今天给大家解读一篇2月发表在《iScience》上的题目为“Early-life microbiota disruption-induced deficits in the social brain are sensitive to diet.”的文章。本研究旨在探讨母乳生物活性成分（HMOs）和益生元（GOS/FOS）单独或联合使用，能否抵消早期生命微生物群耗竭对大脑和行为的不利影响。研究人员对新生小鼠使用广谱抗生素以耗竭微生物群，随后补充HMOs、GOS/FOS或其组合。在幼年期进行评估，发现所有补充方案均能逆转抗生素导致的社交识别缺陷。转录组学分析进一步揭示，HMOs和GOS/FOS能恢复与髓鞘形成、学习记忆相关的脑部通路，且联合补充对前额叶皮层特定通路的恢复效果更佳。结论指出，早期饮食干预是应对微生物群紊乱相关脑与行为缺陷的有效策略。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！
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题目：《早期生命微生物群紊乱诱导的社会脑功能缺陷对饮食敏感》Early-life microbiota disruption-induced deficits in the social brain are sensitive to diet
发表期刊：iScience
影响因子：4.1
研究背景：
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生命早期是肠道微生物群和大脑发育的关键窗口期，此时微生物群紊乱（如使用抗生素）会对大脑发育和行为产生持久影响。 -
社交行为和相关脑回路对微生物群耗竭敏感。 -
母乳低聚糖（HMOs）是母乳中的重要成分，具有益生元作用，能促进有益菌生长、增强肠道屏障，并有益于神经发育和认知。 -
益生元GOS和FOS也能促进双歧杆菌等有益菌的生长，其代谢产物（如短链脂肪酸）对大脑稳态至关重要。 -
尽管微生物群与大脑发育的关系至关重要，但HMOs单独或与益生元联用作为大脑发育和行为调节介质的作用，尤其在早期生命微生物群紊乱的背景下，尚不清楚。
研究思路：
- 动物模型与干预
使用NIH Swiss小鼠，在产后第3-7天（P3-P7）通过灌胃给予广谱抗生素混合物（ABX）以耗竭早期微生物群。 - 饮食干预
从P3至P23，对ABX处理组小鼠分别补充：① HMOs混合物（2‘-FL, 3’-FL, 3‘-SL, 6’-SL）；② GOS/FOS混合物（9:1）；③ HMOs+GOS/FOS组合；并设立对照组（Control Vehicle）和抗生素对照（ABX Vehicle）。 - 评估指标与时间点
在幼年期（P23）进行分析： - 行为学
三室社交互动测试评估社交行为。 - 微生物组
分析盲肠微生物群的组成、多样性和功能（酶基因丰度）。 - 脑转录组学
提取与社交记忆相关的脑区（杏仁核和前额叶皮层）进行RNA测序和通路富集分析。
研究亮点：
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HMOs和GOS/FOS挽救了由早期生命微生物群耗竭诱导的社交行为缺陷。 -
HMOs和GOS/FOS恢复了微生物群中碳水化合物利用酶基因的丰度。 -
HMOs和GOS/FOS在幼鼠大脑中恢复了髓鞘形成以及学习和记忆通路。 -
将HMOs与GOS/FOS结合使用，比单独使用能更有效地恢复微生物群、大脑功能和行为。
研究结果：
- 行为学改善
早期ABX处理显著损害了幼鼠的社交识别能力。补充HMOs、GOS/FOS或两者组合，均能逆转这种社交行为缺陷（三者均p<0.05），其中联合补充效果最显著（p=0.003）。 - 微生物群变化
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ABX处理显著改变了微生物群的β多样性和α多样性（丰富度和均匀度）。 -
各补充方案未能完全逆转ABX导致的整体多样性改变，但选择性恢复了特定菌科（如毛螺菌科、Muribaculaceae、拟杆菌科等）的丰度，其中联合补充效果最广。 - 微生物功能恢复
ABX处理显著降低了微生物酶N4-(β-N-乙酰葡糖胺基)-L-天冬酰胺酶的推断丰度。只有HMOs+GOS/FOS联合补充能显著恢复该酶的丰度，单独补充则无此效果。 - 大脑转录组学
- 杏仁核
HMOs、GOS/FOS及联合补充均能恢复与“学习与记忆”、“中枢神经系统发育”、“髓鞘形成”等相关的通路。 - 前额叶皮层
只有HMOs+GOS/FOS联合补充能显著上调“学习与记忆”和“中枢神经系统发育”通路。单独补充GOS/FOS能特异性富集“短链脂肪酸代谢”通路。
研究总结：
- 主要结论
早期生命阶段补充HMOs、GOS/FOS或其组合，能够通过作用于宿主肠道微生物群功能，对早期微生物群耗竭引起的社交行为缺陷和大脑转录组改变产生积极影响。 - 作用机制探讨
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联合补充显示出增效作用，可能源于HMOs与GOS/FOS对不同微生物菌株的协同促进，从而更全面地恢复微生物群落结构和功能（如恢复拟杆菌科丰度和特定酶功能）。 -
恢复的微生物功能（如N4-(β-N-乙酰葡糖胺基)-L-天冬酰胺酶）可能通过增加肽聚糖片段等微生物产物的产生，影响神经免疫机制，进而调节长期社交行为。 -
补充剂通过恢复与髓鞘形成、神经元投射发育相关的脑部基因通路，从而改善社交行为。 - 研究意义
强调了在生命早期关键窗口期，通过膳食营养策略（尤其是组合方案）来支持微生物群-肠-脑轴功能、促进“社交脑”健康发育的潜力和重要性。 - 局限性
本研究仅探讨了对雄性小鼠的影响，因为微生物群操作对社交脑的影响在雄性中更为显著。但由于荷尔蒙和生理变化，饮食对肠道微生物群和大脑发育的影响存在性别差异，未来需要在雌性中进行研究。 - 应用与展望
本研究数据支持有必要在人类中进行益生元和母乳生物活性成分的相关研究，并强调了关键窗口期对驱动微生物群-肠-脑轴行为变化的重要性。
结果译文：
1.人乳低聚糖和/或半乳糖低聚糖/果糖低聚糖改善了早期生命菌群耗竭诱导的幼年小鼠社交行为缺陷
2.人乳低聚糖和半乳糖低聚糖/果糖低聚糖选择性地改变了抗生素处理动物中肠道菌群的丰度
3.人乳低聚糖和半乳糖低聚糖/果糖低聚糖恢复了菌群中N4-（β-N-乙酰葡糖胺基）-L-天冬酰胺酶的丰度
微生物通过酶促分解利用低聚糖。我们进一步探究了微生物群推断基因组中与HMOs、GOS和FOS利用相关的酶编码基因。响应早期生命抗生素，细菌中由NagZ基因编码的N4-（β-N-乙酰葡糖胺基）-L-天冬酰胺酶（EC 3.5.1.26）的推断丰度显著降低（ABX Vehicle vs. Control Vehicle ββ estimate = 2.35, p<0.001p<0.001，图1G）。该酶的丰度仅在HMOs与GOS/FOS联合处理时显著增加（ABX HMOs+GOS/FOS vs. ABX ββ estimate = -1.20, padj=0.110padj=0.110），而单独使用HMOs或GOS/FOS处理并未改变P23时菌群中该酶的丰度（图1G）。
4.人乳低聚糖和/或半乳糖低聚糖/果糖低聚糖恢复了幼年小鼠杏仁核中涉及髓鞘化、中枢神经系统发育、学习和记忆的通路
5.人乳低聚糖和半乳糖低聚糖/果糖低聚糖恢复了幼年小鼠前额叶皮层中涉及中枢神经系统发育、学习和记忆的通路
更多结果和补充图表：doi：10.1016/j.isci.2026.114968
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