导读：
2024年5月，日本东京农工大学Kentaro Nagaoka教授团队在Gut Microbes（IF2022=64.8)上发表了题为“Hydrogen peroxide in breast milk is crucial for gut microbiota formation and myelin development in neonatal mice”的研究论文。该研究表明母乳中的过氧化氢（H2O2）对于后代肠道微生物群的形成和大脑的发育至关重要。
01研究背景
L-氨基酸氧化酶（LAO）是一种催化L-氨基酸氧化以产生酮酸、氨和H2O2的黄素酶，H2O2通过氧化还原活性用于各种生理功能，包括细胞信号传导和抗菌活性。母鼠乳汁中含有丰富的LAO1，其消耗会改变哺乳期新生儿的肠道微生物群组成，而肠道微生物会影响神经系统发育。
母乳、大脑发育和肠道微生物群的形成之间存在着复杂的相互作用然而母乳中调节肠道微生物组组成和大脑发育的特定成分仍不清楚，因此，作者利用LAO1基因敲除（KO）小鼠模型来探究母乳通过肠道微生物群影响新生儿大脑发育的潜在机制。
02结果
首先，为了消除母乳以外的组织中表达的LAO1对肠道微生物群形成和大脑发育的影响，作者构建了LAO1 KO子代小鼠，并分别给予WT、LAO1 KO母鼠乳汁喂养，水迷宫试验结果显示LAO1 KO乳汁喂养的LAO1 KO子代小鼠在训练过程中空间记忆受损，并通过探针试验进一步证实了这一点。（Fig.1）。
Fig.1 母乳成分的变化导致了子代小鼠的空间记忆损伤
由于空间记忆障碍被认为是婴儿期母乳摄入对海马发育影响的结果，作者对出生后第10天（P10）的小鼠海马样本进行了GO富集分析，结果显示WT乳汁喂养组中髓鞘的结构成分和少突胶质细胞发育含量上调，而LAO1 KO乳汁喂养组中海马髓磷脂碱性蛋白Mbp和中枢神经系统髓鞘的主要成分Plp1蛋白的表达降低。（Fig.2）
Fig.2 母乳成分变化抑制新生小鼠髓鞘相关基因的表达
接下来，为了探究LAO1缺乏的母乳抑制新生小鼠髓鞘相关基因表达的机制，作者将LAO1 KO子代小鼠粪便移植至无菌（GF）小鼠体内，结果发现移植了LAO1 KO乳汁喂养小鼠的粪便的GF小鼠，2周后Plp1表达降低，微生物群落的丰富度和均匀度较低，6周后Plp1和Mbp的表达均降低。以上结果表明， LAO1缺陷的母乳会改变肠道微生物群，并影响海马髓鞘相关基因和蛋白的表达。（Fig.3）
Fig.3 不同母乳喂养的新生儿粪便移植影响GF小鼠髓鞘相关基因的表达
之后，作者通过非靶向代谢组学分析发现D-葡糖二酸是LAO1 KO子代小鼠血清和粪便中唯一改变的候选代谢物，证实了LAO1 KO乳汁喂养小鼠的肠道微生物群的改变增加了粪便中D-葡糖二酸的产生，并且可能会转移到血液中。（Fig.4 ）
Fig.4 肠道微生物组衍生的代谢物有助于海马髓鞘相关基因的表达
为了进一步探究D-葡糖二酸对海马髓鞘相关基因表达的影响， 作者对WT新生小鼠和WT成年小鼠给予D-葡糖二酸处理，结果显示P10小鼠的Mbp，Plp1的表达显著降低，而 WT成年小鼠的体重和髓鞘相关基因的表达不受影响。之后，作者还对WT新生和成年小鼠给予口服D-葡糖二酸处理，2小时后检测组织中D-葡糖二酸水平，结果发现，婴儿大脑和肝脏中的D-葡萄糖二酸水平增加，而在成人中没有变化。以上结果表明，D-葡糖二酸在婴儿期可以穿过肠道和血脑屏障，但在成人期不能穿过肠道和血脑屏障。（Fig.5）
Fig.5 D-葡糖二酸抑制新生小鼠髓鞘相关基因的表达
在体外实验中，作者用不同浓度D-葡糖二酸处理少突胶质前体细胞（OPCs），结果发现 D-葡糖二酸会降低Bcas 1和Mbp/Plp 1表达。这些结果表明，D-葡萄糖二酸可能在婴儿期抑制髓鞘少突胶质前体细胞的分化。（Fig.6）
Fig.6 D-葡糖二酸处理诱导OPC分化条件细胞的基因表达改变
既往研究表明，母乳中的LAO1催化氨基酸的产生并产生H2O2。考虑到H2 O2的催化和抗菌特性，作者对LAO1 KO新生小鼠给予不同剂量的H2O2处理，结果发现补充H2O2可调节肠道微生物群，减少-葡糖二酸的产生，并通过婴儿相关的血液代谢物严重影响大脑发育，特别是髓鞘形成。（Fig.7）
Fig.7 H2O2改善新生小鼠髓鞘相关基因的表达和D-葡糖二酸的产生
03供稿者短评
本研究利用LAO1 KO小鼠模型探究了微生物-肠道-脑轴在婴儿大脑发育中的作用机制，结果发现母乳中H2O2水平的降低会破坏肠道微生物组，导致D-葡糖二酸的产生，并在婴儿期抑制海马髓鞘形成。由此表明母乳中的H2O2对于后代的肠道微生物群的形成和大脑的发育至关重要，这对理解和潜在治疗人类神经发育障碍具有重要意义。
然而，本研究也存在一些不足之处，其一，作者没有分析LAO1 基因敲除后母乳各成分的水平变化；其二，既往研究表明， LAO能催化L-氨基酸氧化以产生酮酸、氨和H2O2，但作者只研究LAO1敲除后H2O2降低对肠道菌群和髓鞘形成的影响，而没有探讨其它成分变化对肠道菌群和髓鞘形成的影响；其三，母乳中H2O2水平的降低会破坏肠道微生物组，导致D-葡糖二酸的产生，但并未具体阐明影响D-葡糖二酸产生的细菌。
文献来源
https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2359729
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编辑：吴小云 排版：熊文杰 审核：陈永
