揭示腸道微生物與腦細(xì)胞之間溝通的分子過程

威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)大學(xué)和康奈爾大學(xué)伊薩卡分校的科學(xué)家首次描述了腸道微生物與腦細(xì)胞之間通訊的新細(xì)胞和分子過程。在過去的二十年中，科學(xué)家觀察到自身免疫性疾病與多種精神病之間有著明確的聯(lián)系。例如，患有自身免疫性疾病(例如炎癥性腸病(IBD)，牛皮癬和多發(fā)性硬化癥)的人也可能會消耗腸道菌群，并出現(xiàn)焦慮，抑郁和情緒障礙。自身免疫性疾病和精神疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)似乎也密切相關(guān)。但是，腸道健康如何影響大腦健康的確切原因尚不清楚。

我們的研究為腸道和大腦在分子水平上的交流機(jī)制提供了新的見解。尚無人了解IBD和其他慢性胃腸道疾病如何影響行為和心理健康。我們的研究是了解整體情況的新方法的開端。”

這項(xiàng)研究于10月23日在《自然》雜志上發(fā)表，研究人員使用小鼠模型來了解腸道菌群耗盡后腦細(xì)胞中發(fā)生的變化。第一作者Coco Chu博士是吉爾·羅伯茨(Jill Roberts)炎癥性腸病研究所的博士后研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)，康奈爾大學(xué)伊薩卡分校，博伊斯·湯普森研究所，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)多個(gè)部門的多學(xué)科研究人員小組，以及在行為，先進(jìn)的基因測序技術(shù)和細(xì)胞內(nèi)小分子分析方面具有專業(yè)知識的Nor??thwell Health。

用抗生素治療以減少其微生物數(shù)量的小鼠，或繁殖為無細(xì)菌的小鼠，得知不再存在威脅性危險(xiǎn)的能力顯著降低。為了了解此結(jié)果的分子基礎(chǔ)，科學(xué)家對位于大腦中的稱為小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫細(xì)胞中的RNA進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞中基因表達(dá)的改變在學(xué)習(xí)過程中對大腦細(xì)胞的連接方式產(chǎn)生了重塑。在健康小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)這些變化。

副校長，神經(jīng)科學(xué)副教授康納·利斯頓(Conor Liston)博士說：“小膠質(zhì)細(xì)胞中基因表達(dá)的變化可能會破壞突觸的修剪，腦細(xì)胞之間的連接，干擾應(yīng)該通過學(xué)習(xí)而發(fā)生的新連接的正常形成。”在Feil家庭腦與精神研究所任職，并在Weill Cornell Medicine 擔(dān)任精神病學(xué)副教授。

該團(tuán)隊(duì)還研究了無菌小鼠大腦中的化學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)與人類神經(jīng)精神疾病(如精神分裂癥和自閉癥)相關(guān)的幾種代謝物的濃度發(fā)生了變化。博伊斯·湯普森研究所和化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授弗蘭克·施羅德博士說：“腦化學(xué)本質(zhì)上決定了我們對環(huán)境的感覺和反應(yīng)方式，證據(jù)表明腸道微生物衍生的化學(xué)物質(zhì)起著重要作用。” Cornell Ithaca的部門。

接下來，研究人員試圖通過恢復(fù)小鼠出生后各個(gè)年齡段的腸道菌群來逆轉(zhuǎn)小鼠的學(xué)習(xí)問題。利斯頓博士說：“我們很驚訝我們能夠挽救無菌小鼠的學(xué)習(xí)缺陷，但前提是我們必須在出生后立即進(jìn)行干預(yù)，這表明腸道菌群信號在生命的早期就很重要。” “這是一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵S多與自身免疫性疾病有關(guān)的精神疾病與早期大腦發(fā)育過程中的問題有關(guān)。”

Artis博士說：“腸腦軸影響著每個(gè)人的每一天，”。“我們開始更多地了解腸道如何影響自閉癥，帕金森氏病，創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和抑郁癥等多種疾病。我們的研究為這種機(jī)制如何運(yùn)作提供了新的認(rèn)識。”

Liston博士說：“我們還不知道，但是在未來，有潛力確定有希望的目標(biāo)，這些目標(biāo)可能在將來用作人類的治療方法。” “這是我們未來需要測試的東西。”

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