Nature：母體腸道微生物組竟影響胎兒大腦發(fā)育

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員報道，在小鼠懷孕期間，生活在母體腸道中的數(shù)十億個細(xì)菌和其他微生物調(diào)節(jié)著關(guān)鍵的代謝物，這些小分子對胎兒大腦的健康發(fā)育非常重要。相關(guān)研究結(jié)果于2020年9月23日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“The maternal microbiome modulates fetal neurodevelopment in mice”。

圖片來自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2745-3。

雖然母體腸道微生物群一直與后代的大腦功能和行為異常---通常是對感染、高脂肪飲食或懷孕期間的壓力等因素作出的反應(yīng)---有關(guān)，但是科學(xué)家們直到現(xiàn)在才知道它是否在產(chǎn)前關(guān)鍵時期和沒有這類環(huán)境挑戰(zhàn)的情況下影響大腦發(fā)育。

為了測試腸道微生物群對在母體血液中循環(huán)并滋養(yǎng)著快速發(fā)育的胎兒大腦的代謝物和其他生化物質(zhì)的影響，這些研究人員飼養(yǎng)了用抗生素處理以殺死腸道細(xì)菌的小鼠，以及在實(shí)驗(yàn)室中培育的無菌小鼠。

加州大學(xué)洛杉磯分校Elaine Hsiao實(shí)驗(yàn)室博士后學(xué)者Helen Vuong說，“利用這兩種方法剔除母體腸道微生物群同樣地會破壞胎兒的大腦發(fā)育?！?/span>

Vuong說，剔除母體腸道微生物群改變了發(fā)育中的后代大腦內(nèi)開啟的基因，包括許多參與神經(jīng)元中新軸突形成的基因。軸突是連接腦細(xì)胞并使得它們彼此間能夠進(jìn)行交流的微小纖維。特別是，這些研究人員發(fā)現(xiàn)，連接大腦丘腦和皮層的軸突在數(shù)量和長度上都有所減少。

Vuong說，“這些軸突對感知環(huán)境的能力特別重要。與此相一致的是，來自缺乏腸道微生物群的母體的后代在特定的感覺行為方面存在障礙。”

Vuong說，這些發(fā)現(xiàn)表明，母體腸道微生物群可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入胎兒大腦本身的代謝物來促進(jìn)胎兒大腦的健康發(fā)育。

她說，“當(dāng)我們測量母體血液、胎兒血液和胎兒大腦中分子的類型和水平時，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)母體在懷孕期間缺乏腸道微生物群時，特定的代謝物通常會減少或缺失?！?/span>

然后，這些研究人員在這些關(guān)鍵代謝物存在的情況下培養(yǎng)神經(jīng)元。他們還將這些代謝物引入到缺乏腸道微生物群的懷孕小鼠體內(nèi)。

Vuong說，“當(dāng)我們在這些代謝物的存在下培養(yǎng)神經(jīng)元時，它們產(chǎn)生更長的軸突和更多的軸突。當(dāng)我們給懷孕的小鼠補(bǔ)充了當(dāng)腸道微生物群剔除時減少或缺失的關(guān)鍵代謝物時，這些代謝物的水平在胎兒大腦中得到了恢復(fù)，并且阻止了軸突發(fā)育和后代行為遭受的破壞?！?/span>

Vuong說，“腸道微生物群具有令人難以置信的能力，不僅可以調(diào)節(jié)孕婦體內(nèi)的許多生化物質(zhì)，還可以調(diào)節(jié)發(fā)育中的胎兒和胎兒大腦內(nèi)的許多生化物質(zhì)。我們的研究結(jié)果還精確地指出了促進(jìn)軸突生長的選擇性代謝物?！?/span>

這些結(jié)果表明，腸道微生物群和神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用從產(chǎn)前開始，通過母體腸道微生物群影響胎兒大腦，至少在小鼠中是如此。Hsiao說，這些發(fā)現(xiàn)是否適用于人類還不清楚。

Hsiao說，“我們不知道這些發(fā)現(xiàn)是否以及如何適用于人類。然而，有許多神經(jīng)發(fā)育障礙被認(rèn)為是由懷孕期間經(jīng)歷的遺傳和環(huán)境風(fēng)險因素引起的。我們的研究表明，懷孕期間的母體腸道微生物群也應(yīng)該加以考慮和開展進(jìn)一步研究，這是因?yàn)樗粌H可能影響母體健康，也可能影響發(fā)育中的后代的健康?！?/span>

2019年，Hsiao、Vuong及其同事們報告，血清素和針對血清素的藥物，如抗抑郁藥，會對腸道微生物群產(chǎn)生重大影響。2018年，Hsiao和她的團(tuán)隊(duì)確定了癲癇易感性和腸道微生物群之間的因果關(guān)系，并鑒定出特定的腸道細(xì)菌在生酮飲食的抗癲癇效果中發(fā)揮了重要作用。（世聯(lián)博研(Bioexcellence) 世聯(lián)博研Bioexcellence）

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