儘管我們可能還需要一段時間才能將糞便移植視為主流選擇(請不要在家嘗試!),但以其他方式改變微生物組(例如細菌補充劑)已經是一種可行的選擇。 未來的研究將旨在找出參與支持健康認知和行為的特定細菌,這些細菌可以像益生菌補充劑一樣裝瓶和食用。 但是,正如拉伯博士很快警告的那樣,這應該是一個高度個人化的過程, 陳述”,“人們可以在櫃檯購買益生菌,但我們希望確保每個患者都使用正確的治療方法,並且這實際上使他們受益。” 

拉貝爾 繼續,「腸道微生物組是一個複雜的環境。 如果你改變一個元素,你也會改變其他元素,所以你要確保選擇一種能夠促進每位患者大腦健康和大腦功能的益生菌,同時限制任何負面副作用。” 

參考: 

Cryan JF、O'Riordan KJ、Cowan CSM 等。 微生物群-腸-腦軸。 生理Rev。 2019;99(4):1877-2013。 doi:10.1152/physrev.00018.2018

Kundu P、Stagaman K、Kasschau K、Holden S、Shulzhenko N、Sharpton TJ 和Raber J。來自AppNL–G–F 和AppNL–G–F/E4 供體小鼠的糞便植入物足以誘導無菌小鼠的行為表型。 正面。 行為。 神經科學. 2022;16:791128。 DOI:10.3389/fnbeh.2022.791128

Kundu P、Torres ERS、Stagaman K 等人。 對 AppNL-GF、AppNL-F 和野生型小鼠的行為、表觀遺傳學和腸道微生物組分析進行綜合分析。 科學 代表。 2021;11(1):4678。 2021 年 2 月 25 日發布。doi:10.1038/s41598-021-83851-4



較舊的帖子 較新的帖子