自由に動くマウスにおける腸由来微生物代謝物の脳室内送達

ヒトの胃腸管には、宿主に影響を与える多様な微生物が宿主を宿している^1,2,3。これらの腸内細菌は、宿主によって消費される食事成分の利用中に腸由来の代謝産物を分泌することができる^4,5。興味深いことに、末梢で代謝されていない腸代謝産物は、循環を介して他の臓器に輸送することができます⁶。注目すべきことに、これらの分泌された代謝産物は、中枢神経系と腸の間の双方向通信として定義される腸脳軸のメディエーターとして機能することができます⁷。以前の研究では、腸由来の代謝物が動物の複雑な行動や感情を調節できることが示されています^8,9,10,11。

短鎖脂肪酸(SCFA)は、食物繊維と難消化性炭水化物の発酵中に腸内細菌叢によって生成される主要な代謝物です⁶。酢酸塩、プロピオン酸塩、および酪酸塩は、腸内で最も豊富なSCFAです¹²。SCFAは、消化管内の細胞のエネルギー源として機能します。腸内の代謝されていないSCFAは、門脈を通って脳に輸送され、脳と行動を調節することができます^6,12。以前の研究では、SCFAが神経精神障害において重要な役割を果たす可能性があることが示唆されています^6,12。例えば、自閉症スペクトラム障害(ASD)の動物モデルであるBTBR T⁺ Itpr3^tf/J(BTBR)マウスへの酪酸の腹腔内注射は、彼らの社会的欠陥を救済しました¹³。うつ病の被験者から微生物叢を投与された抗生物質治療ラットは、不安様行動および糞便SCFAの増加を示した¹⁴。臨床的には、ASD患者では、通常発達中の対照と比較して、糞便SCFAレベルの変化が観察されました^15,16。うつ病の人は、健康な被験者よりも糞便SCFAレベルが低くなっています^17,18。これらの研究は、SCFAがさまざまな経路で動物や人間の行動を変える可能性があることを示唆しています。

微生物代謝産物は、体内の複数の部位に多様な影響を及ぼし、胃腸管、迷走神経、交感神経など、宿主の生理学と行動に影響を与えます^4,19。末梢経路を介して代謝物を投与する場合、脳内の腸由来代謝物の正確な役割を特定することは困難です。.この論文では、自由に動くマウスの脳における腸由来代謝物の影響を調べるためのビデオベースのプロトコルを提示します(図1)。SCFAは行動テスト中にガイドカニューレを介して急性に投与できることを示しました。代謝物の種類、量、注入速度は、目的に応じて変更することができます。カニューレ挿入部位を調整して、特定の脳領域における腸代謝物の影響を調べることができます。私たちは、腸由来の微生物代謝物が脳と行動に与える潜在的な影響を探求する方法を科学者に提供することを目指しています。