科学家探索遗传学，肠道微生物组和记忆之间的分子联系

肠道微生物通常产生的一种分子似乎可以改善小鼠的记忆力。

一项新的研究是最早在遗传模型，肠道微生物组和记忆力相似的小鼠模型中追踪分子之间的分子联系的研究。

虽然先前已经发现了肠道微生物组和大脑之间的诱人联系，但来自美国两个能源部国家实验室的一组研究人员发现了肠道与大脑之间切实联系的新证据。研究小组将乳酸（一种肠道微生物的所有物种产生的分子）确定为增强记忆力的关键分子信使。这项工作最近发表在BMC Microbiome杂志上。

太平洋西北国家实验室（PNNL）的微生物生态学家，该研究的通讯作者珍妮特·詹森（Janet Jansson）表示：“我们的研究表明微生物组可能与遗传学一起影响记忆。”

科学家们知道，已经喂了有益健康的微生物的老鼠，被称为益生菌，会产生几种积极的好处。科学家还知道，微生物产生的分子会通过血液传播，并充当影响身体其他部位（包括大脑）的化学信使。但是，到目前为止，尚不清楚哪些特定的微生物和微生物分子信使可能会影响记忆。

劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的生物科学家，共同通讯作者安托万·斯尼德斯（Antoine Snijders）说：“挑战在于，小鼠独特的遗传结构和环境条件也会影响其记忆力和微生物组。”“要了解微生物分子是否影响记忆，我们需要了解遗传学与微生物组之间的相互作用。”

他补充说，微生物组对记忆的影响现在是一个非常活跃的研究领域，在过去五年中发表了100多篇关于常见益生菌与记忆之间联系的论文。

小鼠遗传学影响记忆和肠道微生物组

在他们开始寻找可能与记忆改善有关的分子之前，Jansson，Snijders及其同事需要确定遗传学如何影响记忆。

研究人员从一组名为“协作十字”的小鼠开始。他们繁殖了29种不同的小鼠品系，以模仿人类的遗传和生理特性。它包括大小，外衣颜色和性状（例如胆小或粗体）不同的小鼠。研究人员还知道每种菌株的基因组序列。

首先，研究小组对每只小鼠进行了记忆测试。然后他们筛选了每个菌株的遗传变异，并将这些变异与记忆结果相关联。他们发现了两组与记忆有关的基因。一个是一组影响认知的新候选基因，而另一组基因已经为人所知。

接下来，研究人员分析了每个菌株的肠道微生物组，以便他们可以将微生物与他们已经拥有的遗传学和记忆联系联系起来。他们确定了与记忆力增强有关的四个微生物家族。其中最常见的是一种乳酸杆菌，罗伊氏乳杆菌。

为了测试这种关联，研究人员将罗伊氏乳杆菌喂给了没有任何肠道微生物的无菌小鼠，然后测试了它们的记忆力。与未喂食微生物的无菌小鼠相比，他们看到了显着的进步。当他们给另外两种乳酸杆菌中的一种喂养无菌小鼠时，他们也发现了同样的进步。

斯奈德斯说：“虽然以前曾报道过乳酸杆菌与记忆之间的联系，但我们在这种无偏见的遗传筛选中也独立地发现了它。”“这些结果表明，遗传变异在很大程度上控制着记忆力，以及不同菌株之间肠道微生物组组成的差异。”

饮食和益生菌可增强记忆力

最后，研究人员希望确定哪些微生物相关分子可能与记忆增强有关。他们分析了来自无菌小鼠的粪便，血液和脑组织，每只小鼠都喂食特定种类的乳酸杆菌。乳酸是常见的代谢分子副产物之一。它也是所有乳酸杆菌菌株产生的分子。

研究小组将乳酸喂给了先前发现记忆力较差的小鼠，并注意到它们的记忆力得到了改善。饲喂乳酸或乳杆菌微生物的小鼠的γ-氨基丁酸（GABA）水平也升高，这是一种与大脑记忆形成有关的分子信使。

为了研究同样的分子机制是否也适用于人类，研究人员联系了卢森堡大学的保罗·威尔姆斯（Paul Wilmes），后者开发了一种模仿微生物与人体肠道组织相互作用的微小芯片。当威尔姆斯和他的同事们在该芯片中测试罗伊氏乳杆菌时，他们发现微生物产生的乳酸穿过人的肠道组织，表明它可以进入血流并可能进入大脑。

詹森说：“尽管这项研究强化了饮食，遗传学和行为（如记忆）之间联系的观念，但仍需要进一步的工作来证明乳酸杆菌是否可以改善人类的记忆力。”

Snijders表示同意，并补充说，有一天可能会使用益生菌来改善目标人群（如学习障碍者和神经退行性疾病患者）的记忆力。

参考：毛建华，金永Gene，周彦霞，胡德宏，钟晨涵，张航，科林·布里斯朗，萨沙·兰利，王云山，卢楼·皮斯尔撰写的“鼠类微生物组与记忆之间的遗传和代谢联系”， Susan E.Celniker，David W.Threadgill，Paul Wilmes，Galya Orr，Thomas O.Metz，Janet K.Jansson和Antoine M.Snijders，2020年4月17日，BMC Microbiome.DOI：
10.1186 / s40168-020-00817-w

这项工作由海军研究办公室，伯克利实验室的实验室指导研究与开发（LDRD）计划和PNNL的LDRD计划资助。