热灭活的细菌制剂通过物种特有作用改善大鼠因母体分离引起的社交缺陷

《Food Bioscience》:Heat-killed bacterial preparations ameliorate maternal separation-induced social deficits in rats through species-associated effects

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年07月25日 来源:Food Bioscience 6.2

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  摘要早期生活压力是导致持续社交功能障碍的重要风险因素,但目前有效的断奶后干预策略仍较为有限。本研究采用母鼠分离模型,探讨了断奶后补充两种热灭活细菌制剂——植物乳杆菌KABP-051和长双歧杆菌KABP-042对神经行为的影响。斯普拉格-道利大鼠在出生后第2至20天被置于母鼠分离环

  

摘要

早期生活压力是导致持续社交功能障碍的重要风险因素,但目前有效的断奶后干预策略仍较为有限。本研究采用母鼠分离模型,探讨了断奶后补充两种热灭活细菌制剂——植物乳杆菌KABP-051和长双歧杆菌KABP-042对神经行为的影响。斯普拉格-道利大鼠在出生后第2至20天被置于母鼠分离环境中,从第21天起喂食含有上述任一菌株的饲料。这两种菌株均能改善成年大鼠在三室测试中的社交新奇性偏好缺陷,但二者带来的效果存在差异。除了社交新奇性缺陷外,植物乳杆菌KABP-051还能逆转母鼠分离引起的三室测试中大鼠移动总距离增加以及Y迷宫测试中的工作记忆障碍。此外,在幼年期的微生物群和转录组分析显示,该菌株可恢复盲肠产生丁酸的能力,同时显著改善由母鼠分离引起的与能量代谢、炎症信号传导及上皮重塑相关的结肠功能异常。相比之下,长双歧杆菌KABP-042的结肠改善效果较弱,但它能独特地改善母鼠分离引起的中间前额叶皮层的功能异常,部分恢复了成年大鼠中小清蛋白阳性中间神经元的密度以及社交行为引发的神经元激活水平。我们的研究结果表明,断奶后补充热灭活细菌制剂可通过物种特有机制,缓解早期生活压力带来的神经发育缺陷,尤其是社交功能方面的问题。这类非活性且可与食物混合的制剂,可为应对早期生活逆境后的微生物群-肠道-大脑轴紊乱提供实用的饮食干预方案。

引言

早期生活压力包括虐待和忽视等不良经历,是导致神经发育异常的已知风险因素,往往会在日后引发社交功能障碍(Haslam & Taylor, 2022; Maguire et al., 2015)。为探究其因果机制,母鼠分离模型被广泛用作研究早期生活压力的啮齿动物模型,已有研究表明该模型可导致日后出现社交功能缺陷(Endo et al., 2021; Lukas et al., 2011; Rombaut et al., 2023; Zhu et al., 2024)。由于早期发育阶段是神经回路形成的敏感期,早期干预或许有助于减轻早期生活压力相关行为特征的长期持续影响。环境丰富化一直是研究早期生活逆境啮齿动物模型的常用非药物干预方法(Doreste-Mendez et al., 2019; Irie et al., 2023; Mansouri et al., 2021)。近年来,随着人们对微生物群-肠道-大脑通路的关注度提升,基于营养和饮食的干预方法也日益受到重视(Geertsema et al., 2025)。
早期发育阶段的肠道微生物群对神经发育及后续行为表现具有重要影响。先前的研究显示,无菌小鼠的微胶质细胞成熟度和免疫反应存在广泛异常(Erny et al., 2015)。此外,无菌小鼠的中间前额叶皮层髓鞘形成异常,日后也会出现社交行为异常(Desbonnet et al., 2014; Hoban et al., 2016)。值得注意的是,断奶后再定植微生物群可部分恢复中间前额叶皮层中与髓鞘形成相关的基因表达,并改善某些社交行为方面的问题(Desbonnet et al., 2014; Hoban et al., 2016)。这些发现为断奶后针对微生物群的干预措施(如益生元和益生菌)缓解早期生活压力引起的脑功能和行为异常提供了理论依据。与之相符的是,已有研究指出断奶后补充益生菌可减轻母鼠分离引起的行为异常,主要表现为焦虑样和抑郁样症状(De Santa et al., 2024; Desbonnet et al., 2010; Liao et al., 2019; Liu et al., 2016; Zhu et al., 2024)。然而,针对早期生活压力相关社交功能障碍的专门研究仍然较少。此外,与活性益生菌相比,针对早期生活逆境后的后生元干预研究更为少见。后生元一般指无生命形式的微生物及其成分,能够为宿主带来健康益处(Salminen et al., 2021)。与活性益生菌不同,热灭活细菌制剂无需在肠道内定植,其作用可能通过微生物结构成分及热稳定的生物活性分子实现,这类分子包括细胞壁成分、蛋白质/肽、胞外多糖、核酸以及细菌代谢产物(Jastrzab et al., 2021; Ma et al., 2023)。这些成分可与肠道上皮细胞和免疫细胞相互作用,从而有助于维持肠道屏障完整性、调节炎症和代谢反应,进而维护宿主与微生物群的平衡(Ma et al., 2023; Meena et al., 2025; Ozma et al., 2022; Salminen et al., 2021)。鉴于啮齿动物断奶后的早期阶段与人类儿童发育阶段相对应(Rodriguez-Gonzalez et al., 2020),在这一阶段进行后生元干预,有望成为一种可行的饮食干预方式,用于缓解早期生活逆境带来的发育缺陷,且在安全性、储存稳定性以及剂量可控性方面具有优势。
基于以上研究背景,我们提出假设:断奶后补充后生元可改善母鼠分离引起的社交功能缺陷,随后我们在模拟该表型的大鼠母鼠分离模型中验证了这一假设(Ohta et al., 2020; Ohta et al., 2025)。作为后生元干预物质,我们选择了两种热灭活细菌制剂:植物乳杆菌KABP-051和长双歧杆菌KABP-042。此前已有研究表明,这两种菌株可减轻东莨菪碱诱导的小鼠脑源性神经营养因子水平下降以及海马体依赖的记忆功能障碍(Fukuchi et al., 2026)。同一研究还发现,这两种菌株能促进小鼠肠内分泌STC-1细胞分泌胰高血糖素样肽-1。胰高血糖素样肽-1是一种源自肠道的肠内分泌信号分子,参与肠道稳态和肠道-大脑通信过程(Abdalqadir & Adeli, 2022; Cabou & Burcelin, 2011)。综合这些前期研究结果,我们认为这两种菌株是适合用于检测断奶后后生元补充是否能够改善母鼠分离引起的行为异常、调控肠道-大脑轴功能的理想候选物质。基于此,我们的研究目的是评估断奶后后生元补充对母鼠分离相关社交行为的影响,并通过分析肠道微生物群和肠道-大脑轴的功能,探索其背后的作用机制。

章节节选

动物饲养条件

所有实验均获得了香川大学动物护理与使用委员会的批准(批准编号:24670和25633)。雌性初产斯普拉格-道利大鼠(日本SLC公司,日本滨松市)在标准饲养条件下单独饲养,饲养环境温度为22±2℃,光照周期为12小时亮/12小时暗,这些大鼠可自由摄取标准CE-2饲料(日本东京CLEA公司)和清水。

后生元制剂来源

植物乳杆菌KABP-051和长双歧杆菌KABP-042由日本大金公司提供。植物乳杆菌KABP-051是通过培养获得的

在母鼠抚养环境下热灭活细菌制剂的作用

在母鼠抚养环境下饲养的大鼠的相关数据见补充数据3(图S3–S4)。我们首先研究了热灭活细菌制剂是否会对这类大鼠产生影响。实验设计概要见图S3A。断奶后补充这两种制剂并未影响大鼠的体重(图S3B和C)、脑重量(图S3D)或食物摄入量(图S3E和F)。同样,这两种制剂也没有影响大鼠的行为表现

讨论

本研究表明,补充两种热灭活细菌制剂可改善母鼠分离引起的社交功能缺陷,且长双歧杆菌KABP-042还能部分修复中间前额叶皮层的细胞功能异常。此外,这些干预措施在幼年期促进了某些微生物群特征向更成熟的方向发展。在同一发育阶段的转录组分析还显示,植物乳杆菌KABP-051在结肠方面具有物种特异性的作用效果:更

CRediT作者贡献说明

Ken-ichi Ohta:文章撰写——初稿编写、可视化处理、结果验证、项目管理、方法设计、实验实施、资金获取、正式数据分析、数据整理、概念构思、文章审阅与编辑。Shingo Suzuki:文章审阅与编辑、结果验证、实验监督、项目管理、资金获取、概念构思。Haruyuki Nakayama-Imaohji:文章审阅与编辑、方法设计、实验实施。Tomomi Kuwahara:文章审阅与编辑、实验监督,

利益冲突声明

Naoki Arai、Shinichi Honda和Yuji Tominaga均为大金公司的员工。Naoki Arai是与本研究相关的细菌制剂相关专利申请的发明人之一。大金公司为这项研究提供了研究材料(热灭活细菌制剂)和研究经费,还参与了研究设计、饲料配方制定、饲料成分分析以及论文审稿工作。作者们对最终研究成果负有全部责任

数据可用性

本研究的原始测序数据已存放在DDBJ序列读取档案库中,相关BioProject编号如下:16S rRNA测序数据对应的编号为PRJDB40531,包含的序列文件编号为DRR913144–DRR913183;RNA-seq数据对应的编号为PRJDB42306,包含的序列文件编号为DRR1050775–DRR1050854。如需获取支持本研究结论的其他数据,可向相应作者提出合理请求。

关于 manuscript 编写过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文的过程中,作者们使用了ChatGPT来优化语言表达并提高文本可读性。ChatGPT还被用于协助编写代码、解决命令相关问题以及整理统计分析流程。所有的脚本、参数、统计方法和分析结果均由作者们亲自审核、验证并解读。作者们对发表文章的内容承担全部责任。

资助情况

本研究得到了大金公司与香川大学签署的合作研究协议的支持。

利益冲突声明

? 作者们声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系:Ken-ichi Ohta表示获得了大金公司的资金支持、文章发表费用,同时还获得了该公司提供的设备、药物及实验用品。Naoki Arai与大金公司的关系为雇佣关系。Shinichi Honda与大金公司的关系也为雇佣关系。Yuji Tominaga与大金公司存在

致谢

图1A、2A、3A、S3A、S4A、S5A和S6A是使用Mind the Graph软件制作的。
Ken-ichi Ohta|Haruki Kumei|Naoki Arai|Shinichi Honda|Yuji Tominaga|Masakazu Ishikawa|Kaoru Matsumoto|Tomomi Kuwahara|Haruyuki Nakayama-Imaohji|Shingo Suzuki
日本香川县北郡美岐町池野部1750-1,香川大学医学部解剖学与神经生物学系,邮编761-0793
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