文献解读|(12.779): 调节肥胖母鼠的肠道微生物群可以改变脑-肠轴代谢组，并可以预防成年后代的情绪障碍

与对照饮食组 (Control Diet，CD) 相比，高脂饮食喂养（High Fat Diet, HFD）的母鼠体重随着时间的推移显著增加，在交配时出现肥胖表型(比CD组重20%)。双因素方差分析显示了益生菌处理的主效应，即益生菌处理组（Probiotic）较对照溶媒组（Vehicle）显著增加了母鼠粪便乳酸杆菌的数量。饮食与益生菌处理措施对母鼠粪便双歧杆菌数量有显著交互作用，事后检验显示，与所有其他组相比，对照饮食与益生菌处理组显著提高了母鼠粪便中双歧杆菌数量水平（图1）。

图1 时间、饮食、益生菌摄入对亲代体重增加的混合效应模型与亲代粪便菌群水平

主成分分析(PCA)显示，在接受益生菌处理和对照溶媒处理的母鼠（F0）肠道、肝脏、大脑和血液的中的代谢谱有差异，特别是在没有进行高脂饮食的组中（图2）。偏最小二乘法分析(PLS-DA)证实了组间差异，识别出了每个组织中的水平（图3）。结果提示对照饮食与益生菌处理组的母鼠的肠道乙酸、丁酸和肝脏胆碱水平升高。相对于溶媒处理组，经过益生菌处理组的母鼠血浆乳酸水平明显升高。

图2 亲代小鼠的肠道、肝脏、血浆和脑代谢物的主成分分析

图3 PLS-DA测定亲代小鼠关键代谢物的热图

在强迫游泳实验中，肥胖母鼠的幼年后代 (PND21) 的消极应对行为增加（静止时间增长、不动潜伏期时间减少）(图4A，B)。同样地，成年后代 (PND112) 的静止时间受到母鼠肥胖的独立影响，高脂饮食组增加了成年后代的静止不动时间，益生菌处理组则减少了静止时间 (图4C)。高脂饮食与对照溶媒组的交互作用明显减少了成年后代的不动潜伏期(图4D)。在旷场实验中，高脂饮食与对照溶媒组的幼年与成年后代在旷场中心的时间减少(图5A，C)，直立次数增加(图5B)，提示焦虑样行为增加。

图4 亲代肥胖对幼年和成年后代抑郁样行为的影响

图5 亲代益生菌摄入可逆转幼年和成年后代的焦虑样行为

检测幼年及成年后代的大脑、肝脏、血浆、粪便中的代谢物水平（图6）。相对于对照饮食组的母鼠后代，摄入益生菌的母鼠幼年后代(PND21)的乳酸水平在大脑（图7A）、肝脏和血浆中均升高，肠道中的丙酸、丁酸（图7C）水平升高。在成年后代中，大脑乳酸水平持续升高（图7B），肠道中的丙酸、丁酸（图7D）水平也持续升高，不受饮食或性别的影响。并且，组织特异性PLS-DA表明，亲代的益生菌摄入对成年子代大脑代谢组的影响最为持久。

图6 幼年及成年后代的肠道、肝脏、血浆、大脑的代谢物及差异代谢物鉴别

图7 亲代益生菌摄入改变了子代关键的肠道和大脑代谢物

（1）在与NMDAR亚基相关的基因表达中，益生菌处理的母鼠幼年后代前额叶GLUN2A、GLUN2B基因表达减少（图 8A，B）。（2）在与突触可塑性相关的基因表达中，益生菌处理组的雄性幼年后代的突触前密度标记（SYP）表达降低（图8D）。成年后代中，高脂饮食的后代较对照饮食的后代表达降低（图9B）。转录因子ZIF-268在幼年后代的表达展现出饮食与益生菌处理的交互作用（图8E），在高脂饮食与益生菌处理组的后代相对于对照饮食与益生菌处理的后代和对照饮食与对照溶媒处理的后代表达量增加，高脂饮食与对照溶媒处理组与对照饮食与益生菌处理组相比，表达增加。相对于对照饮食，高脂饮食组的幼年雌性后代表达增加。在益生菌摄入的成年后代中脑源性神经营养因子（BDNF）、转录调节蛋白ΔFOSB表达增加（图9A，E）。成年雄性后代的ZIF-268、调节蛋白cFOS的表达增加（图9C，D）。（3）在益生菌摄入母鼠的幼年和成年后代中，星形细胞代谢相关的基因 PFKFB3表达均增加（图8F，图9F）。

图8 幼年后代前额叶相关基因表达

图9 成年后代前额叶相关基因表达

在幼年后代中，脑乳酸含量与GLUN2A和SYP的表达负相关，与PFKFB3的表达呈正相关（图10E）。肠道乙酸、丙酸、丁酸的含量与PFKFB3的增加（图10G）相关。丁酸含量和GLUN2C、SYP表达负相关。在成年后代中，只有粪便中的丁酸含量与PFKFB3表达正相关（图10H）。

图10 子代的大脑乳酸水平与肠道丁酸水平与PFC PFKFB3表达的相关性