肠道来源的微生物代谢物具有多方面的作用,导致动物的复杂行为。我们的目标是提供一种循序渐进的方法,通过引导套管通过脑室内输送来描述肠道来源的微生物代谢物在大脑中的作用。
肠道微生物群及其代谢物对宿主生理和行为的影响在这十年中得到了广泛的研究。大量研究表明,肠道微生物群衍生的代谢物通过宿主中复杂的肠脑通路调节大脑介导的生理功能。短链脂肪酸(SCFA)是肠道微生物组在膳食纤维发酵过程中产生的主要细菌衍生代谢物。来自肠道的分泌的SCFA可以在外周的多个部位起作用,由于SCFAs受体的广泛分布,影响免疫,内分泌和神经反应。因此,通过口服和腹膜内给药来区分SCFAs的中枢效应和外周效应具有挑战性。本文提出了一种基于视频的方法,通过引导套管在自由移动的小鼠中询问SCFAs 在 大脑中的功能作用。大脑中SCFA的数量和类型可以通过控制输注量和速率来调节。这种方法可以为科学家提供一种方法来了解肠道衍生代谢物在大脑中的作用。
人体胃肠道含有影响宿主的各种微生物1,2,3。这些肠道细菌在利用宿主消耗的膳食成分时可以分泌肠道衍生的代谢物4,5。有趣的是,未在外周代谢的肠道代谢物可以通过循环转运到其他器官6。值得注意的是,这些分泌的代谢物可以作为肠脑轴的介质,定义为中枢神经系统和肠道之间的双向通信7。先前的研究表明,肠道衍生的代谢物可以调节动物的复杂行为和情绪8,9,10,11。
短链脂肪酸(SCFAs)是肠道微生物群在膳食纤维和难消化碳水化合物发酵过程中产生的主要代谢物6。乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐是肠道中含量最高的 SCFAs12。SCFA是胃肠道细胞的能量来源。肠道中未代谢的SCFA可以通过门静脉运输到大脑,从而调节大脑和行为6,12。先前的研究表明,SCFA可能在神经精神疾病中起关键作用6,12。例如,在自闭症谱系障碍(ASD)的动物模型BTBR T+ Itpr3tf / J(BTBR)小鼠中腹腔注射丁酸盐挽救了他们的社会缺陷13。接受来自抑郁受试者微生物群的抗生素处理的大鼠显示出焦虑样行为和粪便SCFAs的增加14。临床上,与通常的对照组相比,在ASD患者中观察到粪便SCFAs水平的变化15,16。抑郁症患者的粪便SCFAs水平低于健康受试者17,18。这些研究表明,SCFAs可以通过各种途径改变动物和人类的行为。
微生物代谢物对体内多个部位产生多种影响,影响宿主生理和行为4,19,包括胃肠道、迷走神经和交感神经。当通过外周途径施用代谢物时,很难确定肠道来源代谢物在大脑中的确切作用。本文提出了一种基于视频的方案,用于研究肠道衍生代谢物对自由移动的小鼠大脑的影响(图1)。我们发现,在行为测试期间,可以通过引导套管急性给予SCFA。代谢物的类型、体积和输注速率可以根据目的进行修改。可以调整插管部位,以探索肠道代谢物在特定大脑区域的影响。我们的目标是为科学家提供一种方法来探索肠道来源的微生物代谢物对大脑和行为的潜在影响。
肠道来源的代谢物与脑介导的疾病有关,没有太多精确的机制,部分原因是它们在体内的多个结合位点6,12,24。先前的报告表明,SCFAs可以作为G蛋白偶联受体的配体,表观遗传调节因子和体内多个部位的能量产生来源6,12。为了绕过源自外周的混杂因素(如免疫细胞、激素和自主?…
The authors have nothing to disclose.
我们感谢国立成功大学(NCKU)实验动物中心的工作人员照顾动物。这项工作得到了正兴医学基金会黄坤彦教授教育基金的奖学金支持;台湾科技部(MOST)的资助:(本科生研究MOST 109-2813-C-006-095-B)到T.-H.Y.;(大多数 107-2320-B-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) 至 W.-L.W.;以及高等教育萌芽项目,教育部到NCKU大学发展总部到W.-L.W。
Material | |||
Advil Liqui-Gels Solubilized Ibuprofen A2:D41 | Pfizer | n/a | |
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit | ThermoFisher Scientific | A-21206 | |
Anti-Fluorescent Gold (rabbit polyclonal) | Millipore | AB153-I | |
Bottle Top Vacuum Filter, 500 mL, 0.22 μm, PES, Sterile | NEST | 121921LA01 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | ACSF: 0.14 g/L |
Chlorhexidine scrub 2% | Phoenix | NDC 57319-611-09 | |
Chlorhexidine solution | Phoenix | NDC 57319-599-09 | |
Commercial dummy | RWD Life Science | 62004 | Single_OD 0.20 mm/ M3.5/G = 0.5 mm |
Commercial guide cannul | RWD Life Science | 62104 | Single_OD 0.41 mm-27G/ M3.5/C = 2.5 mm |
Commercial injector | RWD Life Science | 62204 | Single_OD 0.21 mm-33G/ Mates with M3.5/C = 3.5 mm/G = 0.5 mm |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | ACSF: 0.61 g/L |
Dental acrylic | HYGENIC | n/a | |
Fixing screws | RWD Life Science | 62521 | |
Fluoroshield mounting medium with DAPI | Abcam | AB104139 | |
Horse serum | ThermoFisher Scientific | 16050130 | |
Insulin syringes | BBraun | XG-LBB-9151133S-1BX | 1 mL |
Isoflurane | Panion & BF biotech | DG-4900-250D | |
KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | ACSF: 0.19 g/L |
Ketoprofen | Swiss Pharmaceutical | n/a | |
Lidocaine | AstraZeneca | n/a | |
Low melting point agarose | Invitrogen | 16520 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | ACSF: 0.19 g/L |
Microscope cover slips | MARIENFELD | 101242 | |
Microscope slides | ThermoFisher Scientific | 4951PLUS-001E | |
Mineral oil light, white NF | Macron Fine Chemicals | MA-6358-04 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | ACSF: 7.46 g/L |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S8282 | ACSF: 0.18 g/L |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | ACSF: 1.76 g/L |
n-butyl cyanoacrylate adhesive (tissue adhesive glue) | 3M | 1469SB | 3M Vetbond |
Neural tracer | Santa Cruz | SC-358883 | FluoroGold |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
Polyethylene tube | RWD Life Science | 62329 | OD 1.50, I.D 0.50 mm and OD 1.09, I.D 0.38 mm |
Puralube Vet (eye) Ointment | Dechra | 12920060 | |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | SCFAs: 13.5 mM |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | SCFAs: 8 mM |
Sodium propionate | Sigma-Aldrich | P1880 | SCFAs: 5.18 mM |
Stainless guide cannula | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.63 mm; Local vendor |
Stainless injector | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.3 mm; dummy is made from injector; local vendor |
Superglue | Krazy Glue | KG94548R | |
Triton X-100 | Merck | 1.08603.1000 | |
Equipment | |||
Cannula holder | RWD Life Science | B485-68217 | |
Ceiling camera | FOSCAM | R2 | |
Digital stereotaxic instruments | Stoelting | 51730D | |
Dissecting microscope | INNOVIEW | SEM-HT/TW | |
Glass Bead Sterilizer | RWD Life Science | RS1501 | |
Heating pad | Stoelting | 53800M | |
Leica microscope | Leica | DM2500 | |
Micro Dissecting Forceps | ROBOZ | RS-5136 | Serrated, Slight Curve; Extra Delicate; 0.5mm Tip Width; 4" Length |
Micro Dissecting Scissors | ROBOZ | RS-5918 | 4.5" Angled Sharp |
Microinjection controller | World Precision Instruments (WPI) | MICRO2T | SMARTouch Controller |
Microinjection syringe pump | World Precision Instruments (WPI) | UMP3T-1 | UltraMicroPump3 |
Microliter syringe | Hamilton | 80014 | 10 µL |
Optical Fiber Cold Light with double Fiber | Step | LGY-150 | Local vendor |
Pet trimmer | WAHL | 09962-2018 | |
Vaporiser for Isoflurane | Step | AS-01 | Local vendor |
Vibratome | Leica | VT1000S | |
Software | |||
Animal behavior video tracking software | Noldus | EthoVision | Version: 15.0.1416 |
Leica Application Suite X software | Leica | LASX | Version: 3.7.2.22383 |