菌群治疗新热点：空军军医大学张惠/邝芳/武胜昔团队发现靶向肠道菌群及其代谢物改善小鼠发育期七氟醚暴露引起的远期社交功能异常

研究背景

每年有成千上万的婴幼儿因手术或诊断接受全身麻醉（GA）。来自包括非人灵长类动物在内的众多动物研究证据表明，发育早期七氟醚（Sev）暴露，有可能导致大脑发生多种神经功能变化。同时，越来越多的研究提示，单纯Sev对神经元的直接影响并不足以完全解释其诱导神经毒性的机制。Sev诱导神经毒性的发生过程可能是一个涉及多途径或多靶点的复杂系统性过程。

既往研究发现，麻醉暴露与肠道微生物群失调之间存在显著相关性。Sev暴露模型和健康对照组在肠道菌群组成和多样性方面存在显著差异，Sev处理组的肠道菌群移植（FMT）会改变小鼠肠道菌群的组成和多样性。肠道菌群可以通过调节其代谢物组成参与神经系统疾病的发生发展过程。然而，肠道菌群是否通过其代谢物参与发育期麻醉暴露后的远期社交功能障碍，菌群代谢物的干预是否会影响发育期七氟醚暴露对社交功能的影响还需要进一步的研究。更重要的是，作为一种有前景的治疗方法，菌群调节或特异菌群代谢物干预能否有效的改善七氟醚暴露引起的神经毒性作用还尚不清楚。

研究进展

1.  发育期Sev暴露改变了幼鼠肠道菌群丰度及其胆汁酸代谢过程

在观察了发育期Sev暴露对社交功能和突触发育的长期毒性作用后，作者研究了肠道菌群-代谢物-脑轴在Sev社交行为毒性作用中的潜在影响。在Sev暴露后收集了小鼠粪便样本，并对其进行宏基因组测序分析，发现与对照动物相比两组粪菌间存在显著差异。Sev处理组菌群相对丰度前十的分析显示厚壁菌门富集和拟杆菌门减少。在属水平方面，乳杆菌增加，普雷沃氏菌和另枝菌属在暴露于Sev后呈下降趋势。通过qPCR测试了几种菌株的含量，发现反复接触Sev后，鼠乳杆菌的含量增加，罗伊氏乳杆菌、 狄氏副拟杆菌和约氏乳杆菌的浓度降低，这都与测序分析一致。总之，这些结果表明，在发育过程中反复接触Sev后，小鼠的肠道菌群丰度失调。

接下来，作者研究了Sev诱导的菌群代谢功能变化。KEGG分析表明，包括代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程、生物系统等多种生物过程出现异常。其中，代谢途径改变的程度最明显。

为了分析菌群代谢物是否发生改变，该项研究对小鼠肠内容物进行了非靶向代谢组学检测。KEGG分析表明， Sev组小鼠的肠内容物中包括胆酸（CA）和脱氧胆酸（DCA）在内的初级胆汁酸和次级胆汁酸的生物合成显著富集（图2G-H）。肠内容物和血清中胆汁酸含量的检测结果同样显示，与对照组小鼠相比，Sev暴露组小鼠血清和粪便中的胆汁酸水平显著升高，这些结果表明Sev对肠道菌群的影响可能引起了其代谢产物变化。暴露于Sev会导致菌群产生更多的胆汁酸，这些胆汁酸似乎被肠道吸收然后进入到血液中。

2. 健康组的菌群移植可以逆转七氟醚暴露引起的突触毒性和社交障碍

之前的研究表明，肠道菌群与Sev神经毒性之间存在联系。但肠道菌群干预对七氟醚神经毒性的挽救效应还未被阐明，为了确定肠道菌群调控对Sev神经毒性是否具有治疗前景，作者在Sev暴露后对小鼠进行了健康小鼠源的FMT。结果表明，FMT后Sev引起的突触数量减少和突触复杂性降低得到了显著缓解，Sev-FMT组小鼠的神经元细胞表达了更高水平的突触相关蛋白。小鼠社交行为测试结果显示Sev-FMT小鼠在三箱社交实验中，Sev FMT小鼠较Sev组小鼠在社交箱中停留的时间更多；居住入侵实验中的社交时间恢复至对照小鼠水平。这些数据表明，FMT减轻了发育期暴露于Sev引起的突触毒性和社交功能异常。同时胆汁酸检测结果显示，FMT后Sev组小鼠血清和粪便中的总胆汁酸水平恢复。这些结果提示，FMT可能会调节肠道微生物群中的代谢途径和代谢物产生，然后通过循环影响宿主突触发育和高级脑功能。

3. 调节胆汁酸可以模拟菌群移植的治疗效应

为了进一步确定菌群代谢物胆汁酸在FMT中的作用，作者通过实验测试了胆汁酸调节是否可以模拟FMT对Sev神经毒性的影响。在Sev暴露后对小鼠喂食消胆胺（CR）来降低肠道胆汁酸含量，并在成年后进行社交行为测试和突触结构分析。透射电镜和高尔基体染色结果显示CR治疗显著增加了突触的数量和长度，并增加了树突棘密度。三箱社交实验和居住入侵测试中，Sev-CR组小鼠的社交时间显著高于Sev处理组。研究结果表明，CR治疗还可以改善Sev暴露引起的焦虑样行为，但对认知行为显著影响。这些数据表明，肠道胆汁酸的调节可以减轻Sev对神经元突触和社交功能的损伤。

4. 神经元TGR5相关信号参与了肠道菌群代谢物对突触发育的影响

G蛋白偶联胆汁酸受体1（GPBAR1又名TGR5）是胆汁酸特异G蛋白偶联受体，在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中表达。为了探索Sev通过菌群代谢物胆汁酸损伤神经元发育的潜在机制，作者研究了TGR5与NeuN（神经元标记蛋白）、Iba1（小胶质细胞和巨噬细胞标记蛋白）、Sox10（少突胶质细胞谱系标记蛋白）和GFAP（星形胶质细胞谱系标记蛋白）的表达谱。结果显示，与其他细胞类型相比，TGR5在神经元中高度表达。下一步，课题组研究了TGR5抑制剂SBI-115对Sev神经毒性的影响。SBI-115处理抑制TGR5的表达水平；然而，它并没有影响神经元突触的发育。体外DCA预处理模拟了发育过程中反复暴露于Sev的突触毒性效应，而SBI-115可以显著减轻DCA处理引起的神经元树突复杂性降低。在体实验中，SBI-115给药增加了ACC脑区突触相关的蛋白含量。上述发现表明，胆汁酸受体TGR5可以作为干预Sev神经突触毒性作用的潜在靶点。

未来展望

该研究强调了肠道菌群-代谢物-脑轴在发育期Sev诱导神经毒性中的作用，并表明调节该轴是预防Sev神经毒性作用的潜在治疗策略。未来需要进一步的研究来证明Sev诱导的神经毒性对肠道菌群的依赖性。同时，未来的机制研究应旨在研究补充特定益生菌或益生元对Sev诱导神经毒性的治疗效果。虽然本研究的结果表明，肠道菌群-胆汁酸是Sev诱导社交功能障碍的重要因素，但肠-脑轴中的其他相关途径也可能导致Sev的神经毒性，如二十二碳五烯酸等其他代谢产物也需要进一步研究。同时，在应用微生物代谢产物预防或治疗Sev神经毒性之前，还需要进一步的基础和临床研究。