腸道微生物與自閉癥相關(guān)性文獻(xiàn)解讀（附微生物研究解決方案）

微生物組是指一個(gè)特定環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)中全部微生物及其遺傳信息。這些微生物主要括細(xì)菌、古菌、原生動(dòng)物、真菌和病毒等。微生物廣泛分布于我們生活的環(huán)境中，通過復(fù)雜的相互作用表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)功能。目前微生物研究非常火熱，主要涉及到海洋、河流、土壤等環(huán)境和個(gè)體的口腔、腸道、皮膚、生殖道等部位的微生物研究。近年來，人體共生微生物和宿主健康、疾病聯(lián)系密切相關(guān)，特別是微生物與心腦血管疾病、免疫類疾病、代謝類疾病、抑郁癥、自閉癥、阿爾茲海默癥、腫瘤的關(guān)聯(lián)研究日益火熱。

今天給大家分享一篇加州理工學(xué)院Gil Sharon等人在《Cell》雜志上發(fā)表的題為《Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice》的研究性文章，IF:31.398。該研究通過從患有自閉癥兒童和正常兒童的糞便中分離培養(yǎng)功能性細(xì)菌，移植到小鼠腸道中構(gòu)建出具有穩(wěn)定擬人腸道微環(huán)境的動(dòng)物模型，揭示腸道細(xì)菌會(huì)直接促進(jìn)小鼠的自閉癥行為發(fā)生，為治療自閉癥等典型神經(jīng)疾病指明了潛在新方向。

研究背景：

自閉癥(ASD)表現(xiàn)為復(fù)雜的人類行為改變，包括社會(huì)溝通和刻板印象。除了遺傳的不同外，腸道微生物在正常發(fā)育(TD)和ASD個(gè)體之間也存在差異，但是微生物群是否與癥狀相關(guān)目前還不清楚。

研究材料：

無菌(GF)雄性和雌性小鼠；自閉癥癥狀小鼠；BTBR T+ tf/J (BTBR)小鼠模型；正常發(fā)育(TD)兒童、自閉癥患者(ASD)兒童糞便。

研究技術(shù)：

16s rDNA分析、非靶代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究

Highlights：

1）攜帶人類ASD而非TD的小鼠，其微生物群表現(xiàn)出類似ASD的行為；

2）ASD和TD微生物群在小鼠中產(chǎn)生了不同的代謝組譜；

3）攜帶ASD微生物群的小鼠大腦中風(fēng)險(xiǎn)基因存在廣泛選擇性剪接，而接受5AV或牛磺酸治療的BTBR小鼠的重復(fù)和社交行為得到改善。

研究結(jié)果：

1、來自ASD個(gè)體的腸道微生物群足以使小鼠行為改變

本研究首先要測(cè)試人類微生物群是否在功能上促進(jìn)了小鼠的ASD行為。選擇人類TD和ASD供者的糞便樣本并移植到GF野生型小鼠腸道中，對(duì)其及其后代進(jìn)行行為學(xué)分析。結(jié)果顯示移植ASD患者糞便的小鼠重復(fù)行為增加，運(yùn)動(dòng)減少，交流減少，表現(xiàn)出明顯的自閉癥癥狀。

移植ASD微生物的小鼠可再現(xiàn)人類自閉行為

2、TD和ASD移植小鼠不同微生物種群導(dǎo)致了行為的不同

對(duì)ASD患者、ASD小鼠及其后代的腸道菌群進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)ASD患者及ASD小鼠的腸道菌群與對(duì)照組均有明顯差異，且這種差異是可以垂直傳遞給子代小鼠。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)特定類型的腸道菌群(Bacteroides、Parabacteroides、Eisenbergiela tayi)是引起ASD的關(guān)鍵。

毛縷菌科、擬桿菌科和擬副桿菌科在TD和ASD后代微生物組中含量不同

3、ASD微生物群可促進(jìn)大腦中ASD相關(guān)基因的廣泛選擇性剪接

社會(huì)行為是由包括前額葉皮層(PFC)和紋狀體(STR)在內(nèi)的多個(gè)大腦區(qū)域介導(dǎo)的，突觸功能障礙和異常的發(fā)育軌跡可能會(huì)導(dǎo)致重復(fù)行為的增加。通過大規(guī)模分析，研究者比較了TD和ASD個(gè)體大腦中表達(dá)的各種基因和非編碼RNA的差異表達(dá)，結(jié)果顯示差異表達(dá)的基因較少。深入研究ASD大腦是否表現(xiàn)出選擇性剪接(AS)的差異模式（這是人類ASD大腦中發(fā)現(xiàn)的一種特征），檢測(cè)ASD相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有569個(gè)基因的可變剪接發(fā)生明顯改變（神經(jīng)元中高表達(dá)），其中有52種基因是自閉癥相關(guān)基因。

微生物組影響小鼠大腦中ASD基因的表達(dá)和選擇性剪接

4、TD、ASD移植小鼠的微生物產(chǎn)生了代謝產(chǎn)物

大腦中的基因表達(dá)、剪接和神經(jīng)元功能可以通過小分子代謝物進(jìn)行調(diào)節(jié)。代謝組改變與自閉癥譜系障礙有關(guān)。因此對(duì)oTD和oASD小鼠的結(jié)腸內(nèi)容物和相應(yīng)的血清進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)oASD小鼠的結(jié)腸內(nèi)容物中有27種與oTD小鼠有顯著差異，抑制γ -氨基丁酸(GABA)和甘氨酸受體的幾種激動(dòng)劑和拮抗劑存在差異，具體來說，5-氨基戊酸(5AV)和牛磺酸在oASD小鼠中顯著降低。后期對(duì)代謝過程進(jìn)行功能預(yù)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)：對(duì)照組小鼠腸道中L-脯氨酸和或反式-4-羥基-L-脯氨酸最終產(chǎn)生了5AV；而ASD小鼠腸道中最后生成了谷氨酸。

oTD和oASD微生物組對(duì)小鼠結(jié)腸和血清代謝組的影響

宏基因組分析證實(shí)oASD小鼠氨基酸代謝缺乏

5、調(diào)控ASD小鼠代謝物可改善ASD樣行為

腸道內(nèi)的微生物代謝物會(huì)影響神經(jīng)系統(tǒng)的預(yù)后，為了測(cè)試5AV和牛磺酸是否對(duì)小鼠行為有影響，作者通過Spearman相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)多種代謝物含量與小鼠模型的行為學(xué)異常存在相關(guān)性包括牛磺酸和5AV，可能保護(hù)小鼠不發(fā)生ASD樣行為。后期通過采用BTBR T+ tf/J (BTBR)小鼠模型，當(dāng)BTBR小鼠自受孕開始口服牛磺酸或5AV至成年，其重復(fù)性行為均明顯減少，而社交行為明顯增加。最后通過電生理和鈣成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5AV能降低BTBR小鼠前額皮質(zhì)中的神經(jīng)元興奮性。

微生物代謝物影響B(tài)TBR小鼠模型的行為和腦生理

微生物研究思路

Absin微生物研究產(chǎn)品解決方案：

[1] Sharon G, Cruz NJ, Kang DW, et al. Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice.Cell. 2019;177(6):1600-1618.e17. doi:10.1016/j.cell.2019.05.004

Absin產(chǎn)品線：

爆款產(chǎn)品：試劑盒(mIHC、IHC、凋亡、ELISA、ChIP、Co-IP、TR-FRET、生化檢測(cè)、殘留檢測(cè)、多因子檢測(cè))；細(xì)胞培養(yǎng)(類器官試劑盒+基質(zhì)膠，胎牛血清+培養(yǎng)添加劑+細(xì)胞因子)、分化試劑盒；分子(mRNA合成服務(wù)+提取試劑盒)；化合物大包裝；輔助試劑、耗材/儀器、定制服務(wù)(抗體/多肽/蛋白/標(biāo)記/檢測(cè))...

特色產(chǎn)品：雞胚提取物CEE、B27、N2、霍亂毒素B亞單位CTB、牛腦垂體提取物BPE、百日咳毒素PTX、重組人胰島素Insulin、人源低密度脂蛋白LDL...