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肠道细菌移植改变与抑郁相关的行为和大脑炎症

2019-08-08 370细菌益生菌的作用

科学家们已经证明,将肠道细菌从易受社会压力影响的动物体内移植到非压力动物体内,会导致接受者的脆弱行为。这项研究揭示了大脑和肠道之间生物相互作用的细节,这可能有一天会导致益生菌治疗人类精神疾病,如抑郁症。

肠道细菌移植改变与抑郁相关的行为和大脑炎症

肠道细菌与压力

”在实验室测试中表现出抑郁型行为的老鼠中,我们发现压力会改变它们的肠道微生物群——肠道中的细菌数量,”费城儿童医院麻醉学和重症监护室的神经科学家Seema Bhatnagar博士说。“此外,当我们将这些易受压力影响的老鼠体内的细菌移植到没有受到压力的老鼠体内时,受试动物也表现出了类似的行为。”

Bhatnagar补充说,压力也会增加易受伤害大鼠大脑的炎症,这种炎症在接受易受伤害动物的移植后出现在无压力大鼠身上。

研究小组于2019年3月4日在《分子精神病学》(Molecular Psychiatry)网站上发表了他们的研究结果。

Bhatnagar领导着CHOP的压力神经生物学项目,她的许多合作者都是PennCHOP微生物组项目的成员,该项目是CHOP的研究人员与宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院(Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania)合作进行的。该项目旨在更好地了解我们体内的微生物群落,并改变它们的特性,以改善人类健康。该项目的Chunyu Zhao博士进行了微生物组数据分析,是这篇论文的作者之一。

肠道细菌移植改变与抑郁相关的行为和大脑炎症

研究背景

科学家们已经知道大脑和肠道是相互影响的。在人类中,与健康个体相比,精神疾病患者的肠道微生物群不同,在精神疾病动物模型中也有类似的发现。本研究探讨了与脑炎症、微生物和应激相关的机制。

Bhatnagar说:“并非所有人对同样的压力都有相同的反应——有些人比其他人更容易患上精神疾病,而另一些人则更有韧性。”“类似的情况也发生在实验动物身上。”

肠道细菌移植改变与抑郁相关的行为和大脑炎症

研究内容

在啮齿动物中,社会等级和领地性是压力的主要来源。在实验室里,研究人员使用经过验证的行为工具,如强迫游泳测试或社交失败测试,来模拟压力源,以研究动物如何使用应对策略来应对压力。消极应对的老鼠更容易受到压力的影响,因为它们也表现出更多的焦虑和抑郁类型的行为,而积极应对的老鼠对社会压力的影响更有弹性。基于这些评估,研究人员将这些动物分为易受伤害的和有恢复力的。

研究小组接着分析了脆弱大鼠、恢复力大鼠、非应激对照组和安慰剂组的粪便微生物群落。他们发现,与其他组相比,易受感染的大鼠体内某些细菌(如梭状芽胞杆菌)的比例更高。

然后,他们将三组供体的粪便移植到没有受到压力的天真大鼠身上,这三组供体分别是脆弱的大鼠、有恢复力的大鼠和对照组的非压力大鼠。他们发现不同的微生物群落改变了类似抑郁的行为。接受来自脆弱大鼠移植的大鼠更有可能采取类似抑郁的行为,而接受来自适应性动物或非应激动物移植的大鼠在行为或神经测量方面没有任何变化。受体大脑炎症过程的模式也与易受感染动物的大脑相似,这表明肠道细菌(如梭状芽胞杆菌)的免疫调节作用可能促进了这种炎症。然而,移植并没有显著改变焦虑样行为。

研究结果

来自脆弱大鼠的肠道移植增加了非应激受体的抑郁型行为,而没有增加焦虑型行为,这一发现可能指向不同的机制。研究人员说,这种差异表明,抑郁型行为更多地受肠道微生物群的调控,而焦虑型行为主要受应激体验产生的神经活动变化的影响。

进一步研究

Bhatnagar说:“虽然还需要做更多的研究,但我们可以预见未来的应用,我们可以利用微生物与大脑的相互作用的知识来治疗人类精神疾病。”“人们已经在服用非处方益生菌作为补充。如果我们最终能证实特定细菌的有益行为效果,我们就能为新的精神治疗奠定基础。”

引用

Children's Hospital of Philadelphia. "Transplanting gut bacteria alters depression-related behavior, brain inflammation in animals: Knowledge of stress biology may eventually yield bacterial treatments for psychiatric disorders." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 May 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190506163642.htm.

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