重磅突破！中国农大杰青团队Cell子刊揭示肠道菌群调节脂肪酸代谢增强蜜蜂奖励学习

学术 2024-10-20 07:01 广东

2024年10月16日，中国农业大学食品学院郑浩课题组在蜜蜂肠道菌群参与脂肪酸代谢调节大脑功能方面取得重大突破，在Cell Host & Microbe发表题为“Gut symbiont-derived anandamide promotes reward learning in honeybees by activating the endocannabinoid pathway”论文。该研究发现，蜜蜂肠道菌Gilliamella apicola携带去饱和酶FADS2基因，能够代谢花粉中多不饱和脂肪酸，合成脂源性神经活性物质——内源性大麻素（endocannabinoid），从而调节蜜蜂的奖励学习与记忆能力。

研究背景：对于大多数动物而言，亚油酸（Omega-6）和亚麻酸（Omega-3）是必需脂肪酸，必须通过膳食获取。这两种脂肪酸是合成长链多不饱和脂肪酸DHA（脑黄金）、ARA（花生四烯酸）的前体物质。多不饱和脂肪酸摄入量及其比例在大脑发育和认知形成过程中发挥重要作用，但其具体机制尚不明确。为此，研究团队通过构建无菌蜜蜂，以及控制蜜蜂饮食中的脂肪酸类型、组成，探究多不饱和脂肪酸对认知功能的影响以及肠道菌群在其中的作用。

肠道菌参与蜜蜂的多不饱和脂肪酸代谢：研究团队对正常蜜蜂和无菌蜜蜂分别饲喂3种不同的Omega-6:3（亚油酸：亚麻酸为3:1; 1:1; 1:2）的饮食。结果显示，当膳食中Omega-6:3比例为1时，蜜蜂的学习和记忆能力提升效果最佳。有趣的是，所有比例下，正常蜜蜂的认知能力均优于无菌蜜蜂。在肠道代谢组分析中发现，肠道菌显著改变了蜜蜂的多不饱和脂肪酸代谢通路，表现为促使肠道产生更多的DHA，ARA等超长链多不饱和脂肪酸，而在无菌蜂中，亚油酸和亚麻酸的氧化物显著上升。

肠道菌FADS2基因协助蜜蜂代谢亚油酸：FADS2基因是亚油酸和亚麻酸向DHA和ARA代谢的限速酶，在人群中FADS2属于高变异基因，携带者会导致体内DHA和ARA的合成性和利用性降低，可能与自闭症等神经疾病相关。经研究发现，蜜蜂基因组中没有FADS2基因，研究者发现蜜蜂肠道菌Gilliamella apicola携带FADS2基因会协助宿主代谢亚油酸。

膳食亚油酸代谢产生内源性大麻素并与蜜蜂中TRPA1受体结合，调控细胞Ca2+内流：在肠道菌的协助下，膳食亚油酸最终代谢为内源性大麻素Anandamide。蜜蜂体内存在13个潜在的大麻素的经典受体TRP蛋白，经过蛋白同源分析，研究者最终发现蜜蜂特有的AmHsTRPA受体对内源性大麻素响应最强烈，并且具有四个经典的Ca2+结合位点。将该蜜蜂受体在模式细胞HEK293T细胞中外源表达后，验证了AmHsTRPA的内源性大麻素结合位点及其Ca2+调控能力。

内源性大麻素与胶质细胞AmHsTRPA受体结合调节大脑谷氨酸-GABA平衡影响蜜蜂认知能力：通过大脑单细胞转录组分析发现，蜜蜂的AmHsTRPA主要在胶质细胞中表达，并且调控大脑内的谷氨酸-GABA平衡。进一步对蜜蜂大脑中该基因进行沉默后验证了这一现象。

这项研究首次在分子层面上阐明了膳食Omega-6/3通过内源性大麻素调节大脑认知功能的机制。这为我们探索肠道菌群如何参与膳食营养物质对宿主功能影响的新范式提供了重要依据。

文章下载链接：https://authors.elsevier.com/a/1jxh-6t8JEqolr

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzMjA4Njc1MA==&mid=2247513067&idx=1&sn=a92f5837636e35ad93b62e348b0e49ce

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