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最簡單的16S測序也能發14分的Paper

TIANGEN

2021.6.23

擴增子是微生物組學研究中最常用最基礎的研究工具，也正是因為它的簡單，16S測序的文章影響因子通常不高。那敢不敢期望16S測序也能發個十幾分的文章呢？當然可以！高分文章的幾個特點無外乎：前沿的技術手段；新穎的研究方向；難得的實驗材料；嚴格的實驗設計；詳實的實驗數據等。能在其中一兩個方向上深耕，那就離高分paper不遠啦~~~

今天分享的這篇文章

就成功借助16S測序這個最簡單的技術

“榮登”《Neuron》IF=14.4

?文? 章? 題? 目?

Mechanisms Underlying Microbial-Mediated Changes in Social Behavior in Mouse Models of Autism Spectrum Disorder

研究背景

自閉癥譜系障礙（ASD）的發病率在全球范圍內持續上升，因其受遺傳因素和環境因素的影響，有效治療ASD的方法仍不明確。自閉癥兒童患胃腸道疾病的可能性是無發育障礙兒童的3.5倍。

動物模型的研究表明，腸道微生物能夠以一種非常強大的方式調節中樞神經系統（CNS）驅動的行為。本文研究發現L.reuteri（羅伊氏桿菌）能夠逆轉不同ASD小鼠模型的社會缺陷，通過這種單一細菌進行微生物治療，可以挽救遺傳、環境和特發性ASD小鼠模型中的社會缺陷。

實驗材料

WT小鼠：野生型小鼠；

Shank3B?/?小鼠：SHANK3基因的突變會導致人出現自閉癥，Shank3B?/?小鼠也表現類似自閉癥的社會行為；

BTBR 小鼠：近交系小鼠表現出ASD的核心癥狀，包括異常的社會行為，鑒于在BTBR小鼠基因組中沒有發現ASD風險基因的遺傳變異，該模型被認為是ASD的特發性模型；

C57BL/6J小鼠：屬于近交系小鼠，是實驗動物小鼠中使用最廣泛的品系之一。

所有小鼠都保持12h的光/暗循環，并且可以隨意獲得食物和水。對于所有小鼠模型，只有雄性小鼠被納入研究，每個實驗至少使用兩窩。

研究思路

按照提出生物學問題，解決生物學問題的邏輯，文章分兩步走：

Q1：L. reuteri可以逆轉ASD 小鼠的行為缺陷，這種影響是否在其他ASD小鼠模型中也同樣發揮作用？

A1：根據ASD發病機制，選擇Shank3B?/?小鼠模型和BTBR 小鼠模型，通過L.reuteri 干預實驗確定，L.reuteri可以逆轉其他ASD小鼠模型的行為缺陷。

Q2：發揮作用的途徑是什么？

A2：首先研究是否是通過腸道菌群的改變從而改善其ASD行為。排除腸道菌群影響之后，基于普遍認知繼續從血液循環和迷走神經兩個方面找原因。最終通過“腸道滲漏”實驗和“迷走神經切斷術”將發揮作用的途徑鎖定在迷走神經。

結果展示

01.?Shank3B?/?小鼠腸道菌群組成及L.reuteri對其ASD行為的改變?

Shank3B?/?小鼠表現ASD行為，主成分分析與shannon指數顯示Shank3B?/?小鼠與對照小鼠在腸道菌群組成上差異顯著。用L.reuteri處理Shank3B?/?小鼠，根據三箱社交偏好行為觀察、社交互動時間等方法評估，結果顯示，Shank3B?/?小鼠在社會行為上有明顯提升，與對照小鼠表現相似。說明L.reuteri 能夠逆轉Shank3B?/?小鼠的ASD行為。

02.?BTBR小鼠腸道菌群組成及L.reuteri對其ASD行為的改變

一些環境和遺傳因素已被確定與自閉癥發病率增加有關。然而，大多數ASD病例仍然是特發性的。BTBR近交系小鼠表現出ASD的核心癥狀，包括異常的社會行為。但在BTBR基因組中沒有發現ASD風險基因的遺傳變異，該模型被認為是ASD的特發性模型。

與C57BL/6J小鼠相比，BTBR小鼠的腸道微生物組成發生了顯著改變，?BTBR小鼠L.reuteri顯著低于C57BL/6J小鼠，而與C57BL/6J小鼠共住可恢復其社會缺陷。

同樣，直接用L.reuteri干預，可以逆轉BTBR小鼠的ASD表現。

03.?L.reuteri?干預后不改變小鼠腸道菌群結構

研究者借助Shank3B?/?小鼠模型，研究上述變化是否是通過調節腸道菌群產生的。通過16S擴增子，比較L.reuteri?處理前后的腸道菌群差異，發現L.reuteri?對宿主整體微生物組成沒有顯著影響。

04.?對于切斷迷走神經的小鼠，L.reuteri?干預后不改變其ASD行為

基于普遍認知，人體存在雙向“腸道微生物群-腦”軸，細菌在其中啟動信號，通過血液循環或迷走神經從腸道傳輸到中樞神經系統。為了驗證血液循環途徑，作者進行了“腸道滲漏”實驗，結果表明Shank3B?/?小鼠腸道通透性沒有明顯改變。之后研究迷走神經是否可以作為L.reuteri腸道和大腦之間的連接的途徑，通過雙側膈下迷走神經切斷術，發現L.reuteri在對照組小鼠的ASD社會行為有逆轉作用，但對于迷走神經切斷組小鼠沒有ASD社會行為的逆轉作用。

實驗結論

>??用L.reuteri是一種很有前途的非侵入性微生物治療ASD相關社會功能障礙的方法。

>??精準的微生物治療可以通過迷走神經及多巴胺信號等途徑幫助ASD小鼠在遺傳、環境和社會缺陷方面改善。

文獻引用

Sgritta M, Dooling SW, Buffington SA, Momin EN, Francis MB, Britton RA, Costa-Mattioli M. Mechanisms Underlying Microbial-Mediated Changes in Social Behavior in Mouse Models of Autism Spectrum Disorder.?Neuron.2019Jan16;101(2):246-259.e6.

doi:10.1016/j.neuron.2018.11.018.Epub 2018 Dec 3. PMID: 30522820; PMCID: PMC6645363.

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