《Gut Microbes》：Vagal sensing of altered gut microbiota links to externalizing behaviors
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由肠道菌群触发的岛叶/内感受性脑反应可影响焦虑、抑郁等情绪相关行为。尽管遗传突变可改变肠道微生物组，但宿主遗传变异相关肠道菌群改变如何与行为结局相关联仍不清楚。研究人员探讨了Sirtuin 3（Sirt3）缺陷如何与改变的肠-脑互作及情绪相关行为相联系。研究人
由肠道菌群触发的岛叶/内感受性脑反应可影响焦虑、抑郁等情绪相关行为。尽管遗传突变可改变肠道微生物组，但宿主遗传变异相关肠道菌群改变如何与行为结局相关联仍不清楚。研究人员探讨了Sirtuin 3（Sirt3）缺陷如何与改变的肠-脑互作及情绪相关行为相联系。研究人员比较了Sirt3敲除（KO）小鼠与野生型（WT）小鼠的肠道菌群组成和行为；利用同笼饲养（cohousing）和杂合子同窝对照评估微生物组相关行为贡献；通过转录组分析边缘系统区域特异性基因表达；分析孤束核（nucleus of the solitary tract, NTS）中与肠-脑迷走信号潜在相关的代谢物；在Sirt3-KO模型中施行膈下迷走神经切断术（subdiaphragmatic vagotomy）并测定小鼠血浆胆碱（choline）水平。结果显示，Sirt3-KO小鼠出现情绪相关神经行为改变及杏仁核（amygdala）和终纹床核（bed nucleus of the stria terminalis, BNST）突触可塑性相关基因改变，伴肠道菌群组成改变。Sirt3-KO小鼠血浆胆碱升高，NTS中γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）等神经递质相关代谢物降低，提示外化行为涉及迷走神经依赖性肠-脑轴信号。迷走切断后，Sirt3-KO小鼠在NTS GABA水平、杏仁核与BNST突触可塑性相关改变上恢复至接近WT。研究人员由此支持如下模型：非应激条件下，宿主遗传变异相关微生物组改变通过持续性肠-迷走信号被感知，并与NTS神经递质改变及外化行为表型相关。
《Gut Microbes》刊发的该项研究聚焦宿主遗传变异、肠道菌群、迷走神经与情绪相关行为之间的因果链路。研究背景方面，肠道微生物组经肠-脑轴（gut–brain axis）调节神经行为已成为共识，但宿主遗传变异如何改变菌群、大脑又如何感知这些菌群改变并导致行为表型，此前机制不清。已有研究多关注疾病或应激状态，非应激条件下宿主基因缺陷经迷走通路影响边缘系统回路的证据不足。Sirtuin 3（Sirt3，线粒体去乙酰酶）缺陷小鼠在代谢疾病模型中菌群改变显著，但正常条件下Sirt3缺陷、菌群、迷走信号与行为的关系未被系统阐明。因此，研究人员以C57BL/6背景的Sirt3敲除（KO）与野生型（WT）雄性小鼠为对象，回答两个关键问题：非应激条件下宿主遗传变异所致菌群改变能否引发神经行为变化；大脑如何通过迷走神经感知菌群改变并调节杏仁核（amygdala）-终纹床核（bed nucleus of the stria terminalis, BNST）回路。
主要技术方法上，研究人员使用隔离系Sirt3+/+与Sirt3-/-雄性小鼠、3周起同笼的coWT与coKO小鼠，以及杂合 breeding 得到的同窝L-WT、L-HE、L-KO小鼠；通过16S rRNA全长测序分析粪便微生物组，用α/β多样性和差异丰度分析刻画菌群；以开场试验（open-field test）、 elevated plus maze、light–dark box、fear conditioning、tail suspension、forced swim评估行为；对amygdala与BNST做RNA测序（RNA-seq）和Western blot，检测Arc、CaMKII、p-CaMKII、PSD95、GluR1、GluR2、NR2A等突触可塑性蛋白；对NTS做非靶向代谢组学与免疫荧光，分析GABA、c-Fos、GAD67、ABAT；施行膈下迷走神经切断术（subdiaphragmatic vagotomy）并以CCK-8饱食反应验证，再复测行为与NTS分子指标；同时测定血浆choline及肠通透性。
研究结果部分，首先为Host genetic variation is associated with alterations of the gut microbiota ecosystem：研究人员对16周隔离系小鼠粪便做PacBio全长16S测序，Canberra距离PCoA与PERMANOVA显示I-WT与I-KO菌群显著分离，evenness指标Shannon与Gini-Simpson在I-KO降低，Christensenellaceae、Akkermansiaceae增多，Rikenellaceae减少，说明Sirt3缺陷本身即可在非应激条件下重塑肠道菌群。
Externalizing behavior is present in 16-week-old Sirt3-deficient mice：研究人员在8、12、16周做焦虑样与抑郁样行为测试，仅16周I-KO小鼠在open field中中心区停留更长、elevated plus maze中开臂时间与进入次数增加、light–dark box中光照区时间更长，表现为活动增强、冲动、风险回避降低的外化行为；tail suspension与forced swim无抑郁差异，fear conditioning正常，说明表型特指外化行为而非广泛情绪障碍。
Gut microbiota contributes to externalizing behavior in Sirt3-deficient mice：研究人员用同笼饲养与同窝对照消除组间菌群差异，原本I-KO相对I-WT的行为差异在coWT/coKO与L-WT/L-HE/L-KO中消失或减弱，证明外化行为并非单纯由宿主Sirt3缺失造成，而主要由菌群组成差异贡献。
Synaptic remodeling in the amygdala and BNST depends on gut microbiota in Sirt3-deficient mice：研究人员对amygdala与BNST做转录组与蛋白验证，I-KO中synaptic plasticity、长期突触抑制、突触后结构相关通路富集，Arc、Egr1-4、Fos等即早基因上调，amygdala中Arc与p-CaMKII/CaMKII比升高，BNST中NR2A、GluR1、GluR2、PSD95升高；同笼后这些差异大都被消除，说明amygdala-BNST回路的突触重塑具有菌群依赖性。
Gut microbiota-induced externalizing behaviors are mediated by the vagus nerve：研究人员做膈下迷走神经切断，CCK-8试验与胃扩张确认切断有效，NTS中c-Fos阳性神经元约减半；迷走切断后vxKO与vxWT在open field、elevated plus maze、light–dark box中的外化差异被抹平，I-KO升高的血浆choline在vxKO中不再高于vxWT，表明菌群源外化行为经迷走神经传导。
Vagus nerve-mediated GABA dysregulation in the NTS links gut microbiota to externalizing behavior：研究人员对NTS代谢组发现glycine、serine、threonine代谢通路富集；I-KO的NTS中GABA强度约降30%，GAD67不变而ABAT（GABA transaminase）升高，迷走切断后GABA与ABAT差异消失；amygdala中p-CaMKII/CaMKII比、BNST中PSD95的I-KO异常也经vagotomy恢复，说明NTS内迷走相关GABA失衡连接菌群与外化行为及下游边缘系统可塑性。
讨论部分总结：研究人员指出，既往微生物组-精神行为研究多强调循环代谢物、免疫与神经发生，而本工作在肠屏障完整、血浆代谢组无显著扰动前提下，证明非应激、宿主基因相关菌群改变可被NTS经迷走通路口感知。10周时菌群已分异但choline、NTS c-Fos与GABA未变，16周才出现行为、迷走相关NTS神经递质及amygdala-BNST分子改变，说明菌群改变本身不充分，需持续性肠-迷走信号与NTS神经递质改变共同促成外化表型。研究把host genetic variation、gut microbiota、vagus nerve、NTS、amygdala-BNST与externalizing behaviors纳入同一机制链，为情绪障碍的菌群精准干预提供依据。
结论部分翻译：研究人员证实，宿主基因相关肠道菌群改变可通过肠-迷走神经-孤束核（NTS）轴在非疾病 onset 前贡献于外化行为及突触可塑性基因改变；膈下迷走神经切断可逆转上述表型并恢复NTS中GABA表达，凸显肠-脑通信中NTS作为肠源信号中枢的作用。这些发现揭示了肠道菌群调制情绪相关行为与脑功能的机制，并提示在情绪相关神经行为障碍治疗中，应将宿主基因相关肠道菌群特征纳入精准医学思路，靶向肠道菌群具有治疗潜力。
