Cell子刊：肠道微生物群变化或可加剧认知能力下降

近期的研究已发现，肠道微生物群—生活在肠道中的数万亿个细菌和其他微生物—的变化可以改变大脑和行为。如今，在一项新的研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校和加州理工学院的研究人员阐明了这一现象是如何和为何发生的。相关研究结果近期发表在Cell Host & Microbe期刊上，论文标题为“Alterations in the gut microbiota contribute to cognitive impairment induced by the ketogenic diet and hypoxia”。在用小鼠进行的实验中，这些作者发现，肠道微生物可以加剧认知障碍的影响，因为它们会影响大脑中对记忆和学习至关重要的海马体。他们发现，在喂食生酮饮食—高脂肪、低碳水化合物的饮食—并间歇性缺氧的小鼠的肠道微生物群中，一类叫做嗜胆菌（Bilophila）的细菌浓度急剧增加。他们还发现，生酮饮食、缺氧和用一种叫做沃氏嗜胆菌（Bilophila wadsworthia）的嗜胆菌处理会损害海马体，导致小鼠的认知能力下降。这些作者给几只小鼠提供了生酮饮食，给其他小鼠提供了标准饮食。然后，所有的小鼠连续五天接受低水平的氧气，然后给它们四天时间来恢复。对他们来说，让这些小鼠缺氧是造成认知障碍的一种方法，目的是模拟人类中由神经系统疾病或衰老引起的认知障碍。接下来，这些作者观察了它们在迷宫中的导航能力。当试图找到走出迷宫的方法时，喂食生酮饮食的小鼠比喂食标准饮食的小鼠平均多犯了30%的错误。这两组小鼠之间的差异范围为25% ~ 75%。这些作者还评估了不同的饮食是否会独自导致未缺氧的小鼠的认知行为发生任何变化。在这一实验中，根据小鼠是喂食生酮饮食还是喂食标准饮食，它们找到走出迷宫的方法的能力没有明显的差异，这表明对认知能力的负面影响只发生在饮食和缺氧的组合上。论文第一作者、加州大学洛杉矶分校研究生Christine Olson说，“这些结果强调了不同的环境因素能够相互作用，共同影响小鼠的认知行为。”接下来，这些作者调查了如果他们在给小鼠提供生酮饮食并将它们暴露在缺氧环境中之前，剔除它们体内的肠道微生物群会发生什么。有趣的是，首先剔除肠道微生物群的小鼠在迷宫中犯的错误明显少于暴露在缺氧环境中并给予生酮饮食但没有首先改变其肠道微生物群的小鼠。Olson说，“这表明与生酮饮食和缺氧有关的肠道微生物可能有助于对认知障碍的不利影响。”这些作者确定了沃氏嗜胆菌改变了小鼠海马体中哪些基因开启或关闭，并且这种细菌减少了海马体中的正常细胞信号传递。图片来自Cell Host & Microbe, 2021, doi:10.1016/j.chom.2021.07.004。Olson说，“沃氏嗜胆菌破坏了海马体的活动和认知行为，其方式类似于缺氧和生酮饮食共同作用的方式。”她补充说，鉴于海马体在学习和记忆中的重要作用，这些变化为嗜胆菌如何影响认知行为提供了线索。Hsiao说，科学家们如今才发现能够影响小鼠和其他动物行为变化的微生物物种。她补充说，更具体地研究微生物物种如何影响大脑—-例如，通过探究对微生物的反应而发生的细胞变化，这将是非常重要的。认知障碍困扰着数百万65岁以上的人，并与各种慢性代谢、免疫和神经退行性疾病有关，如阿尔茨海默病。论文通讯作者、加州大学洛杉矶分校生物科学教授Elaine Hsiao说，这项新研究可能是了解哪些微生物影响或损害认知能力的重要一步。Hsiao说，“识别早期风险因素对于实现认知障碍的早期检测和干预至关重要。”Hsiao补充说，还需要开展更多的研究来确定除了嗜胆菌以外的其他肠道微生物是否也可能影响认知能力，以及肠道微生物群是否可以影响人类的认知能力下降。参考资料：Christine A. Olson et al. Alterations in the gut microbiota contribute to cognitive impairment induced by the ketogenic diet and hypoxia. Cell Host & Microbe, 2021, doi:10.1016/j.chom.2021.07.004.
（责任编辑：labwebx）