自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育障碍性疾病，其临床表现主要是社会交往障碍和重复刻板行为。ASD的病因复杂，遗传和环境因素是公认的ASD的风险因素。最新的研究发现，肠道微生物群可以通过微生物-肠-脑轴调节中枢神经系统，进而参与ASD的发病过程。此外，肠道微生物群的抗生素耗竭会改变催产素的表达，这表明肠道微生物群与催产素系统存在密切联系。先前的研究显示，植物乳杆菌 PS128能够减轻ASD患者的部分行为症状。但目前尚无研究表明植物乳杆菌 PS128在调节催产素相关信号通路以及神经功能中的作用及机制。
2024年5月21日，我国台湾省阳明交通大学Ying-Chieh Sun和Shu-Ling Chiu研究团队在Gut Microbes（IF2023=12.2）期刊发表了一篇题为“Enhancing social behavior in an autism spectrum disorder mouse model:investigating the underlying mechanisms of Lactiplantibacillus plantarum intervention”的研究论文。在该研究中补充PS128后，通过改变肠道微生物组成和恢复大脑中的催产素水平，ASD小鼠大脑环路中的功能障碍得到显著缓解，ASD相关行为得到改善。这一发现表明PS128可能通过调节催产素和催产素受体信号通路，成为治疗ASD的潜在候选药物。
研究者首先构建了丙戊酸(VPA)诱导的ASD小鼠模型，并进行了PS128干预。随后利用行为学测试评估ASD行为的改善，同时形态学分析小鼠神经元形态。接着，进行生化分析检测海马和突触后密度（PSD）中关键蛋白激酶活性和谷氨酸受体的表达，揭示了PS128改善ASD相关行为的潜在机制。此外，通过催产素受体敲除（Oxtrfl/fl）小鼠实验进一步证实催产素受体信号通路在PS128介导的ASD行为改善中的核心作用。最后，作者采用全长16S rRNA测序和代谢组学分析探究ASD小鼠肠道微生物群和相关代谢物的特征与ASD行为改善的关系。
研究者以C57BL/6J野生型（WT）小鼠为对照组，通过VPA诱导构建ASD小鼠模型，并给予PS128干预，针对VPA子代小鼠的行为学测试显示，相较于WT小鼠，VPA小鼠的社交能力、社会新颖性偏好和空间记忆能力下降，同时出现自我理毛行为增多、焦虑指数增加、认知行为异常等症状。而PS128干预组VPA小鼠的社交能力显著恢复到和WT组类似的水平，焦虑、认知行为异常等症状也都得到缓解。但是，PS128干预对自我理毛的刻板行为没有明显的改善。（Fig.1）![]()
Fig.1 PS128显著改善VPA小鼠的ASD相关行为
为了观察小鼠神经元的形态学变化，作者构建了VPA诱导的Thy1 - GFP转基因小鼠ASD模型。形态学分析结果显示VPA小鼠海马体CA1和CA2区域以及前额皮质的树突分支减少、总树突长度和分支点数量显著减少，而经过PS128干预后VPA小鼠树突形态的破坏有所恢复。（Fig.2）Fig.2 PS128恢复VPA小鼠的神经元形态缺陷
形态学分析结果显示，VPA小鼠的海马体CA1、CA2和前额叶皮层区域的基底树突和顶树突中，树突棘密度总体减少了约25%，经过PS128干预的VPA小鼠在所有检查区域的树突棘密度得到有效地恢复。此外，作者还发现了各实验组中海马体和前额叶皮层锥体神经元的树突棘类型分布相同，但棘突类型存在差异。（Fig.3）PS128恢复VPA小鼠海马体蛋白激酶活性和突触后膜谷氨酸受体表达
为了研究PS128恢复VPA小鼠神经元形态的分子机制，作者对海马体和突触后致密区（PSD）中存在的关键蛋白进行了生化分析，结果表明VPA小鼠海马体和PSD中Erk、CaMKII和PKA蛋白激酶表达水平下降，PS128的补充可以显著地恢复了蛋白激酶活性。VPA小鼠在社交行为和空间记忆方面表现出明显的损伤，表明海马体中神经传递受到破坏。对海马体和PSD组分中的谷氨酸受体水平检测显示VPA小鼠GluN1和GluA2表达下降，这可能会损害兴奋性突触传递和可塑性，从而影响小鼠行为。（Fig.4）Fig.4 PS128恢复VPA小鼠海马体蛋白激酶活性和突触后膜谷氨酸受体表达
既往有研究表明催产素可以逆转社交缺陷，并且Erk、CaMKII、PKA是催产素受体的已知下游靶点，在经过PS128治疗后，VPA小鼠中上述激酶的活性得到了恢复。基于这些发现，研究者推测PS128可能是通过调节催产素的表达来恢复信号传导。为了验证这一假设，作者对小鼠的下丘脑室旁核（PVN）进行免疫荧光分析，结果发现产生催产素的神经元富集，定量分析结果显示VPA小鼠PVN内催产素荧光强度和催产素阳性细胞数量显著降低，并且在PS128干预后得以恢复。（Fig.5）![]()
Fig.5 PS128恢复VPA小鼠PVN中的催产素表达
PS128通过催产素受体信号通路改善ASD相关行为
为了确定PS128是否通过调节催产素信号改善ASD相关行为，作者使用催产素受体敲除（Oxtr-KO）转基因小鼠。针对Oxtr-KO VPA子代小鼠的行为学测试显示，Oxtr-KO VPA小鼠展现出同WT小鼠相似的ASD相关行为，如社交能力降低，社交偏好减弱，焦虑水平增高，空间记忆能力减弱等。补充PS128不能恢复Oxtr-KO VPA小鼠的行为缺陷，催产素受体对于PS128介导的社会行为的恢复和焦虑症状的减轻是必需的。综上，催产素受体信号通路在通过PS128介导的肠-脑轴改善ASD相关行为中起到了关键作用。（Fig.6）![]()
Fig.6 PS128通过催产素受体信号通路改善ASD相关行为
PS128增加小鼠肠道双歧杆菌属丰度并调节氨基酸代谢通路
研究者通过全长16S rRNA测序来检测小鼠肠道微生物群组成，结果发现植物乳杆菌在常规饮水的各组中均未被检测到，进一步分析发现只有双歧杆菌属（Bifidobacterium）的丰度与植物乳杆菌呈正相关。双歧杆菌的丰度与植物乳杆菌呈正相关，且双歧杆菌的相对丰度与社会偏好指数、嗅探时间和空间记忆能力呈显著正相关，与焦虑指数呈负相关。此外，作者对微生物群的功能分析发现，与氨基酸和次级代谢产物生物合成相关的通路在所有接受PS128补充组中显著上调。（Fig.7）![]()
Fig.7 PS128增加小鼠肠道双歧杆菌属丰度并调节氨基酸代谢通路
在该研究中，作者证明了补充PS128通过催产素受体信号通路改善VPA诱导的ASD小鼠社会和空间记忆行为异常。具体来说，PS128可以有效地恢复树突形态并促进神经元连接。该过程与PS128恢复下丘脑室旁核中催产素水平以及海马体中关键蛋白激酶Erk、CaMKII和PKA等的活性有关。此外，作者还观察到PS128改变ASD小鼠肠道菌群组成，增加双歧杆菌属的丰度。这一发现为ASD的治疗提供了一个有前景的治疗策略。然而，本研究也存在一些不足之处，在验证PS128通过催产素受体信号通路改善ASD行为实验中，作者局限于行为学层面的评估，建议增加上述关键蛋白激酶活性检测，以及肠道屏障功能的评估，可使实验更加严谨；此外，全长16s rRNA测序结果中，常规饮水组的小鼠粪便中均未鉴定出植物乳杆菌，但这些小鼠既未接受抗生素预处理，也非无菌小鼠。测序结果可能需要进一步的解释和探讨，以排除潜在因素的干扰。
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11164232/编辑：曾康泰 排版：吴佩仪 审核：吴雪
