銳翌基因協(xié)助中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院在《Stress》發(fā)表了《Fecal microbiota transplantation from chronic unpredictable mild stress mice donors affects anxiety-like and depression-like behavior in recipient mice via the gut microbiota-inflammation-brain axis》，其中微生物16S擴增子測序分析工作由銳翌基因完成。今天和大家一起分享這篇文章的精彩內容！
導讀
研究表明，患有抑郁癥的人，以及患有抑郁癥和慢性壓力的動物模型的腸道菌群都有顯著變化。本研究利用糞菌移植（FMT）方法，分別移植暴露于慢性不可預測的輕度應激小鼠和對照小鼠的腸道菌群，至抗生素混合物處理后的無菌小鼠中，進一步探究腸道菌群的改變是否是焦慮樣和抑郁樣行為的決定性因素，并研究其對腦神經化學的影響。
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文獻ID
題目：Fecal microbiota transplantation from chronic unpredictable mild stress mice donors affects anxiety-like and depression-like behavior in recipient mice via the gut microbiota-inflammation-brain axis
譯名：來自慢性不可預測的輕度應激小鼠供體的糞便微生物群移植通過腸道微生物群-炎癥-腦軸影響受體小鼠中的焦慮樣和抑郁樣行為
期刊：Stress IF：3.047
發(fā)表時間：2019年5月24日
第一作者：李楠楠
通訊作者：李曉白
通訊單位：中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院
材料與方法
實驗設計
實驗設計階段1：32只小鼠，隨機分為4組（每組8只），即經受4周慢性不可預測的輕度壓力模式（見圖1B）的抑郁模型組（CUMS）和抑郁模型供體組（CUMS-D）、無任何行為壓力的對照組（CON）和對照供體組（CON-D）；CUMS-D和CON-D組經過4周處理后，次日安樂死處理，收集其盲腸內容物并處理，作為階段2糞菌移植的供體用；CUMS和CON組經過4天的行為測試后，安樂死處理，取其海馬體和盲腸內容物，其中盲腸內容物采用16S rRNA基因測序（見圖1A）。
實驗設計階段2：16只小鼠，隨機分為2組（每組8只），先進行抗生素處理2周，3天后分別進行糞菌移植2周，經過2周的休養(yǎng)期后，進行4天的行為測試后，安樂死處理，取其海馬體和盲腸內容物，其中盲腸內容物采用16S rRNA基因測序（見圖1C）。
圖1 實驗方案設計 CUMS：慢性不可預測的輕度壓力模式；SPT：糖水偏好試驗；OFT：曠場試驗；EPM：高架十字迷宮；FST：強迫游泳測試。
測序策略
16S rRNA基因V3-V4區(qū)測序
研究成果
1、CUMS增加小鼠焦慮和抑郁樣行為（第1階段）
2周、3周和4周時，CUMS組小鼠的體重顯著低于CON組（圖2A）。糖水偏好試驗中，兩組小鼠攝入的總液體量沒有統(tǒng)計學差異，然而CUMS組總的糖水攝入量和糖水偏好性卻顯著低于CON組，這意味著CUMS組小鼠的快感缺乏行為（圖2B-D）。曠場試驗中10min的測試中，兩組的總行進距離沒有差異，但在中心區(qū)CUMS組小鼠花費的時間更少，意味著CUMS使小鼠的探索行為減少（圖2E-F）。相對于CON組小鼠，CUMS組小鼠在高架十字迷宮的開房臂中花費較少的時間（圖2G），且在強迫游泳測試中，CUMS小鼠不動的時間更長（圖2H）。
圖2 CUMS對小鼠體重和行為的影響
2、移植CUMS小鼠的微生物群在受體小鼠中引起焦慮樣和抑郁樣行為（第2階段）
FMT后2周后，CUMS-受體小鼠的體重顯著低于CON-受體的體重（圖3A）；與CON-受體小鼠相比，CUMS-受體小鼠在OFT、EPM和FST中均表現(xiàn)出增加焦慮和抑郁樣行為；CUMS-受體小鼠在曠場試驗中心區(qū)域和高架十字迷宮的開房臂中花費的時間更少，且在強迫游泳測試中不動的時間更長，而糖水偏好試驗在統(tǒng)計學上沒有顯著差異（圖3B-H）。
圖3 糞菌移植后小鼠的體重和行為變化
3、腸道微生物組成分析和多樣性分析
采用16S rRNA基因測序分析研究CUMS對腸道微生物的影響。Beta多樣性中，未加權的UniFrac PCoA圖顯示CUMS組和CUMS-受體組與其他組微生物組成存在顯著差異，而CON組和CON-受體組微生物組成比較相似（圖4B）。α多樣性Chao 1和Simpson指數(shù)反映了物種組成的豐富度和均勻度，CUMS組樣品中有較高的物種多樣性和均勻度（圖4C和4D），其中Chao1指數(shù)顯示CUMS-受體組和CON-受體組中物種多樣性沒有顯著差異，而CUMS-受體組的Simpson指數(shù)卻顯著高于CON-受體組（圖4E和4F）。
圖4 腸道微生物的變化
CUMS組和CON組的腸道微生物組成存在顯著差異，相對于CON組，CUMS組中疣微菌門、變形細菌門、變形菌綱、疣微菌綱、蛭弧菌目、伯克氏菌目、彎曲桿菌目、脫硫弧菌目、蛭弧菌科、脫硫弧菌科、丹毒絲菌科、優(yōu)桿菌科、螺桿菌科、理研菌科、Ruminococcaceae、Sutterellaceae、疣微菌科、螺桿菌屬、Turicibacter、Parasutterella、Alistipes、Odoribacter和Akkermansia的相對豐度顯著增加，而桿菌綱、乳酸桿菌目、雙歧桿菌目、雙歧桿菌科和乳酸桿菌科、Barnesiella和乳酸菌屬、乳桿菌屬、Olsenella的相對豐度顯著降低。而相對于CON-受體組，CUMS-受體組小鼠的腸道微生物中疣微菌門、變形菌綱、疣微菌綱、優(yōu)桿菌科、Ruminococcaceae、疣微菌科和Akkermansia有著較高的相對豐度，而桿菌綱、乳酸桿菌目、乳酸桿菌科、乳桿菌屬的相對豐度顯著降低（圖5A和5B）。
圖5 利用熱圖展示屬水平微生物的組成
4、受體小鼠海馬體的細胞因子表達譜（第2階段）
CUMS-受體小鼠海馬體中的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ）濃度顯著高于CON-受體小鼠，而IL-6和IL-10的表達水平，兩組較相似（圖6A-D）。CUMS-供體/受體小鼠中乳桿菌的相對豐度降低，而Akkermansia的相對豐度增加，且觀察到海馬體中IFN-c的濃度與乳桿菌的相對豐度呈顯著負相關，與Akkermansia的相對豐度呈顯著正相關，而海馬中TNF-α的表達與乳桿菌或Akkermansia的相對豐度無關。與CON-受體小鼠相比，CUMS-受體小鼠海馬體中吲哚胺2,3-雙加氧酶1（IDO1）的表達顯著增加（圖6E）。
圖6 受體小鼠海馬體中細胞因子和IDO1蛋白表達的水平
研究結論
1. 慢性不可預測的輕度壓力增加了小鼠的焦慮和抑郁樣行為，且用來自應激小鼠的腸道微生物群移植至無菌小鼠中，無菌小鼠也表現(xiàn)出相似的焦慮和抑郁樣行為。
2. FMT影響了行為和神經炎癥，CUMS-受體小鼠海馬體中干擾素-γ（IFN-γ）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）顯著升高，伴隨著上調的吲哚胺2,3-雙加氧酶1（IDO1）。
3. 腸道菌群通過功能失調微生物群-腸-腦軸調節(jié)海馬體中的促炎細胞因子，加劇焦慮和抑郁樣表型。
亮點
1. 此研究表明抑郁與腸道微生物間存在明顯的雙向關系；腸道菌群失調，尤其是乳酸桿菌消耗和Akkermansia富集，與神經炎癥活動有關，并在抑郁癥的病理生理學中起關鍵作用。
2. 本研究探討了糞菌移植對腸道菌群、行為和腦功能的影響，為FMT治療抑郁證提供了科學依據(jù)。
3. 針對腸道菌群-炎癥-腦軸的治療可能對于與壓力相關的疾病具有治療益處。
銳翌基因科服產品
銳翌基因科服產品多元化，包括微生物組測序產品（16S/ITS擴增子、宏基因組、宏轉錄組和單菌基因組）、轉錄調控產品（原核轉錄組和真核轉錄組）和代謝組產品（非靶向代謝組和靶向代謝組），多組學結合分析，有助于高等院校、科研機構或醫(yī)院的科研工作者多角度、全面的探究和解決科學問題，助力更多優(yōu)質科研成果發(fā)表。
供稿：盧彥姣
編輯：魯淑妮
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