加州大學洛杉磯分校的生物學家在9月23日的《自然》雜誌上報告說,在小鼠懷孕期間,生活在母親腸道中的數十億種細菌和其他微生物會調節關鍵的代謝物,這些小分子對胎兒胎兒的健康發育至關重要

儘管母體腸道菌群與大腦功能和後代行為異常有關(通常是由於感染,高脂飲食或懷孕期間的壓力等因素引起的),但科學家至今尚不清楚在關鍵的產前時期,沒有此類環境挑戰,是否影響大腦發育?

為了測試腸道微生物對母體血液中循環的代謝物和其他生化物質的影響,並培育迅速發育的胎兒大腦,研究人員飼養了經過抗生素處理以殺死腸道細菌的小鼠以及在無菌實驗室繁殖這種小鼠。

這項研究的主要作者,加州大學洛杉磯分校的伊萊恩·蕭(Elaine Hsiao)博士後學者海倫·沃恩(Helen Vuong)表示:“使用這兩種方法消耗母體腸道菌群,同樣會破壞胎兒的大腦發育。”

Vuong說,耗盡母體腸道菌群會改變正在發育的後代大腦中打開哪些基因,包括許多與神經元內新軸突形成有關的基因。軸突是連接大腦細胞並使它們交流的微小纖維。

研究人員發現,特別是,減少了將大腦丘腦與其皮質連接的軸突的數量和長度。

Vuong說:“這些軸突對於感知環境的能力特別重要。” “與此相吻合的是,缺乏腸道菌群的母親的後代在特定的感官行為方面受到了損害。”

Vuong說,這些發現發現,母體腸道菌群可以透過調節進入胎兒大腦本身的代謝產物來促進胎腦健康發育。

她說:“當我們測量母親血液,胎兒血液和胎兒腦中分子的類型和水平時,我們發現當母親在懷孕期間缺乏腸道菌叢時,特定的代謝產物通常會減少或流失。”

然後,生物學家在這些關鍵代謝物的存在下生長神經元。他們還將這些代謝物引入了腸道微生物被殺死的的懷孕小鼠中。

Vuong說:“當我們在這些代謝物的存在下神經元發育時,它們會形成更長的軸突和更多的軸突。” “當我們給這些微生物被滅絕或者耗竭的懷孕的小鼠關鍵代謝物時,這些代謝物的濃度在胎兒腦中得以恢復,並防止了軸突發育和後代行為的相關損害。

Vuong說:“腸道菌群具有令人難以置信的能力,不僅在懷孕的母親而且還在發育中的胎兒和胎兒大腦中調節許多生物化學物質。” “我們的發現還發現了促進軸突生長的選擇性代謝產物。”

結果表明,至少在小鼠中,微生物菌群與神經系統之間的相互作用是透過母體腸道菌叢對胎兒大腦的影響在產前便開始的。

這項研究的資深作者,加州大學洛杉磯分校整合生物學和生理學以及微生物,免疫學和分子遺傳學副教授伊萊恩·蕭(Elaine Hsiao)說,該發現對人類的適用性仍不清楚。

“我們不知道這些發現是否適用於人類,以及如何將其應用於人類。”蕭也是加州大學洛杉磯分校戴維·格芬醫學院消化病學副教授。“但是,許多神經發育障礙被認為是由懷孕期間的遺傳和環境風險因素引起的。我們的研究發現,懷孕期間母體腸道菌叢也應予以考慮並作進一步研究,不僅可能影響母親的健康,後代的健康也可能受影響。”

Hsiao,Vuong及其同事在2019年報導說,血清素和靶向血清素的藥物(例如抗憂鬱藥)可能會對腸道微生物群產生重大影響2018年,Hsiao和她的團隊在癲癇發作易感性和腸道菌群之間建立了因果關係,並確定了在生酮飲食的抗癲癇發作中扮演關鍵作用的特定腸道細菌。

參考文獻:

 

  1. Helen E. Vuong, Geoffrey N. Pronovost, Drake W. Williams, Elena J. L. Coley, Emily L. Siegler, Austin Qiu, Maria Kazantsev, Chantel J. Wilson, Tomiko Rendon, Elaine Y. Hsiao. The maternal microbiome modulates fetal neurodevelopment in miceNature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2745-3

 

 

 

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