肠道微生物影响肌肉萎缩

在具有常见ALS基因突变的小鼠中,脊髓具有高度炎症(红色)和免疫细胞(绿色)。资料来源:凯文·史密斯,哈佛大学

美国哈佛大学的科学家在神经退行性疾病肌萎缩性侧索硬化(ALS)中发现了一种新的肠-脑联系。

研究人员发现,在患有常见ALS基因突变的小鼠中,使用抗生素或粪便移植来改变肠道菌群可以预防或改善疾病症状。5月13日,相关论文发表在《自然》杂志上。这些结论为肌萎缩侧索硬化症仅在某些基因突变的个体中提供了可能的解释,并提出了一种基于微生物种群的可能治疗方法。

“我们的研究集中在肌萎缩侧索硬化患者最常见的突变基因上。我们有一个惊人的发现,相同的老鼠模型——具有相同的基因——在不同的实验室设施中有着本质上不同的健康结果。我们跟踪了这些小鼠不同肠道微生物群落的不同结果,并解释了为什么有些携带这种突变的个体出现了肌萎缩侧索硬化症,而另一些则没有。”哈佛大学干细胞和再生生物学教授Kevin Eggan说。

研究人员首先在哈佛大学的一个实验室通过建立小鼠模型来研究肌萎缩侧索硬化症基因突变。这些老鼠的免疫反应过于活跃,包括神经系统和身体其他部位的炎症,导致寿命缩短。为了进行更详细的实验,研究人员还在贝尔德研究所的实验室设备中开发了一个老鼠模型。出乎意料的是,尽管这些老鼠有相同的基因突变,但它们的健康结果却大不相同。

“我们一直在哈佛大学的小鼠中观察到许多炎症特征,但在贝尔德小鼠中并不存在。更引人注目的是,贝尔德的老鼠活到了老年。”埃根实验室的博士后研究员、该研究的主要作者艾伦·巴宝莉说。

为了找出老鼠之间差异的原因,研究人员研究了肠道微生物。肠道细菌是通过DNA测序鉴定的,研究人员发现哈佛小鼠体内存在特定的微生物,但贝尔德小鼠体内没有,尽管不同实验小鼠的实验条件是标准化的。

因此,研究人员联系了其他研究小组,因为许多不同的小组研究了相同的基因小鼠模型,并观察到不同的结果。“我们从不同的实验室收集微生物样本,并对它们进行测序。在相距数百英里的研究机构中,非常相似的肠道微生物与这些动物的疾病水平相关。巴宝莉说。

研究人员随后测试了改变微生物群的方法,并改进了哈佛小鼠的结果。研究人员通过使用抗生素或将贝尔德小鼠的粪便移植到哈佛小鼠身上,成功地减轻了炎症。通过研究肌萎缩侧索硬化症的遗传和环境因素之间的关系,研究人员发现了一个重要的肠道-大脑联系。

肠道菌群可能影响疾病的严重程度——携带基因突变的个体是否会患有肌萎缩性侧索硬化症、额颞叶痴呆或完全没有症状,并可能成为潜在的治疗目标。这项研究为肌萎缩侧索硬化的机制提供了新的见解,包括最常见的肌萎缩侧索硬化基因突变如何导致神经炎症。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2288-7

标题:肠道微生物影响肌肉萎缩

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