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研究可以阐明微生物如何加剧认知能力下降

最近的研究发现,肠道微生物群——生活在肠道中的数万亿细菌和其他微生物——的变化可以改变大脑和行为。现在,由加州大学洛杉矶分校的科学家领导的一项研究可以阐明这种现象是如何以及为什么会发生的。

在对小鼠进行的实验中,研究人员发现肠道微生物会加剧认知障碍的影响,因为它们会影响海马体,海马体是大脑中对记忆和学习至关重要的区域。他们发现,在喂食生酮饮食(高脂肪、低碳水化合物)并间歇性缺氧的小鼠的肠道微生物群中,一组称为 Bilophila 的细菌的浓度显着增加,从而产生了一种称为缺氧的情况。

科学家们还发现,生酮饮食、缺氧和用一种叫做 Bilophila wadsworthia 的嗜胆菌治疗会损害海马体,导致小鼠的认知能力下降。

该研究发表在同行评审期刊Cell Host & Microbe 上。

研究人员给几只老鼠喂了生酮饮食,给其他老鼠喂了标准饮食。然后,所有小鼠连续五天接受降低的氧气水平,然后给予四天恢复。剥夺动物的一些氧气是科学家们导致认知障碍的一种方式,以模拟可能由神经系统疾病或衰老引起的人类认知障碍。

接下来,科学家们观察了他们在迷宫中导航的能力。当试图找到走出迷宫的路时,生酮饮食的老鼠比标准饮食的老鼠平均多出 30% 的错误。(两组之间的差异范围为 25% 至 75%。)

研究人员还评估了单独的不同饮食是否会导致未缺氧小鼠的认知行为发生任何变化。在那个实验中,根据生酮饮食或标准饮食,小鼠找到走出迷宫的方法的能力没有明显差异——这表明对认知能力的负面影响仅在缺氧的情况下发生。

“这些结果突出了不同环境因素相互作用以影响小鼠认知行为的能力,”主要作者,加州大学洛杉矶分校研究生克里斯汀奥尔森说。

接下来,研究人员调查了如果在给予生酮饮食并让它们暴露于缺氧环境之前耗尽小鼠的微生物群会发生什么。有趣的是,与暴露于缺氧并给予生酮饮食但没有首先改变微生物群的小鼠相比,首先耗尽微生物群的小鼠在迷宫中犯的错误要少得多。

“这表明与生酮饮食和缺氧相关的微生物可能对认知障碍产生不利影响,”奥尔森说。

作者确定 Bilophila wadsworthia 改变了海马体中哪些基因被打开或关闭,并且该细菌减少了海马体中的正常细胞信号传导。

“Bilophila wadsworthia 以类似于缺氧和生酮饮食的方式扰乱海马活动和认知行为,”奥尔森说。她补充说,考虑到海马体在学习和记忆中的重要作用,这些变化为嗜胆菌如何影响认知行为提供了线索。

Hsiao 说,科学家们刚刚发现可以影响小鼠和其他动物行为变化的微生物种类。她补充说,更具体地研究微生物物种如何影响大脑非常重要——例如,通过响应微生物而发生的细胞变化。

认知障碍困扰着数百万 65 岁以上的人,并与多种慢性代谢、免疫和神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)有关。加州大学洛杉矶分校 De Logi 生物科学教授、加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院消化系统疾病副教授 Elaine Hsiao 说,这项新研究可能是了解哪些微生物影响或损害认知能力的重要一步。

“识别早期风险因素对于早期发现和干预认知障碍至关重要,”该论文的资深作者 Hsiao 说。

Hsiao 补充说,需要更多的研究来确定除 Bilophila 之外的其他肠道微生物是否也可能影响认知能力,以及微生物群是否会影响人类的认知能力下降。

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