背景
孤独症谱系障碍 (ASD)是一组以社交交流和互动障碍以及重复刻板行为为特征的神经发育疾病。既往研究表明，每44名儿童中就有1名患自闭症，男性的自闭症患病率高于女性。遗传和环境因素都可能导致自闭症。脆性X综合征 (FXS)是孤独症谱系障碍 (ASD)最常见的单基因病因，也是智力障碍最常见的遗传原因。该疾病源于X连锁脆性X智力低下1 (FMR1)基因的三核苷酸重复序列 (CGG)扩增，导致FMR1基因的产物脆性X智力低下蛋白 (FMRP)。FMR1基因在物种间高度保守，与小鼠同源的FMR1显示出97%的氨基酸序列同源性。由于人类和小鼠的不同组织中FMR1在信使RNA (mRNA)和蛋白质水平上的表达模式具有高度相似性，因此开发出一种用于FXS的FMR1基因敲除小鼠模型 (KO)，以研究FXS。因此，尽管动物模型和脆性X患者之间的突变机制不同，但脆性X小鼠无法再产生正常的FMRP效应，这使得小鼠成为研究FMR1基因生理功能的优秀动物模型，并有助于进一步了解与人类FMRP缺失相关的病理生理机制和临床表型的。尽管人们对FXS非常感兴趣，特别是因为它有潜力成为了解自闭症的途径，但这种罕见综合征的确切机制尚不清楚，也尚无获得FDA批准的药物。
简介
2023年2月27日，来自中国南开大学的Peifeng Guo及其团队在Brain Behav Immun (IF: 19.227)杂志上发表名为Dietary fish oil improves autistic behaviors and gut homeostasis by altering the gut microbial composition in a mouse model of fragile X syndrome的研究[1]。
主要结果
FMRP缺乏引发小鼠肠道微生物失调
使用16S rRNA基因测序检测8周龄WT和Fmr1 KO小鼠的肠道微生物组成。Bray-Curtis距离的主成分分析显示，WT和Fmr1 KO小鼠之间的粪便微生物群不同 (图1A)。另一方面，Shannon指数显示，在WT和Fmr1 KO小鼠之间，微生物物种的丰富度和多样性没有差异 (图1B)。在WT小鼠中，厚壁菌门 (49.51%)、拟杆菌门 (40.25%)、脱硫杆菌 (2.73%)、放线菌门 (2.87%)和疣状微生物 (2.66%)在门水平上最为丰富。在Fmr1 KO小鼠中，厚壁菌门 (49.67%)、拟杆菌门 (45.00%)、脱硫杆菌 (2.21%)和放线菌门 (1.68%)占主导地位 (图1C)。疣状微生物群在WT小鼠中的比例显著高于Fmr1 KO小鼠。在WT和Fmr1 KO小鼠中，我们发现细菌丰度差异与炎症和短链脂肪酸 (SCFAs)合成相关 (图1D)。总而言之，WT和Fmr1 KO小鼠的肠道微生物群存在显著差异，尤其是与炎症和SCFAs合成相关的肠道微生物群。
图1. FMRP缺乏引发小鼠肠道微生物失调
补充鱼油可改善Fmr1 KO小鼠的自闭症行为
富含PUFA的饮食可改善自闭症患者的认知和行为缺陷，并被建议作为几种神经和精神疾病的潜在治疗干预措施。因此，我们评估了补充鱼油是否可以改善Fmr1 KO小鼠的自闭症行为 (图3)。因此，对4周龄的Fmr1 KO小鼠及其同窝的野生型小鼠进行了为期4周的鱼油治疗，并通过新位置测试 (NLT)、物体识别测试 (NOR)、三室社交测试和自我梳理测试 (图3A)评估了它们的认知功能。补充鱼油对WT和Fmr1 KO小鼠的总体健康和运动活动没有显著影响。与同窝WT小鼠相比，Fmr1 KO小鼠在NLT中表现出空间学习受损，在NOR中表现出客观学习受损，这可以从较低的辨别指数中得到证明 (图3B-E)。补充鱼油可改善Fmr1 KO小鼠的NLT和NOR认知缺陷，但对WT小鼠无显著影响 (图3B-E)。同时，与同窝WT小鼠相比，Fmr1 KO小鼠在三室社交测试中表现出社交行为受损，在自我梳理测试中表现出较低的焦虑，表现为辨别指数降低和自我梳理时间缩短 (图3F-I)。补充鱼油改善了Fmr1 KO小鼠的社交能力和焦虑，但对WT小鼠没有明显的影响 (图3F-I)。
图3. 口服FO可改善Fmr1 KO小鼠的自闭症行为
添加鱼油 (FO)对Fmr1 KO小鼠肠道微生物群的影响
饮食可影响肠道微生物的组成和短链脂肪酸 (SCFAs)的产生。营养补充剂已被证明可以改善肠道微生物组成。在本研究中，我们通过对8周龄Fmr1 KO小鼠粪便的16S rRNA基因测序，评估了添加鱼油对肠道微生物群群的影响。添加鱼油改变了Fmr1 KO小鼠的肠道微生物组成。PCA图显示了溶剂处理和鱼油处理的Fmr1 KO小鼠的差异 (图4A)，而Shannon指数显示微生物多样性无显著差异 (图4B)。此外，在FO处理的Fmr1 KO小鼠中，厚壁菌/拟杆菌比例以及疣状微生物群和放线菌群的比例增加 (图4C)。在后续的检验中，我们采用线性判别分析效应量 (LefSe)来验证上述两组之间存在显著性差异。添加鱼油通过抑制肠道微生物群失调显著影响Fmr1 KO小鼠中一些抗炎分子和SCFAs产生菌。原本在WT小鼠中大量存在的阿克曼菌属和戈登氏杆菌属的丰度在FO处理的Fmr1 KO小鼠中增加 (图4D)。这些结果表明，添加鱼油可能会影响Fmr1 KO小鼠的肠道微生物群组成。
图4. 口服FO改变了Fmr1 KO小鼠肠道微生物群的组成
本研究显示，在脆性X小鼠模型中，胃肠道紊乱会导致肠道微生物群失调和肠道炎症，从而影响初始肠道微生物群组成和肠道稳态。在生命早期补充ω-3 PUFAs可恢复肠道微生物群的平衡，并改善自闭症行为，这为脆性X综合征 (FXS)提供了一种有前景的治疗策略 (图7)。
图7. FO和/或FMT对FXS小鼠模型中与认知相关的肠道微生物群组成的调控作用的潜在机制
结论及展望
脆性X综合征 (FXS)是最常见的遗传性智力障碍，由缺乏脆性X智力低下蛋白 (FMRP)引起。神经发育障碍患者经常出现胃肠道问题，这些问题主要与肠道微生物失调、炎症和肠道通透性增加相关。ω-3多不饱和脂肪酸 (ω-3 PUFAs)是一种对神经系统疾病具有潜在治疗作用的非药理学药物。然而，ω-3 PUFAs是否通过改变肠道微生物组成改善脆性X综合征 (FXS)患者的自闭症行为尚不清楚。在这里，我们描述了Fmr1基因敲除 (KO)小鼠的胃肠道问题。FMRP缺乏会导致小鼠肠道稳态功能障碍。鱼油 (FO)作为ω-3多不饱和脂肪酸的来源，可降低肠道炎症，但增加幼年Fmr1 KO小鼠结肠中TJP3的mRNA和蛋白水平。鱼油喂养的Fmr1 KO小鼠的粪菌移植增加了受体Fmr1 KO小鼠肠道中阿克曼菌属和戈登氏杆菌属的丰度，并改善了肠道稳态和自闭症行为。我们的研究结果表明，ω-3 PUFAs通过抑制肠道微生物群失调，改善FMRP缺陷小鼠的自闭症行为和肠道稳态，从而为青少年FXS的治疗提供了一种新的治疗方法。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0889159123000508?via%3Dihub
参考文献
1.Guo Peifeng,Yang Xinyu,Guo Xiaomeng et al. Dietary fish oil improves autistic behaviors and gut homeostasis by altering the gut microbial composition in a mouse model of fragile X syndrome.[J] .Brain Behav Immun, 2023, undefined: undefined.
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