重磅研究 | Cell：深入剖析遗传因素和微生物因素在宿主复杂行为中的作用( 五 )

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图5 粪菌移植实验（FMT）可以将供者的社会行为表型赋予受者而不是自发活动表型。（A）FMT实验的实验设计方案。（B-C）通过动物三箱社交自由探索实验检测FMT后GF小鼠的社会行为（每组n=9-21；B ，社交能力：正常菌对照：t = 8.51 ， P < 0.0001；GF: t = 0.572 ， P > 0.9999；GF:WT-I FMT: t = 6.557 ， P < 0.0001；GF: KO-I FMT: t = 0.05714 ， P > 0.9999；GF: WT-L FMT: t = 5.673 ， P < 0.0001; GF: KO-LFMT: t = 6.485, P <0.0001；GF: KO-L FMT: t = 6.485 ， P < 0.0001；两因素方差分析: F5, 144=16.61 ， P < 0.0001；C ，社交新奇偏好：正常菌对照t = 3.82 ， P = 0.0012；GF: t = 0.1557 ， P > 0.9999；GF: WT-I FMT: t = 4.564 ， P < 0.0001；GF: KO-I FMT: t = 0.1194 ， P > 0.9999；GF: WT-L FMT: t = 4.006 ， P = 0.0006；GF: KO-L FMT: t = 5.73 ， P <0.0001；两因素方差分析: F5, 144 =7.100 ， P < 0.0001）。（D-E）动物三箱社交自由探索实验的习惯阶段检测FMT后各组GF小鼠的自发活动程度（每组n=10–22；D ，总距离: 正常菌定植与无菌定植GF: t=2.494 ， P = 0.2230；GF: WT-I vs. GF: KO-I: t = 2.173 ， P = 0.4942； GF: WT-L vs. GF: KO-L: t = 0.3335 ， P > 0.9999；单因素方差分析：F5,74=2.529 ， P = 0.0361；平均速度：正常菌定植与无菌定植GF: t = 2.501 ， P = 0.2190；GF: WT-I vs.GF: KO-I: t = 2.218 ， P = 0.4448; GF: WT-Lvs. GF: KO-L: t = 0.3367 ， P 5,74 =2.559 ， P = 0.0343）。直方图为均值±标准误。也可参见图S3和表S1和S2 。3 选择性微生物干预可以改善神经发育遗传缺陷小鼠的社交能力缺陷，但是对多动症无效虽然我们提供了Cntnap2-/-小鼠的微生物组的特征，但我们的前期研究主要集中在其特定的脑回路上，尤其是催产素能系统。已知在已有的Cntnap2-/-小鼠相关报道中，催产素系统调节社会行为的许多方面，并且与自闭症相关。下丘脑室旁核（PVN）是脑内主要合成催产素的区域， Cntnap2-/-小鼠的室旁核催产素相关神经元较少，并且催产素治疗何以改善小鼠的社交缺陷。相应的我们的研究也发现催产素治疗可以逆转Cntnap2-/-（KO-I）小鼠社交障碍而并未逆转多动症行为（图S4A-F）。我们以及一些其他研究都发现罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri ， L. reuteri）干预可以使血浆和PVN催产素水平升高，并且逆转一些ASDs模型小鼠的社交障碍。然而，同样的操作在缺乏催产素受体的小鼠上却无效。因此我们进一步猜测罗伊氏乳杆菌治疗可以改善-/-小鼠社交障碍。首先，我们检测了罗伊氏乳杆菌在KO-I小鼠中是否改变，我们通过qPCR方法检测发现罗伊氏乳杆菌丰度在KO-I组中丰度降低（图S5A）。其次，我们发现罗伊氏乳杆菌治疗可以逆转KO-I小鼠催产素神经元的缺陷（图S4G-J）。第三点并且是最重要的是，我们发现罗伊氏乳杆菌治疗逆转了KO-I组幼年以及成年小鼠的社交缺陷（图6A-C ， 6G ，图S5B-D）。第四点，相同的微生物干预并不影响KO-I组小鼠的多动症表现（图6D-E）。因此，对KO-I组小鼠进行早期或晚期的精确微生物干预可以选择性的逆转社交障碍，而非多动症表现。这一结论支持决定社交行为和自发活动的因素是不同的。4 选择性微生物干预通过影响中脑腹侧被盖区的社交相关突出传递进而改善神经发育遗传缺陷小鼠的社交能力缺陷包括中脑腹侧背盖区（VTA）的脑区是大脑内的奖励刺激应答区，亦是在社交行为调控中起重要作用的脑区。准确的说， PVN中表达催产素的神经元投射至VTA的多巴胺（DA）神经元，被催产素激活的DA神经元在社交活动中是至关重要的。通过检测α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPRA）和N-甲基-d-天冬氨酸受体（NMDRA）的比值，我们和其他研究发现社交活动激活了鸟类和小鼠VTA的DA神经元，这一点与“社交活动是一种特殊的奖励机制”的观点吻合。有趣的是，这种潜在的社交细胞相关性，即VTA-DA神经元中社交活动诱发的突触传递，在存在社交缺陷的ASD模型中也是受损的。罗伊氏乳杆菌治疗以催乳素依赖的方式逆转逆转不同ASD小鼠模型的突触缺陷。我们发现，与对照组小鼠相比，社交活动未能诱导KO-I组小鼠 VTA神经元AMPAR/NMDAR比值升高（图6F-H）。与之相反，可卡因给药导致VTA DA神经元的AMPAR/NMDAR比率增加，表明DA神经元功能正常并且对奖赏刺激存在反应，但对社会奖赏刺激没有反应（图6H），罗伊氏乳杆菌治疗改善了-/-（KO-I）小鼠VTA DA神经元中社交互动诱导的突触可塑性缺陷（图6H），再次确定罗伊氏乳杆菌增强了社交刺激的有效性及奖励机制。为了评估罗伊氏乳杆菌是否影响与社会行为有关的其他大脑区域的突触传递，我们检测了KO-I和WT-I小鼠的内侧前额叶皮质（mPFC）中的微型兴奋性突触后电流（mEPSCs）。与前人的结果一致，与WT-I小鼠相比， KO-I小鼠mPFC锥体细胞中mEPSCs的振幅和频率降低（图6I–6K）。罗伊氏乳杆菌治疗未能逆转KO-I小鼠中mEPSCs的变化（图6I–6K）。这些数据表明，罗伊氏乳杆菌在VTA中选择性地调节突触传递的变化，而在mPFC中没有。综上所述，使用罗伊氏乳杆菌干预可挽救KO-I小鼠的社会行为以及与社会行为相关的可塑性缺陷，但不能挽救多动症表型。