脊髓-肠道轴的紊乱会改变肠道内的微生物动态以及碳水化合物的相互转化过程

《Communications Biology》：Disruption of the spinal cord-gut axis alters microbial dynamics and carbohydrate cross-feeding in the gut

　　

摘要

脊髓与肠道之间的相互作用调节着肠道菌群，但其背后的机制仍不甚明了。以往的研究主要依赖于基因标记物，这些标记物的功能分析较为有限，或者仅基于小规模样本的基因组信息进行分析。在本研究中，我们通过对333只雄性和雌性C57BL/6小鼠的样本进行基因组解析的宏基因组学分析，这些样本采集于脊髓-肠道轴被手术破坏之前及之后长达六个月的时间段内。研究共获得了6,635个微生物基因组草图，这些数据为基础构建了一个新的“小鼠B6肠道微生物目录”，显著扩展了这一常用实验小鼠品系的微生物种类和菌株的代表性。样本分析显示，脊髓-肠道信号通路的中断会导致微生物群落组成的持续变化，这种变化与损伤程度、性别和时间有关，并且Lactobacillus johnsonii的数量会显著减少。向脊髓受损的小鼠喂食纯化的L. johnsonii可以防止因脊髓-肠道轴中断而引起的代谢缺陷和全身性炎症。利用基因组解析和基于微生物群落的代谢分析方法发现，肠道微生物在碳水化合物的共享和利用方式发生了改变，这可能是导致L. johnsonii数量减少的原因之一；这一发现为未来的假设验证提供了基于基因组的解释机制。本研究改进了小鼠微生物组数据库，展示了如何通过宏基因组学信息指导的微生物干预措施来理解其作用机制，从而改善宿主健康，并强调了健康脊髓在调节肠道生态系统功能中的关键作用。