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腸道菌群或是孤獨(dú)癥發(fā)病與治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

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近年來(lái),腸道菌群在疾病發(fā)生及治療中的重要性正為研究者所認(rèn)可。


早期研究發(fā)現(xiàn),孤獨(dú)癥患者與正常個(gè)體的腸道菌群存在顯著差異,這種差異在孤獨(dú)癥的小鼠模型中同樣存在。


動(dòng)物模型證實(shí)了菌群通過(guò)“微生物-腦-腸”軸對(duì)大腦神經(jīng)發(fā)育和生理行為產(chǎn)生重要影響,為基于腸道菌群移植改善孤獨(dú)癥研究奠定了理論基礎(chǔ)。

更進(jìn)一步的微生物組及代謝組學(xué)研究指出,特定的腸道菌群及其代謝產(chǎn)物是引發(fā)孤獨(dú)癥行為學(xué)異常的關(guān)鍵。


這一系列研究都提示,腸道菌群及其代謝產(chǎn)物或是影響孤獨(dú)癥發(fā)病和治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。


01

移植孤獨(dú)癥患者的腸道菌群,誘發(fā)小鼠孤獨(dú)癥行為產(chǎn)生



2019年,來(lái)自加州理工學(xué)院的Saris K. Mazmanian實(shí)驗(yàn)室在《Cell》雜志上發(fā)表論文。

文章證實(shí)移植了孤獨(dú)癥患者來(lái)源的腸道菌群后,無(wú)菌小鼠及其后代會(huì)出現(xiàn)孤獨(dú)癥的核心行為學(xué)表型,還會(huì)導(dǎo)致小鼠大腦中自閉癥相關(guān)基因的可變剪接出現(xiàn)異常。

微生物組及代謝組學(xué)分析指出:

1.經(jīng)移植后,孤獨(dú)癥小鼠和正常小鼠的腸道菌群存在明顯差異。

2.正常小鼠中卵形擬桿菌(Bacteroides ovatus)和糞副擬桿菌(Parabacteroides merdae)有明顯富集;而自閉癥小鼠中毛螺菌科的菌種(Lachnospiraceae)明顯多于正常小鼠。卵形擬桿菌和糞副擬桿菌與重復(fù)性行為的減少及社交行為的增加呈正相關(guān),而毛螺菌科的菌種則恰好相反。

3.腸道菌群改變導(dǎo)致孤獨(dú)癥小鼠大腦中基因可變剪接異常,表型與自閉癥患者高度吻合,發(fā)生異??勺兗艚拥幕虼蠖嘣谏窠?jīng)元中高表達(dá),且有52種基因是導(dǎo)致自閉癥的重要候選基因。
4. 多種腸道/血液代謝產(chǎn)物與小鼠行為異常存在相關(guān)性,如GABA能受體激動(dòng)劑5-氨基戊酸(5AV)、?;撬?、甘氨酸受體激動(dòng)劑3AIBA、類(lèi)黃酮、三羥基異黃酮、大豆甙元等。


02

腸道菌群的代謝產(chǎn)物誘導(dǎo)孤獨(dú)癥行為發(fā)生



2021年,Dumas等人在《Microbiome》上發(fā)表研究聲明,腸道菌群代謝物“對(duì)甲酚”可誘導(dǎo)小鼠孤獨(dú)樣行為。“對(duì)甲酚”對(duì)中樞神經(jīng)有毒害作用,嚴(yán)重時(shí)可致死。

該研究中得出以下結(jié)論:


1. 小鼠接觸“對(duì)甲酚”4周后,表現(xiàn)出社會(huì)行為缺陷、刻板印象和持續(xù)性行為。


2. 將“對(duì)甲酚”處理小鼠的腸道菌群移植給無(wú)菌小鼠,無(wú)菌小鼠的腸道菌群組成發(fā)生不良變化,同時(shí)小鼠出現(xiàn)孤獨(dú)樣行為改變。


3. 把健康小鼠腸道菌群移植到孤獨(dú)癥小鼠體內(nèi)時(shí),發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥小鼠重新恢復(fù)社交互動(dòng)、多巴胺神經(jīng)元興奮性和糞便中“對(duì)甲酚”的水平改變。


4. 人類(lèi)腸道菌群中至少有55種細(xì)菌可以產(chǎn)生“對(duì)甲酚”,包括雙歧桿菌科、腸桿菌科、Coriobacteriae、類(lèi)桿菌科、梭桿菌科、乳酸桿菌科和梭狀芽孢桿菌科等。


5.對(duì)甲酚對(duì)艱難梭狀芽孢桿菌具有選擇性生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),這可能是導(dǎo)致自閉癥患者中梭狀芽孢桿菌屬成員數(shù)量過(guò)多的原因之一。


03

腸道菌群移植可緩解小鼠孤獨(dú)樣行為




2020年,Nayeon Goo等人在《Life Science》上發(fā)表了一項(xiàng)研究,評(píng)估了腸道菌群移植(Fecal microbiota transplantation,F(xiàn)MT)對(duì)小鼠孤獨(dú)樣行為的影響。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:


1. 對(duì)孤獨(dú)樣行為小鼠進(jìn)行FMT,發(fā)現(xiàn)小鼠的短期記憶或工作記憶缺陷得到改善,物體識(shí)別記憶缺陷得到恢復(fù),社交能力和社交新奇偏好得到改善。


2. FMT對(duì)小鼠大腦中細(xì)胞因子水平產(chǎn)生影響,可降低大腦皮層和海馬體中促炎細(xì)胞因子(TNFα)的表達(dá)水平。


3. 糞便的高通量16S rRNA基因測(cè)序顯示孤獨(dú)樣行為小鼠和野生型小鼠之間腸道菌群的組成存在顯著差異。在這些差異中,A. muciniphila 顯著減少,這在孤獨(dú)癥(ASD)兒童的糞便中也有類(lèi)似的觀察。因此,A. muciniphila 的相對(duì)豐度較低可能是揭示ASD患者胃腸道健康狀況的重要標(biāo)志。


4. A. muciniphila 對(duì)各種疾病都有積極影響,包括炎癥性腸病、肥胖、代謝紊亂甚至癌癥。FMT可將小鼠腸道內(nèi)的A. muciniphila 菌恢復(fù)到正常水平,這可能與認(rèn)知功能障礙和社會(huì)新奇偏好行為缺陷的改善有關(guān)。


小結(jié)


這些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在早期腸道菌群與孤獨(dú)癥存在相關(guān)性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群與孤獨(dú)癥的發(fā)病及行為學(xué)異常之間存在直接的因果關(guān)系。


相關(guān)機(jī)制及后續(xù)的治療研究指出,F(xiàn)MT會(huì)改變腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生,進(jìn)而影響神經(jīng)系統(tǒng)和孤獨(dú)癥樣行為的改善。


這些研究提示我們,分析腸道菌群,關(guān)注菌群與疾病的相互作用,或?qū)楣陋?dú)癥的機(jī)制探索和治療提供了新的方向和維度。


參考文獻(xiàn):
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