文献：Zhu, X., Tang, HD., Dong, WY. et al. Distinct thalamocortical circuits underlie allodynia induced by tissue injury and by depression-like states. Nat Neurosci (2021).
DOI：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.009
导读作者：图图 | 封面：Ramona Ring
很长时间以来，我们局限地以为大多数遗传神经类疾病中表现出来的行为异常，主要是某些基因的改变造成了大脑发育和功能的变化，所以现有的大部分治疗手段都直接针对大脑本身。然而肠道微生物群（gut microbiome）也是宿主神经疾病中行为异常的幕后黑手。近年来，越来越多的研究指出肠道微生物可以通过肠-脑轴（gut-brain axis）调节改变宿主的行为，那么遗传性神经疾病中，宿主有没有可能与肠道微生物“暗度陈仓”，共同指挥着我们复杂的行为呢？
最近，来自美国贝勒医学院的Mattioli团队仔细剖析了肠道微生物与遗传物质分别在动物行为中的贡献。他们通过Cntnap2敲除小鼠模型揭示多动症（hyperactivity）的表型由宿主本身的基因决定，而它们的社交行为（social-behavior）则是由肠道微生物所掌控。
- Buffington et al., Cell -
研究人员选择所用的Cntnap2−/−小鼠模型，是常见的自闭症动物模型。这些基因敲除的老鼠通常会表现出社交互动受损，过度活跃和癫痫发作等。首先，研究人员比较了Cntnap2−/−小鼠与野生型小鼠（WT; Cntnap2+/+）的社交行为（这些老鼠都产于独立的纯合子繁殖系，分别称为KO-I和WT-I）发现，与WT-I不同的是，比起玩空瓶子，KO-I小鼠并没有更喜欢与同类接触，并且他们对新来的和熟悉的小伙伴一视同仁。这简直就是“端水大师”。但不符合他们高冷人设的是他们具有多动症。这些证据与之前的报道非常一致，说明Cntnap2−/−小鼠表现出受损的合群性和社交猎奇性，但拥有过度活跃的特性。
不仅如此，他们对小鼠的肠道微生物群也进行了核糖体RNA测序分析，但KO-I与WT-I小鼠的微生物群组成并不相同，无论是微生物的种类或丰度都存在显著差异。有趣的是，如果繁殖体系不同，用杂合子（Cntnap2+/-小鼠）繁殖产生Cntnap2−/−小鼠和野生型小鼠（KO-L和WT-L，他们生活在一起），虽然生下的KO-L小鼠仍然有多动症，但他们有着正常的社交行为和与WT-L相似的肠道微生物组成。难道微生物群可以直接调控宿主小鼠的某些特殊行为吗？如果真是这样的话，那么被安排生活在一起的野生和突变小鼠不就很有可能通过共享微生物群，从而隐藏了一些突变型本应拥有的特殊表型吗？
基于之前的实验结果，研究者们猜想，既然KO-I和 KO-L都表现出多动症，那多动症是否仅仅由基因型控制，而社交行为则是由肠道微生物决定的呢？
- Buffington et al., Cell -
为了进一步验证他们的想法，他们采取了三种措施：1）让KO-I和WT-I住在一起；2）将KO-L分离出来，不与WT-L一起生活；3）将WT-I、KO-I、WT-L和KO-L小鼠的菌群通过粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）到无菌（germ-free，GF）小鼠中。研究者们注意到，同居可以被动实现肠道微生物群互换，导致同居的KO-I和WT-I拥有相似的菌群。更重要的是，这种情况下KO-I小鼠虽然还是秉承一贯的活泼好动的特性，却并没有表现出社交障碍。更进一步，他们在断奶期隔离了KO-L和WT-L，并让他们单独成长繁殖后代，分别为跨代野生型（WT-T）和跨代Cntnap2−/−（KO-T），KO-T小鼠的肠道群落发生了明显的变化，除了多动特质，这些KO-T小鼠同时还表现出了一定程度的社交障碍。
在最后一个验证策略中，相比普通GF小鼠受损的合群性和社交猎奇性，那些接受了WT或者KO-L小鼠菌落移植的GF小鼠则表现出近乎正常的社交行为，当然骨子里自带的多动症自然是无法通过菌落移植而转移到GF老鼠身上的。至此，这些实验结果足以证明Cntnap2–/–小鼠中的社交行为是由肠道菌群决定的。
- Buffington et al., Cell -
那是不是有选择地改变肠道微生物群就可以改善某些行为缺陷呢？因为催产素（oxytocin）已经被证明可以有效逆转Cntnap2–/–小鼠的社交缺陷，并且用L. reuteri进行微生物干预可以促进催产素在血液中的水平。研究者们好奇，可不可以用L. reuteri逆转Cntnap2–/–小鼠的社交缺陷？实验结果正如预期，L. reuteri治疗可以改善KO-I小鼠的社交障碍，但对多动症则没有任何效果。最后，研究者们对这种现象的机制给出了一定的说明，他们通过实验发现L. reuteri特异性促进了腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）的突出传递，增强了社会刺激的价值。而这一切，都是通过促进四氢生物蝶呤（BH4）代谢通路实现的。给小鼠直接口服BH4同样可以挽救受损的VTA多巴胺神经元的突触可塑性和受损的社交障碍。如果阻断BH4合成路径，则之前看到的L.reuteri的治疗作用都烟消云散，这进一步证明了L. reuteri是通过促进BH4的合成来“救死扶伤”的。
总的来说，这篇研究深刻地剖析了遗传物质和肠道微生物组在行为调节方面各自独立的作用，极大的改变了我们固有的对神经疾病的思考和研究，并且为将来的神经疾病治疗拓宽了道路。如果哪天身边一直很高冷的男神突然对大家都热情起来，嘘，那很有可能就是被他的肠道微生物们怂恿的。