Translational Psychiatry：高糖高脂肪饮食影响神经递质的新陈代谢，改变肠道微生物群影响大脑功能

2021-06-02 MedSci原创 MedSci原创

食用HSHF饮食诱导的菌群失调，破坏了肠道，并改变了肠道和大脑中的神经递质代谢，会导致大脑功能和circRNA谱的改变。

肠道微生物群 (GM) 代谢物可以通过肠脑轴调节宿主大脑的生理机能。Yinrui Guo等希望使用直接和间接方法发现转基因，神经递质和脑功能之间的联系。该团队选择了高糖高脂饮食(即高糖高脂饮食)来干扰GM，然后监测对小鼠病理、神经递质、代谢和环状rna (circRNAs)转录的影响。目的是确定GM、神经递质和大脑的功能之间的一些联系。还旨在扩大“微生物组-转录组”连锁库。这种方法将提供更多关于肠道和大脑之间相互作用的信息，以帮助识别潜在的治疗标记物，并为病理、毒理学、饮食和营养发展研究中遇到的复杂问题提供机制解决方案。该研究成果发表在Translational Psychiatry杂志。

采用糖和脂肪含量增加的饮食（高糖和高脂（HSHF）饮食）来干扰宿主GM。然后，监测了对小鼠病理学、神经递质代谢、转录和脑循环 RNA (circRNA) 谱的影响。

在饲喂高糖高脂饮食4个月的小鼠中，细菌失调影响了肠道的稳态平衡。A高糖高脂饮食对小鼠体重的影响。B高糖高脂饮食对小鼠血糖水平的影响。C高糖高脂饮食对血清TMAO水平的影响。D高糖和高脂肪饮食对肠道菌群在门水平的影响。E高糖高脂饮食对属水平肠道菌群的影响，见图S2。高糖和高脂肪饮食对小肠(F)和结肠(G)组织病理学的影响，使用H&E染色，见图S2中其他器官(肝脏、肾脏、脊髓骨髓、脾脏、脂肪和心脏)的病理观察。使用免疫组织化学分析高糖和高脂肪饮食对肠和结肠组织病理学的影响数据为8个以上独立实验的均值±SD(组织病理学数据为3个以上独立实验的均值±SD)。*p<0.05和**p< 0.01采用单因素方差分析与模型组比较，然后采用Holm-Sidak检验。

在饲喂高糖高脂饮食4个月的小鼠中，细菌失调影响脑组织病理学。A样品用苏木精和伊红(H&E)染色。B、D样本进行Nissl染色。C、E样品用银染色。 D, F标本进行TUNEL染色。C、G样本用IBA-1的免疫荧光小胶质细胞染色。数据为5次独立实验的平均值±标准差。*p < 0.05 and **p < 0.01。

在饲喂高糖高脂饮食4个月的小鼠中，细菌失调影响了大脑功能和circRNA测序。A样本用GFAP免疫荧光抗体染色。B, C细菌失调与脑中的胆碱能系统、炎症和免疫系统有关。D显示高糖饮食小鼠大脑样本中不同circRNA表达的热图。数据为3次独立实验的平均值±SD。

在饲喂高糖高脂饮食4个月的小鼠中，细菌失调通过靶向肠-脑轴影响神经递质代谢。A肠道微生物群(属)和肠道组织中神经递质的综合数据分析。B-D肠组织中肠道微生物群(属)、转录组(mRNA)和神经递质的综合数据分析。数据为8次以上独立实验的平均值±标准差。

在饲喂高糖高脂饮食4个月的小鼠中，细菌失调通过靶向肠-脑轴影响神经递质代谢。A肠道菌群(属)和脑组织神经递质之间的综合数据分析。B肠道微生物群(属)、肠道转录组和脑组织神经递质之间的综合数据分析。C, D大脑组织中肠道微生物群(属)、神经递质和circRNA之间的综合数据分析。数据为8次以上独立实验的平均值±标准差。

HSHF 饮食引起的菌群失调，损害了肠道，改变了肠道和大脑中的神经递质代谢，然后导致大脑功能和 circRNA 谱发生变化。转基因副产品三甲胺-n-氧化物可以降解一些circRNA。GM的基础水平决定了胆碱向三甲胺-n-氧化物的转化率。单个细菌菌株丰度的变化可能会影响神经递质的分泌。这些发现表明代谢、大脑 circRNA 和 GM 之间存在新的联系。

该研究证明食用HSHF饮食诱导的菌群失调，破坏了肠道，并改变了肠道和大脑中的神经递质代谢。该研究的新发现是，食用HSHF饮食会导致大脑功能和circRNA谱的改变。进一步的实验发现，TMAO的GM副产物可以降解一些circRNA, GM的基础水平决定了胆碱转化为TMAO的速率。白色念珠菌和/或肺炎克雷伯菌丰度的变化可能影响胆碱能系统。这些发现表明了新陈代谢、脑circRNA和GM之间的新联系，扩大了微生物组-转录组连锁库，并提供了更多关于肠-脑轴的信息。因此，可以提供有关肠道与大脑之间相互作用的更多信息，以帮助识别潜在的治疗标记物以及针对病理学，毒理学，饮食和营养发育研究中遇到的复杂问题的机械解决方案。

原文出处

Guo, Y., Zhu, X., Zeng, M. et al. A diet high in sugar and fat influences neurotransmitter metabolism and then affects brain function by altering the gut microbiota. Transl Psychiatry 11, 328 (2021). https://doi.org/10.1038/s41398-021-01443-2

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