微生物竞争营养物质影响小鼠的新陈代谢和发育

“在我们做之前，肠道细菌可以使用我们的大量食物，”威斯康星大学麦迪逊分校细菌学教授Federico Rey说。然后我们得到他们的剩菜 - 或他们的废物。

Rey说，问题在于，如果我们的微生物组过度放纵，我们可能无法获得所需的营养素。这是由国王的小组进行了新的研究的建议，即表明怀有高度的小鼠的微生物是吃胆碱被剥夺了这一重要营养。与没有胆碱饥饿的细菌的小鼠相比，胆碱饥饿的小鼠对代谢疾病的易感性增加，并且在大脑中产生具有生化改变的幼仔并且表现出更多的焦虑行为。

该研究于本周(8月24日)在Cell Host&Microbe上发表。威斯康星大学麦迪逊分校细菌学教授Daniel Amador-Noguez和哈佛大学的研究人员也为这项工作做出了贡献。

表观遗传调控 - 用控制其表达程度的化学基团对基因进行装饰 - 似乎是消耗过多胆碱的肠道细菌的影响的基础。胆碱有助于细胞利用这些资源来对DNA进行这些修饰，并且可用较少的胆碱，可以削弱细胞修饰和调节基因的能力。从肝脏到大脑的组织在具有高水平的食用胆碱的微生物的小鼠中改变了表观遗传模式。

“表观遗传修饰改变了基因的表达方式，”Rey小组研究生，新研究的主要作者之一Kym Romano解释道。“这些改变也是使我们的肝脏成为肝脏，心脏成为心脏的原因。”

据估计，只有约10%的美国人口，包括孕妇，符合建议的胆碱摄入量。怀孕期间营养需求增加，以支持发育中胎儿的表观遗传调控和细胞健康，研究表明，人类怀孕期间胆碱缺乏与儿童行为改变有关。胆碱在大豆，蛋，肉，鱼，花椰菜，牛奶和其他食物中含量很高。

为了测试微生物组是否可以与它们的宿主竞争这种必需的营养素，Rey的研究小组使用的是无菌小鼠，这些小鼠被定义的微生物群体定植。有些小鼠有胆碱食用者;其他人的社区通过改变单个基因来破坏胆碱的消耗。

罗马诺给老鼠喂食一种高脂肪饮食，这种饮食诱导了小鼠的一系列代谢疾病，含有胆碱的微生物的动物比那些不能食用胆碱的微生物更能增加腹部脂肪和更胖的肝脏。

由于怀孕对胆碱的需求量很大，Rey的团队还测试了几代人吃含胆碱的微生物的影响。罗马诺发现含有胆碱细菌的小鼠的后代改变了大脑的表观遗传模式，这表明正常发育存在问题。在遗传上易受行为问题影响的小鼠中，那些含有胆碱的微生物表现出更多的焦虑行为，比如将大理石埋在笼子里。母亲表现出更高水平的杀婴和强迫性梳理，也表明焦虑加剧。

“已经有人类研究表明，胆碱缺乏是一个对人类健康至关重要的问题，而这项研究真正提供的是一种可能加剧这种情况的机制，”雷伊说。

虽然Rey的团队怀疑表观遗传调控部分解释了食用胆碱的微生物组的负面影响，但细菌胆碱代谢的副产物(称为TMAO)也与消极结果有关。在他们的实验中，Rey的实验室观察到携带食用胆碱的细菌的小鼠体内TMAO水平要高得多。有毒的TMAO可能与破坏的表观遗传模式一起工作，以创建在这些动物中看到的长代谢和发育中断。

TMAO积累的毒性作用也使潜在的饮食疗法复杂化 - 饮食中更多的胆碱可能导致更多的TMAO，而不是解决营养短缺问题。

虽然这项工作表明营养，肠道微生物和宿主代谢之间的复杂联系对健康至关重要，但仍然存在许多关于如何改善小鼠或人类结果的问题。

“正如任何一个好的科学项目所做的那样，我们抓住了答案的表面，但又打开了一百多扇门，”罗马诺说。