移植不同菌群后,小鼠的探索与前额叶响应有何差别
雄鼠研究从探索行为分组出发,发现供体菌群不同,移植受体的开放区域停留与前额叶活动也出现差异,提示肠脑联系参与焦虑样表现。
面对高处的开放空间,有的小鼠愿意多探索,有的更常留在封闭区域。这些行为差异,是否与肠道里的微生物有关?发表于Frontiers in Neuroscience的研究,从成年雄鼠的探索选择出发,比较不同供体的肠道菌群,再将菌群移植给经过抗生素预处理的受体。随后,研究沿着行为差异走向脑内活动标记、基因表达与前额叶钙信号,把肠道干预后的变化放到多个层次观察。
高焦虑样供体菌群受体的开放臂和中心停留更少,总移动与开放臂进入比例未显著改变;进入开放臂时,mPFC钙响应峰值更高,返回封闭臂的组间差异未显著。
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先从开放臂的停留时间观察个体差异
研究在高架十字迷宫中观察小鼠。装置有开放臂和封闭臂,动物在其中自由选择去向。依据开放臂停留时间,研究选出高、低焦虑样表现的供体:前者开放区停留较少,后者停留较多。
开放臂四周缺少遮挡,封闭臂则有围壁。一次探索,因而不仅是走了多远,也包含在不同位置停留多久的选择。把停留时间、进入比例和总移动分开观察,可以看见动物怎样分配自己的探索,而不只描述活动的多少。
两组开放臂进入比例和血浆皮质酮也有差别,高焦虑样组的皮质酮较高。同一鼠系、相似饲养环境中的个体,仍呈现不同探索特点。研究据此追问,伴随这些差异的肠道环境,是否也具有不同组成。
来源:Ren J et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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群落构成不同,多样性指标却相近
粪便16S分析显示,两组在菌群构成上有差异,若干分类群的相对丰度不同。低焦虑样组的乳杆菌、拟副杆菌等分类群相对丰度较高,提示行为差异伴随特定的群落组成特点。
ACE和Shannon多样性指标则未见显著组间差异。菌群差别因而不只涉及数量或整体多样性,更涉及成员之间的相对构成。不同菌群与行为并存,为后续移植实验提供了比较基础。
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抗生素处理后,开放区域探索增加
研究先用抗生素处理观察菌群扰动相关的行为。处理组在高架迷宫开放臂停留更久,开放场中心区域停留也增加。总移动距离未见显著变化,探索位置的选择却发生了变化。
开放臂进入比例有增加趋势,但未达到显著。这说明同一任务中的不同指标并非同步改变:动物可以在开放区域停得更久,而进入次数所占比例未出现同等明确的变化。
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不同供体菌群,带来不同探索表现
接受相同预处理的受体,随后接收高或低焦虑样供体的菌群。高焦虑样供体组受体的开放臂停留更少,开放场中心停留也更少;总移动距离和开放臂进入比例仍未见显著差异。
供体之间的探索差异,在受体中出现了相应方向的区别。这个实验将肠道干预与行为联系得更直接:两组受体经历相同准备,比较的重点转向供体来源,以及移植后的探索选择。
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前额叶与杏仁核,出现活动标记差异
迷宫测试后,研究观察与焦虑相关脑区的c-FOS标记。高焦虑样供体菌群受体在内侧前额叶皮层(mPFC)、基底外侧杏仁核和中央杏仁核的标记更多;海马的组间差异未显著。
这些区域参与环境评估和行为选择,移植后的行为区别因此伴随脑内活动特点。变化并不是所有脑区一起增强,而是在所观察区域中呈现不同分布。研究随后把视线进一步集中到mPFC。
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移植后的前额叶,基因表达也有差异
mPFC组织分析找到一百三十九个差异表达基因。高焦虑样供体菌群受体相对另一组,四十六个上调、九十三个下调。相关功能富集涉及组蛋白修饰、蛋白乙酰化、受体相关调节与跨膜运输。
这些结果把脑区活动与更长时程的分子变化联系起来。它们为解释移植后的神经环境提供候选线索;接下来,研究回到小鼠作出探索选择的那一刻,观察细胞群体怎样响应。
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迈向开放臂时,前额叶响应更突出
光纤钙信号记录显示,从封闭臂进入开放臂时,高焦虑样供体菌群受体的mPFC响应峰值更高。返回封闭臂时,两组的差异则未达到显著。前额叶响应与动物面对环境变化的具体方向有关。
这项成年雄鼠研究,把菌群来源、探索选择和前额叶响应放进同一个故事。肠道群落的差异能伴随不同的行为表现,而脑内响应也随着一次探索转换显现。肠脑联系由此具体到供体来源、脑区与行为发生的时刻。
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