国人佳作 mSystems：自闭症谱系妨碍儿童的粪便微生物组移植可调理色氨酸和血清素能突触代谢并诱导无菌小鼠行为改动

时间: 2024-09-29 23:01:34 |   作者: -25℃医用低温冰箱

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  国人佳作 mSystems：自闭症谱系妨碍儿童的粪便微生物组移植可调理色氨酸和血清素能突触代谢并诱导无菌小鼠行为改动

  ASD儿童粪便中的肠道菌群会导致GF小鼠呈现ASD样行为，肠道菌群结构改动以及色氨酸和5-羟色胺代谢改动。

  现在没有彻底了解肠道菌群与自闭症谱系妨碍（ASD）之间的联系。许多研讨会集在正常发育（TD）和ASD儿童之间肠道微生物和代谢物的差异，但尚不清楚这些肠道微生物和代谢物是否引起ASD症状的开展。本文收集了TD和ASD儿童的粪便样本，并将它们移植到无菌（GF）小鼠中得到TD-FMT小鼠和ASD-FMT小鼠。经过行为学测验发现ASD儿童粪便中的肠道菌群可导致GF小鼠呈现ASD样行为。此外，本文还对小鼠盲肠内容物进行16S rRNA基因测序以及对盲肠、血清和

  ASD-FMT组小鼠表现出与TD-FMT组小鼠不同的肠道菌群结构而且色氨酸和5-

  TD-FMT组小鼠比较，ASD-FMT组小鼠结肠中血清素转运蛋白（SERT）和血清素1A受体（5-HT1AR）表达水平较低，而色氨酸羟化酶1（TPH1）表达水平较高。在

  因而，本研讨证明ASD儿童的粪便微生物组能够导致GF小鼠呈现ASD样行为、肠道菌群结构以及

  5-羟色胺代谢改动，这或许与参加组成和运送血清素的一些要害蛋白改动有关。

  译名：自闭症谱系妨碍儿童粪便微生物组移植可调理色氨酸和血清素能突触代谢并诱导无菌小鼠行为改动

  ASD儿童肠道菌群或许会诱发无菌小鼠发生一些ASD的中心症状。在ASD-FMT组中，小鼠嗅探尿液所花费的时刻显着短于TD-FMT组（图1A），但两组之间小鼠闻水和喝啤酒的时刻没有差异。这标明FMT不或许影响嗅觉，并暗示ASD儿童的肠道菌群或许会影响小鼠对交际气味的敏感性。在

  试验中，ASD-FMT组小鼠在中心区域的运动时刻显着短于TD-FMT组（图1B）（P

  0.01），但自理时刻显着善于TD-FMT组（图1C）。这标明ASD儿童的肠道菌群或许会影响小鼠发生焦虑和重复性行为。在三箱交互试验中，与TD-FMT组比较，ASD-FMT组小鼠表现出添加的重复行为而且交际性下降（P0.001）（图1D）。

  主坐标剖析（PCoA）剖析显现TD-FMT组和ASD-FMT组小鼠肠道菌群结构存在很显着差异（图2C）。在门水平上，两组小鼠的优势菌群组成如图2D所示：拟杆菌门（

  的相对丰度则显着增高（图2F）。在属水平上，两组小鼠的优势菌群组成如图2E所示：与TD-FMT组比较，ASD-FMT组副杆菌属（

  的相对丰度显着削减（图2G）。为了进一步判定TD-FMT组小鼠和ASD-FMT组小鼠的要害肠道菌群，线性判别剖析（LDA）显现

  图2（A和B）TD-FMT组小鼠和ASD-FMT组小鼠盲肠微生物特征比较。两组小鼠盲肠样本稀释曲线（A）和α多样性指数（B）。（C）在操作分类单元（OTU）水平上，两组小鼠盲肠微生物组成unweighted UniFrac间隔衡量规范的主坐标剖析（PCoA）图。（D和E）TD-FMT组和ASD-FMT组小鼠在门（D）和属（E）水平上菌群的相对丰度。（F和G）用Wilcoxon秩和查验比较TD-FMT组和ASD-FMT组小鼠在门（F）和属（G）水平上的优势菌群。（H）TD-FMT组和ASD-FMT小组鼠盲肠菌群最丰厚体系型的线性判别剖析（LDA）值散布的直方图。

  图3 非靶向代谢组学在TD-FMT组小鼠和ASD-FMT组小鼠在不同安排中判定出差异丰厚的代谢产品。

  两组小鼠盲肠内容物中差异表达的代谢物首要显着富集于视黄醇、胆固醇和生物素等一些代谢通路（图

  风趣的是，本研讨之后发现盲肠内容物、血清样本和前额叶皮层样本中的差异代谢物富集于色氨酸代谢和

  图4 代谢物富集剖析。（A到C）TD-FMT组小鼠（n=8）和ASD-FMT组小鼠（n=8）盲肠内容物（A），血清样品（B）和前额叶皮层（PFC）样品（C）中KEGG差异通路。

  （D）TD儿童（n=60）和ASD儿童（n=20）粪便样本中KEGG差异通路。

  ）的粪便代谢物。与动物试验定论共同，儿童粪便样本差异表达的代谢物相同富集于色氨酸代谢和

  图8（A）TPH1（色氨酸羟化酶）、SERT（血清素转运体）的蛋白表达水平，TD-FMT组（移植典型发育中对照供体粪便菌群的小鼠）和ASD-FMT组（移植自闭症谱系妨碍供体粪便菌群的小鼠）结肠中的5-HT1AR（5-HT1AR受体）水平。(E） 前额叶皮质（PFC）中TPH2、SERT和5-HT1AR的蛋白表达水平(B到D），结肠中TPH1（B）、SERT（C）和5-HT1AR（D）的Western blot（WB）信号定量(F至H）：PFC中TPH2（F）、SERT（G）和5-HT1AR（H）的WB信号量化。

  含量较低标明其胃肠道粘液屏障较薄。已知丁酸可促进神经可塑性和回忆构成，而且

  组小鼠中含量削减。色氨酸是血清素的唯一前体，大多数由色氨酸发生的血清素储存在嗜铬细胞中，在肠道中遭到影响而开释。

  以上的色氨酸可经过犬尿氨酸途径氧化为犬尿酸或经过喹啉酸途径氧化为喹啉酸。色氨酸还能够被肠道菌群代谢为吲哚及其衍生物。

  儿童血清中的血清素水平升高，大脑中血清素水平下降。而且动物研讨证明，色氨酸和

  中一些与粘膜相关的细菌水平添加，其间梭状芽胞杆菌可促进结肠肠嗜铬细胞内

  羟色胺代谢产品水平添加呈正相关，而与其水平削减呈负相关。短链脂肪酸是肠道菌群在胃肠道中的首要代谢产品，包含乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸。已知道在小鼠脑室内打针丙酸后可诱发

  TPH是催化5-羟色胺组成的限速过程，TPH1首要存在于肠和脾等外周器官中，而TPH2则存在于脑干中。ASD儿童血清5-羟色胺水平升高或许与SERT和血清素受体改动有关。SERT坐落突触前5-羟色胺的神经末梢和轴突以及5-羟色胺细胞体中，这些转运蛋白分子能够从突触空隙快速铲除5-羟色胺，并有用操控5-羟色胺浓度，因而SERT水平改动有几率会使生理功能妨碍。5-HT1A受体在前额叶皮层中占主导地位，并可经过负反馈回路调理5-羟色胺的开释。本文发现中，与TD-FMT组小鼠比较，ASD-FMT组小鼠TPH1在结肠表达水平较高，而SERT和5-HT1AR的表达水平较低。这或许是ASD-FMT组小鼠血清素代谢产品削减而引起的自我调理。研讨标明，ASD儿童血清中血清素水平升高，而大脑中血清素水平下降。本文成果为，与TD-FMT组小鼠比较，ASD-FMT组小鼠前额皮质中TPH2和SERT表达水平十分显着升高。因而，本文作者估测ASD-FMT组小鼠前额皮质SERT表达的添加或许导致中枢中5-羟色胺水平的下降。本文成果为肠道微生物影响色氨酸和5-羟色胺代谢的分子机制供给开始头绪。