Nature 子刊：新方法确定我们的「两个大脑：大脑-肠脑」的“互动交流”机制-杭州脑海科技有限公司

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脑-肠轴（brain-gut axis）指的是大脑与肠道间的双向信息交流网络，广义上包括神经交互通路，神经内分泌和神经免疫途径，肠道微生物群等。但当前关于脑-肠轴的研究大都集中在复杂的微生物群落上，对哪些微生物物种驱动宿主中特定的中枢神经系统改变尚未有明确的研究。

2023年2月18日，贝勒医学院和德克萨斯儿童医院的Thomas D. Horvath博士及其团队在Nature Protocols（IF=17.021）上发表了题为“Interrogation of the mammalian gut-brain axis using LC-MS/MS-based targeted metabolomics with in vitro bacterial and organoid cultures and in vivo gnotobiotic mouse models”的研究中使用基于靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的代谢组学方法探究研究胃肠道和大脑中微生物的“通讯”。该方法能够在细胞和整个动物水平上鉴定和全面评估代谢物-微生物产生的化合物，进而确定特定细菌如何改变肠道和中枢神经系统。

胃肠道拥有丰富多样的有益微生物群落，统称为肠道微生物群。除了在维持肠道环境方面的作用外，肠道微生物因其对其他远处器官（包括大脑）的影响而得到了越来越多的认可。

肠道微生物可以通过多种途径与大脑沟通，例如通过产生代谢物（如短链脂肪酸和肽聚糖），神经递质（如γ-氨基丁酸和组胺），以及调节免疫系统的化合物等。此外，肠道微生物组与焦虑、肥胖、自闭症、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病之间的联系突出了微生物在中枢神经系统中的作用。

研究人员使用基于靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的代谢组学方法来深入了解单一类型的微生物影响肠道和大脑的过程。该方法首先在实验室中培养微生物，收集它们产生的代谢物并使用质谱和代谢组学对其进行分析。具体分为三个阶段：阶段1：使用培养基生成微生物代谢物，以鉴定任何微生物衍生的神经递质和SCFA（步骤1-24）；阶段2：使用小鼠或人类器官体外研究微生物代谢物对肠上皮的影响，以确定肠上皮产生神经递质的小肠内分泌细胞如何对细菌产物作出反应（步骤25-47）；阶段3：使用单个微生物定植的悉生小鼠进行体内研究，以确定肠道和大脑如何对微生物定植做出反应（步骤48-52）。

实验流程图

质谱是一种实验室技术，可用于通过确定未知化合物的分子量来鉴定其并量化已知化合物。代谢组学是一种大规模研究代谢物的技术。研究人员在迷你肠道中研究了代谢物的作用，而迷你肠道是一种人类肠道细胞的实验室模型，保留了小肠的特性并且具有生理活性，此外，还可以在活体动物中研究微生物的代谢物。将研究扩展到微生物群落。

通过以上方式，研究人员研究了微生物群落如何协同工作以及如何影响宿主，由此，研究人员能够了解肠道和大脑之间的复杂系统及其影响。

本研究描述的靶向代谢组学方法提供了解析共生微生物与宿主之间复杂的双向相互作用所需的分析工具套件。这些方案可以很容易地适应各种各样的细菌，包括共生和致病微生物。使用微生物代谢物，类器官和悉生小鼠，研究人员可以特异性地识别微生物信号（体外和体内），并将它们与宿主内的变化联系起来。这些发现可用于开发设计微生物混合物，以开发下一代益生菌。将来，这些方案也可用于检查神经系统疾病的微生物基础。

参考文献

Horvath, T. D., Haidacher, S. J., Engevik, M. A., Luck, B., Ruan, W., Ihekweazu, F., Bajaj, M., Hoch, K. M., Oezguen, N., Spinler, J. K., Versalovic, J., & Haag, A. M. (2023). Interrogation of the mammalian gut-brain axis using LC-MS/MS-based targeted metabolomics with in vitro bacterial and organoid cultures and in vivo gnotobiotic mouse models. Nature protocols, 18(2), 490–529. https://doi.org/10.1038/s41596-022-00767-7

资讯来源

https://neurosciencenews.com/gut-brain-axis-tool-22253/

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