自閉癥譜系障礙人體內(nèi)腸道微生物群促進(jìn)小鼠的行為癥狀改變

自閉癥不是單純的遺傳疾病，環(huán)境因素對(duì)該病的作用明顯大于基因因素，剖腹產(chǎn)、配方奶粉喂養(yǎng)、幼年大量用過(guò)抗生素等破壞腸道菌群發(fā)育因素的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于遺傳基因。近年來(lái)腦腸軸的概念被更多的人接受研究，腦腸軸在神經(jīng)疾病方面表現(xiàn)出非常重要的作用。加州理工學(xué)院在2019年于《Cell》發(fā)表了一篇題名為：Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice的文章。研究為腸道菌群在ASD相關(guān)神經(jīng)變化中的作用提供了線索。這表明細(xì)菌代謝物或益生菌也有望在將來(lái)參與ASD的治療。

自閉癥兒童菌群移植的無(wú)菌小鼠，子代出現(xiàn)自閉癥樣癥狀，定植自閉癥兒童菌群的無(wú)菌小鼠子代（oASD）呈現(xiàn)出與人類自閉癥兒童相似的菌群特征，且這些差異菌群與自閉癥癥狀顯著相關(guān)

自閉癥兒童腸道菌群與正常兒童差異明顯；無(wú)菌小鼠接受自閉癥兒童腸道菌群移植后，其子代小鼠也出現(xiàn)自閉癥癥狀；動(dòng)物行為學(xué)檢測(cè)結(jié)果表示，與接受正常人（TD）腸道菌群的小鼠子代相比，接受ASD的小鼠子代出現(xiàn)明顯的自閉癥相關(guān)行為學(xué)癥狀，例如重復(fù)性行為增加，移動(dòng)減少，社會(huì)交往減少。子代小鼠的自閉癥樣癥狀與人類供體的自閉癥嚴(yán)重程度相關(guān)。無(wú)菌小鼠接受糞便菌群移植后，其菌群三個(gè)月后發(fā)生變化，α多樣性降低，雖然60%左右菌不變，但有一些菌消失，而另一些菌大量增殖；從受體小鼠到其子代，腸道菌群也有一定變化。但子代小鼠的菌群仍其保留人類供體菌群的大部分特征，即oTD和oASD菌群明顯不同，主要特征菌包括：乳酸桿菌目、梭菌科和腸桿菌科。

子代小鼠兩組間菌群差異顯著，且oASD菌群呈現(xiàn)出與人類ASD兒童相同的菌群特征，如阿克曼菌屬增加、薩特菌屬增加和毛螺菌科增加等。分析子代小鼠關(guān)鍵差異菌群與自閉癥行為的相關(guān)性。

自閉癥菌群導(dǎo)致小鼠大腦內(nèi)多種基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生自閉癥樣改變

對(duì)小鼠大腦進(jìn)行RNA測(cè)序，分析顯示：有62中與自閉癥相關(guān)基因在大腦中表達(dá)。oASD小鼠和oTD小鼠大腦內(nèi)基因可變剪輯模式發(fā)生明顯改變。與oTD小鼠相比，oASD小鼠大腦內(nèi)富集了大量自閉癥相關(guān)基因的可變剪輯。

兩組小鼠之間代謝發(fā)生了改變

oASD小鼠和oTD小鼠結(jié)腸代謝譜完全不同。對(duì)于哺乳動(dòng)物最主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA和甘氨酸受體，兩種小鼠結(jié)腸內(nèi)激活劑和拮抗劑含量差異顯著。比如oASD小鼠結(jié)腸5AV（5氨基戊酸，GABAA受體弱激活劑）和?；撬幔?span>GABAA受體弱激活劑和甘氨酸受體激活劑）含量更少。補(bǔ)充數(shù)據(jù)中oASD小鼠和oTD小鼠血清代謝譜完全不同。差異與結(jié)腸代謝譜類似，主要在于氨基酸的代謝。

正常發(fā)育菌群和自閉癥菌群產(chǎn)生完全不同的代謝譜——特別是氨基酸代謝

MIMOSA分析表明，與其他代謝物相比，氨基酸主要被微生物群降解利用。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)各種氨基酸的代謝，特別是脯氨酸、?；撬帷⒐劝彼岷凸劝滨０返拇x，在 oASD 小鼠的宏基因組中存在差異。這些數(shù)據(jù)表明 oTD 微生物群優(yōu)先代謝特定的膳食氨基酸。宏基因組數(shù)據(jù)的HUMAnN2 和 ShortBRED 分析能夠探索?；撬岷?span> 5AV 代謝的可能途徑。?；撬峥梢酝ㄟ^(guò)牛磺結(jié)合膽汁酸（如?；悄懰幔┑慕馀悸?lián)產(chǎn)生，也可以通過(guò) Lcysteate 的脫羧產(chǎn)生。并且研究發(fā)現(xiàn)在oASD小鼠中K13821和P5C 還原酶豐度的顯著降低。這些數(shù)據(jù)表明，在oTD 微生物群中，L-脯氨酸通過(guò)P5C從Hyp產(chǎn)生，隨后作為電子受體產(chǎn)生5AV。相反，在oASD微生物群中，平衡轉(zhuǎn)向產(chǎn)生P5C和谷氨酸，降解5AV。

補(bǔ)充代謝物可改善自閉癥模型小鼠的自閉癥癥狀

相關(guān)分析顯示：結(jié)腸和血清關(guān)鍵代謝物（如?；撬岷?span>5AV）與自閉癥樣癥狀顯著相關(guān)。自閉癥模型小鼠口服?；撬岷?span>5AV干預(yù)，可明顯減輕自閉癥癥狀。

代謝物干預(yù)可減少BTBR小鼠大腦前額葉皮層的神經(jīng)興奮性。神經(jīng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：5AV干預(yù)可減輕前額葉L5椎體神經(jīng)元的興奮性，?；撬釤o(wú)此效果。

研究結(jié)論：

自閉癥可通過(guò)腸道菌群傳遞從人轉(zhuǎn)移給無(wú)菌小鼠，再?gòu)母改复∈筮z傳給子代小鼠。自閉癥表型與腸道微生物和微生物產(chǎn)生的活性代謝物質(zhì)密切相關(guān)，補(bǔ)充蛋白質(zhì)類代謝物如5AV（5氨基戊酸）可減輕自閉癥行為和大腦生理異常。