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小鼠研究提示肠道微生物可能在ALS中起作用

魏茨曼科学研究所的研究人员在小鼠中发现,肠道微生物(统称为肠道微生物组)可能会影响肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的病程,也称为Lou Gehrig病。正如今天在《自然》杂志上报道的那样,小鼠接受某些肠道微生物菌株或已知由这些微生物分泌的物质后,ALS样疾病的进展减慢了。初步结果表明,有关微生物组调节功能的发现可能适用于患有ALS的人类患者。

免疫学系的Eran Elinav教授说:“我们长期以来的科学和医学目标是阐明微生物组对人类健康和疾病的影响,而大脑是一个令人着迷的新领域。”他的团队与计算机科学和应用数学系的Eran Segal教授一起进行了这项研究。Segal阐述道:“鉴于越来越多的证据表明微生物组会影响大脑功能和疾病,我们希望研究其在ALS中的潜在作用。”该研究由博士后研究员领导。Eran Blacher和Stavros Bashiardes,以及资深科学家Hagit Shapiro博士,都在Elinav实验室中。他们与Eran Segal实验室的博士后Daphna Rothschild博士以及哈达萨医学中心运动神经元疾病诊所负责人Marc Gotkine博士合作,

科学家在一系列实验中开始证明,转基因小鼠中的ALS样疾病的症状在给予这些小鼠广谱抗生素以清除其大部分微生物组后恶化。此外,科学家们发现,在无细菌的条件下生长这些易发ALS的小鼠(按照定义,小鼠不携带自身的微生物组)极其困难,因为这些小鼠在无菌环境中很难生存。总之,这些结果暗示了微生物组的改变与遗传上易患ALS的小鼠的疾病加速发展之间的潜在联系。

接下来,科学家们使用先进的计算方法,对易发ALS小鼠中微生物组的组成和功能进行了表征,并将其与常规小鼠进行了比较。他们确定了11种微生物菌株,这些菌株在易发ALS的小鼠中随着疾病的进展甚至在小鼠出现明显的ALS症状之前发生了改变。当科学家分离出这些微生物菌株并以抗生素治疗后,将它们以益生菌样补充剂的形式一一给予它们后,对易发ALS的小鼠进行了治疗,其中某些菌株对ALS样疾病产生了明显的负面影响。但是一种毒株Akkermansia muciniphila可以显着减慢小鼠的疾病进程并延长其存活时间。

为了揭示Akkermansia发挥作用的机制,科学家检查了肠道微生物分泌的数千个小分子。他们将一个称为烟酰胺(NAM)的分子归零:在抗生素治疗后,易发ALS小鼠的血液和脑脊液中其水平降低,并在向这些小鼠补充能够分泌该分子的阿克曼虫病后增加。为了确认NAM确实是一种微生物分泌的分子,它可能会阻碍ALS的进程,科学家不断向易患ALS的小鼠灌输NAM。这些小鼠的临床状况明显改善。对大脑中基因表达的详细研究表明,NAM可改善其运动神经元的功能。

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