慢性应激供体的粪便微生物群将行为和前额叶皮层基因表达改变转移至健康受体小鼠

《Neurobiology of Stress》：Fecal Microbiota from Chronically Stressed Donors Transfers Behavioral and Prefrontal Cortex Gene Expression Alterations to Healthy Recipient Mice

　　

过去几十年，肠道微生物群组成的变化已成为应激相关精神疾病（包括重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD））神经生物学的主要贡献者。临床和临床前证据一致表明相关性关联，指出肠道微生物群不仅对应激做出反应，还调节宿主应激反应，从而影响与抑郁症状学相关的行为领域。然而，相对较少的研究探讨了应激诱导的微生物群改变与应激相关行为障碍之间的因果关系。在此，研究人员使用粪便微生物群移植（Fecal Microbiota Transplantation, FMT）技术，将暴露于慢性不可预测应激（Chronic Unpredictable Stress, CUS）方案的动物的肠道微生物群移植到受体小鼠中，以重现应激相关的行为表型。经历28天CUS方案的供体动物在绝望样、快感缺乏样和焦虑样行为领域表现出行为改变，通过新异抑制摄食、蔗糖喷雾、悬尾和高架十字迷宫测试评估。来自应激供体的FMT成功地将类似的行为改变转移至受体动物。在供体和受体动物的前额叶皮层中观察到突触蛋白1（synapsin 1, Syn1）和少突胶质细胞转录因子1（oligodendrocyte transcription factor 1, Olig1）的表达失调。在海马中，CUS暴露的供体表现出Olig1减少和Sox2（SRY-box 2）表达减少的趋势，而在FMT受体中未检测到显著的海马变化，这表明前额叶而非海马的分子改变更易通过肠道微生物群转移。16S rRNA（16S核糖体RNA）基因V4区测序显示，在应激供体和FMT受体中，毛螺菌科（Lachnospiraceae）和副杆状菌属（Parabacteroides）的相对丰度增加，而乳杆菌目（Lactobacillales）减少。相比之下，对照微生物群受体表现出较高水平的通常与肠道稳态相关的属，包括拟杆菌属（Bacteroides）、乳杆菌属（Ligilactobacillus）和乳酸杆菌属（Lactobacillus）。总之，研究人员的发现表明，应激诱导的微生物群改变可介导应激相关行为及分子改变的传递，尤其是在前额叶皮层，支持了肠道-脑轴在应激相关障碍中的相关性，而潜在的信号传导机制仍有待阐明。

**论文解读：慢性应激诱导的肠道微生物群改变通过粪便移植传递行为与前额叶皮层基因表达异常**

**1. 研究背景与问题**

重性抑郁障碍（MDD）是一种高度致残的应激相关精神疾病，其核心症状包括持续低落心境、快感缺乏、认知障碍及植物神经症状（如睡眠和食欲紊乱）。全球范围内，MDD是导致残疾的主要原因之一，其病因复杂，涉及遗传易感性与环境因素（尤其是应激）的相互作用。近年来，肠道微生物群与中枢神经系统（CNS）之间的双向通讯——即肠道-脑轴——在MDD发病机制中的作用受到广泛关注。临床和临床前研究一致表明，MDD患者常伴有肠道微生物群失调，例如副杆状菌属（Parabacteroides）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）丰度升高，而有益菌如乳酸杆菌属（Lactobacillus）和普雷沃氏菌属（Prevotella）减少。此外，无菌动物（缺乏肠道微生物群）对应激的敏感性增加，而特定菌株（如乳酸杆菌）可保护宿主抵抗应激，副杆状菌属则可能增强应激反应。然而，这些研究多为相关性分析，关于应激诱导的微生物群改变是否以及如何因果性地导致 CNS 功能异常和行为缺陷，尚缺乏充分实验证据。因此，本研究旨在通过粪便微生物群移植（FMT）技术，将慢性不可预测应激（CUS）供体小鼠的肠道微生物群转移至健康受体小鼠，以验证应激相关微生物群改变能否重现应激相关的行为表型及中枢分子异常，从而阐明肠道微生物群在应激相关障碍中的因果作用。该论文发表在《Neurobiology of Stress》。

**2. 主要关键技术方法**

研究人员采用来自巴西生物模型科技研究所（ICTB-Fiocruz）的雄性瑞士小鼠（6周龄，8周龄时开始实验），分为CUS组和对照组（CTL）。CUS方案为期28天，每日随机施加多种温和应激源（如强制游泳、倾斜笼、热气流、垫料移除、湿垫料、食物剥夺、昼夜颠倒、束缚）。供体小鼠在CUS结束后进行行为测试（新异抑制摄食、蔗糖喷雾、悬尾、高架十字迷宫），并收集粪便用于FMT。受体小鼠先经皮下注射抗生素Baytril（恩诺沙星，5 mg/kg，连续4天）以清除原有肠道菌群，随后接受每日口腔灌胃FMT（来自CUS供体或CTL供体的粪便悬液，5 μl/g体重，连续21天）。行为测试后，收集前额叶皮层和海马组织，通过实时定量PCR（qRT-PCR）检测Syn1、Olig1和Sox2的mRNA表达；同时采集粪便样本，对16S rRNA基因V4区进行Illumina MiSeq测序，利用QIIME2和DADA2进行序列处理，并通过LEfSe分析差异丰度菌群。

**3. 研究结果**

**3.1. CUS方案对行为、分子和微生物组的影响**

- **行为学**：CUS供体小鼠在悬尾测试中不动时间显著延长（p=0.0078），蔗糖喷雾测试中理毛潜伏期增加（p=0.0152）且理毛次数减少（p=0.0023），高架十字迷宫中开放臂探索时间减少（p<0.05）且风险评估行为增加（p<0.0001），新异抑制摄食测试中进食潜伏期呈增加趋势，表明CUS成功诱导了绝望样、快感缺乏样和焦虑样行为。
- **分子水平**：CUS供体小鼠前额叶皮层中Syn1（p=0.0047）和Olig1（p=0.0325）mRNA表达降低；海马中Olig1表达降低（p=0.0493），Sox2表达呈降低趋势（p=0.0581），提示慢性应激损害了突触发生和少突胶质细胞生成相关基因表达。
- **微生物组**：CUS供体小鼠粪便微生物群α多样性（Chao1指数）升高（p=0.0387），β多样性（Bray-Curtis）无明显差异。LEfSe分析显示，CUS组中乳杆菌目（Lactobacillales）和丹毒丝菌目（Erysipelotrichales）减少，而消化链球菌-泰氏菌目（Peptostreptococcales_Tissierellales）增加；属水平上，CUS组中Muribaculum、副杆状菌属（Parabacteroides）和毛螺菌科NK4A136群（Lachnospiraceae_NK4A136_group）丰度升高。

**3.2. 来自CUS供体的FMT在成年小鼠中重现应激相关的行为、分子和微生物组改变**

- **行为学**：接受CUS供体FMT的受体小鼠（CUS-FMT）在悬尾测试中不动时间延长（p=0.0082），蔗糖喷雾测试中理毛潜伏期增加（p=0.0357）且理毛次数减少（p=0.0014），高架十字迷宫中风险评估行为增加（p=0.029），新异抑制摄食测试中进食潜伏期呈增加趋势，与供体表型一致。
- **分子水平**：CUS-FMT受体小鼠前额叶皮层中Syn1（p=0.0228）和Olig1（p=0.0207）mRNA表达降低，与供体一致；但海马中三个基因均无显著变化，提示前额叶而非海马的分子改变更易通过微生物群转移。
- **微生物组**：CUS-FMT受体小鼠α多样性和β多样性无显著差异，但LEfSe分析显示，其毛螺菌科NK4A136群、真杆菌属（Eubacterium_siraeum_group和Eubacterium_xylanophilum_group）、Mucispirillum、副杆状菌属和瘤胃球菌属（Ruminococcus）丰度升高，而拟杆菌属（Bacteroides）、Alistipes、普雷沃氏菌科UCG-001（Prevotellaceae_UCG_001）、罗斯氏菌属（Roseburia）、乳酸杆菌属（Lactobacillus）、Ligilactobacillus、Odoribacter等丰度降低。β多样性分析（Bray-Curtis）显示CUS-FMT组与CTL-FMT组存在差异，且供体与相应受体组聚类，表明FMT成功诱导了类似供体的微生物群结构。

**4. 讨论与结论**

本研究证实，CUS方案可成功诱导应激相关行为改变、前额叶皮层和海马中Syn1和Olig1表达降低，以及肠道微生物群组成改变（副杆状菌属和毛螺菌科增加，乳杆菌目减少）。通过FMT将这种改变的微生物群移植至健康受体小鼠，可重现供体的行为缺陷（绝望样、快感缺乏样和焦虑样行为）和前额叶皮层基因表达改变（Syn1和Olig1降低），但海马中未观察到显著分子变化，提示前额叶是微生物群介导的应激相关分子表型传递的优先靶区。微生物组分析显示，受体小鼠中应激相关菌属（如毛螺菌科NK4A136群、副杆状菌属）增加，有益菌（如乳酸杆菌属、拟杆菌属）减少，与供体模式一致。这些发现表明，应激诱导的微生物群改变足以驱动行为及前额叶皮层突触可塑性和少突胶质细胞生成相关基因表达异常，支持肠道-脑轴在应激相关障碍中的因果作用，但其具体信号传导机制（如免疫、代谢或神经通路）仍待阐明。

**结论翻译**：本研究表明，应激相关的行为及分子改变可通过肠道微生物群转移，且对前额叶皮层中突触可塑性和少突胶质细胞生成标志物产生影响。微生物群发挥这些效应的机制尚不明确，这构成了未来研究的重要方向。