Journal of Neurochemistry: 增加后肠碳水化合物含量促进

生长猪下丘脑神经递质的合成

近日，本研究中心高侃博士在国际神经基础研究专业期刊《Journal of Neurochemistry》发表题目为“Increasing carbohydrate availability in the hindgut promotes hypothalamic neurotransmitter synthesis: aromatic amino acids linking the microbiota-brain axis”的研究论文，高侃博士为本文第一作者，朱伟云教授为通讯作者。该项目得到973项目和国家自然基金的资助和支持。

之前研究显示肠道微生物对宿主神经功能具有重要的调控作用。本研究中心之前在瘘管猪模型上的研究发现，后肠灌注抗生素改变了后肠微生物代谢，特别促进了碳水化合物代谢，而抑制了氮代谢。其中，后肠微生物芳香族氨基酸的代谢改变与下丘脑神经递质的表达变化密切相关（Gao et al. 2018）。已知微生物芳香族氨基酸代谢受肠道内碳水化合物水平的影响，因此，为了进一步研究后肠微生物对猪下丘脑神经递质表达的影响及其机制，本文首先采用瘘管猪模型作为研究对象，通过盲肠灌注玉米淀粉增加后肠碳水化合物的含量，研究后肠微生物芳香族氨基酸代谢的改变与生长猪下丘脑神经递质表达间的潜在关联。其次，本文通过小鼠模型和体外神经元细胞模型，揭示后肠微生物调控宿主神经递质表达的机制。

本研究在瘘管猪模型上的研究结果显示，后肠碳水化合物含量的增加，抑制了微生物芳香族氨基酸代谢，引起后肠芳香族氨基酸浓度的上升；同时，血液和下丘脑中芳香族氨基酸的浓度增加，伴随着下丘脑芳香族氨基酸来源的神经递质（5-羟色胺和多巴胺）和脑源神经营养因子BDNF的浓度上升；该研究表明后肠微生物可能通过调控机体芳香族氨基酸水平影响宿主神经递质的表达。

为了验证以上的研究推论，本研究对小鼠进行了芳香族氨基酸的腹腔注射。小鼠研究显示，血液中色氨酸和酪氨酸浓度的增加促进了小鼠脑部5-羟色胺、多巴胺和BDNF的动态表达。

此外，本研究利用小鼠神经元体外细胞模型试验，进一步解析了芳香族氨基酸对神经递质（5-羟色胺和多巴胺）和BDNF合成的促进机制。研究发现，色氨酸和酪氨酸能够分别通过氨基酸羟化酶的作用合成5-羟色胺和多巴胺；合成的5-羟色胺和多巴胺通过5-羟色胺受体1A／多巴胺受体1-CREB信号通路促进神经元细胞BDNF的合成。

因此，本研究揭示了增加后肠碳水化合物可以促进神经递质表达，血液循环中的芳香族氨基酸是后肠道微生物调控宿主神经功能的重要介质。

后肠微生物调控宿主神经递质表达的模型

文章来源：Gao, Kan, et al. Increasing carbohydrate availability in the hindgut promotes hypothalamic neurotransmitter synthesis: aromatic amino acids linking the microbiota‐brain axis. Journal of neurochemistry (2019). DOI: 10.1111/jnc.14709