Nature：母体肠道微生物组竟影响胎儿大脑发育

2020年09月29日

2020年9月29日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员报道，在小鼠怀孕期间，生活在母体肠道中的数十亿个细菌和其他微生物调节着关键的代谢物，这些小分子对胎儿大脑的健康发育非常重要。相关研究结果于2020年9月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“The maternal microbiome modulates fetal neurodevelopment in mice”。

虽然母体肠道微生物群一直与后代的大脑功能和行为异常—通常是对感染、高脂肪饮食或怀孕期间的压力等因素作出的反应—有关，但是科学家们直到现在才知道它是否在产前关键时期和没有这类环境挑战的情况下影响大脑发育。

为了测试肠道微生物群对在母体血液中循环并滋养着快速发育的胎儿大脑的代谢物和其他生化物质的影响，这些研究人员饲养了用抗生素处理以杀死肠道细菌的小鼠，以及在实验室中培育的无菌小鼠。

加州大学洛杉矶分校Elaine Hsiao实验室博士后学者Helen Vuong说，“利用这两种方法剔除母体肠道微生物群同样地会破坏胎儿的大脑发育。”

Vuong说，剔除母体肠道微生物群改变了发育中的后代大脑内开启的基因，包括许多参与神经元中新轴突形成的基因。轴突是连接脑细胞并使得它们彼此间能够进行交流的微小纤维。特别是，这些研究人员发现，连接大脑丘脑和皮层的轴突在数量和长度上都有所减少。

Vuong说，“这些轴突对感知环境的能力特别重要。与此相一致的是，来自缺乏肠道微生物群的母体的后代在特定的感觉行为方面存在障碍。”

Vuong说，这些发现表明，母体肠道微生物群可以通过调节进入胎儿大脑本身的代谢物来促进胎儿大脑的健康发育。

她说，“当我们测量母体血液、胎儿血液和胎儿大脑中分子的类型和水平时，我们发现当母体在怀孕期间缺乏肠道微生物群时，特定的代谢物通常会减少或缺失。”

然后，这些研究人员在这些关键代谢物存在的情况下培养神经元。他们还将这些代谢物引入到缺乏肠道微生物群的怀孕小鼠体内。

Vuong说，“当我们在这些代谢物的存在下培养神经元时，它们产生更长的轴突和更多的轴突。当我们给怀孕的小鼠补充了当肠道微生物群剔除时减少或缺失的关键代谢物时，这些代谢物的水平在胎儿大脑中得到了恢复，并且阻止了轴突发育和后代行为遭受的破坏。”

Vuong说，“肠道微生物群具有令人难以置信的能力，不仅可以调节孕妇体内的许多生化物质，还可以调节发育中的胎儿和胎儿大脑内的许多生化物质。我们的研究结果还精确地指出了促进轴突生长的选择性代谢物。”

这些结果表明，肠道微生物群和神经系统之间的相互作用从产前开始，通过母体肠道微生物群影响胎儿大脑，至少在小鼠中是如此。Hsiao说，这些发现是否适用于人类还不清楚。

Hsiao说，“我们不知道这些发现是否以及如何适用于人类。然而，有许多神经发育障碍被认为是由怀孕期间经历的遗传和环境风险因素引起的。我们的研究表明，怀孕期间的母体肠道微生物群也应该加以考虑和开展进一步研究，这是因为它不仅可能影响母体健康，也可能影响发育中的后代的健康。”

2019年，Hsiao、Vuong及其同事们报告，血清素和针对血清素的药物，如抗抑郁药，会对肠道微生物群产生重大影响。2018年，Hsiao和她的团队确定了癫痫易感性和肠道微生物群之间的因果关系，并鉴定出特定的肠道细菌在生酮饮食的抗癫痫效果中发挥了重要作用。（生物谷 Bioon.com）