11.28下午光遗传学技术平台第一次学术及技术交流会在学海楼A106举行。此次会议的主题是分享文献“Microbiotagut-brain axis drives overeating disorders（微生物-肠道-脑轴驱动暴饮暴食症）”，由刘星吟老师课题组的李烨主讲。

忙碌紧张的现代生活中，过度进食障碍（overeating disorders，OD），如神经性暴食症及贪食症等，正逐渐成为严重困扰人类社会的健康问题。患者通常会表现出对美味食物的强烈渴望，并且对合理饮食的控制能力变弱，最终导致对高能量和美味食物的过度偏好。

2023 年 10 月 3 日，中国科学技术大学生命科学与医学部熊伟教授与上海精神卫生中心陈珏及安徽医科大学李敏等合作在 Cell metabolism 发表了题为：Microbiota-gut-brain axis drives overeating disorders 的研究论文。

研究人员首先根据暴饮暴食症患者所具有的临床症状构建了相应的动物模型，通过节食以及给与足部刺激，成功构建具有暴饮暴食行为的小鼠（以下简称OD小鼠），早期的研究表明，饮食失调和肠道微生物之间有很强的联系，为了探究暴饮暴食症相关的肠道菌群改变，作者用广谱抗生素处理野生型小鼠，通过人为清除小鼠肠道菌群，引发了小鼠摄入更多美味食物以及更高热量的暴饮暴食行为。这就表明，饮食失调和肠道微生物改变之间存在联系。

那么肠道细菌具体是如何介导了暴饮暴食的机制尚不清楚。为了探究这一可能性，作者探讨了粪便微生物群移植(FMT)是否会影响OD小鼠的暴食样行为。那么通过给OD小鼠移植正常小鼠的粪便以及给正常小鼠移植OD小鼠的粪便，作者观察到OD小鼠在移植了正常小鼠的粪便后，几乎完全阻断了暴饮暴食行为，而给健康小鼠移植OD小鼠的粪便后，并没有观察到暴饮暴食行为，这也就是说，健康小鼠肠道中的益生菌对OD小鼠的行为起到了拯救作用。那么进一步对OD组小鼠肠道微生物的α多样性检测发现其菌群多样性与丰度均下降。通过对特定的微生物变化的检测发现，一些与调控代谢失衡和饮食失调的菌株丰度下降，而与肠道炎症和精神抑郁症状正相关的菌株的丰度上升。

除了肠道菌群的变化会影响饮食行为外，另一个广为人知的影响饮食行为的是因素：中枢神经系统。那么为了探究大脑中哪一个特定脑区介导了饮食行为的变化，作者对OD组、对照组以及移植了健康小鼠肠道菌群的OD小鼠的多个与应激、成瘾、以及饮食相关的脑区的即刻早期基因的表达进行了一个检测，结果表明OD组小鼠丘脑室旁核表现为过度活跃，并且在接受健康小鼠的菌群移植后，显著缓解了该脑区过度活跃的表型。

以上结果表明，丘脑室旁核PVT很可能是OD组小鼠暴饮暴食的关键核团。为了验证这一猜想，作者借助化学遗传的手段，在多个脑区注射腺相关病毒使其表达功能受体，并用配体氯氮平与其结合，使其发挥功能。作者发现通过化学激活三个候选核团后，均表现出暴饮暴食的行为，而只有当PVT核团被特异性抑制后，暴饮暴食行为得到改善，那这就说明了PVT脑区是介导暴饮暴食行为的关键脑区。

考虑到PVT脑区的神经元以谷氨酸作为常用的神经递质，作者借助光遗传的手段，对PVT脑区的谷氨酸能神经元进行特异性调控，那么与化学遗传的结果一致，光遗传激活正常小鼠PVT脑区引起暴饮暴食。

而光遗传抑制ODs小鼠PVT脑区抑制暴饮暴食行为。细胞膜片钳实验也表明OD组PVT脑区神经元细胞兴奋性更高。这两部分数据表明微生物介导的PVT谷氨酸能神经元的过度激活是OD组小鼠暴饮暴食行为的诱因。我们都知道，脑区活动会受到神经环路的调控，那么为了弄清楚是哪一条神经环路在调控丘脑室旁核，作者用逆行跨突触伪狂犬病毒(PRV-EGFP)感染PVT核团的神经元，在起始于PVT的环路逆行示踪中，作者发现孤束核（NTS）直接投射到PVT核团，那细胞膜片钳实验观察到OD小鼠的PVT和NTS中记录到了显著高于对照组的神经活动。

使用钙成像的方法也在OD小鼠的PVT和NTS中记录到了显著高于对照组的神经活动，这表明小鼠中PVT-NTS环路可能介导了其暴饮暴食行为。那么出于实验严谨性，作者通过光遗传和化学遗传两种方法抑制PVT-NTS环路的功能，发现该环路被抑制后，显著改善了暴饮暴食的行为。这很好的证明了PVT-NTS环路介导了暴饮暴食。

除上述环路外，在PVT注射病毒-EGFP 2天后，我们还观察到病毒向迷走神经节(NG)扩散，提示肠-脑轴中的迷走神经也参与其中。那么为了验证这一猜想，作者通过膈下迷走神经切除术(sdVx)，阻断迷走神经传导功能，这一操作也导致肠道中荧光信号的丢失，并且导致迷走神经切除组小鼠出现了暴饮暴食的行为，这也证实了迷走神经在肠-脑轴介导的饮食平衡中的重要作用。

迷走神经是否经由前面提到的pvt-nts环路发挥作用呢？因此，作者将两种腺相关辅助病毒AAV-io-tva-mruby和AAV-io-rg注射到PVT中，并将另外两种AAV-ef1a-tva-mruby和AAV-ef1a-rg注射到NTS脑区中。 4周后，将RV-EnvA-ΔG-EGFP注射到PVT中。两周后，狂犬病毒追踪显示肠道通过迷走神经和NTS为PVT提供输入。

从第二部分的实验结果我们了解到，OD组小鼠的肠道菌群组成发生了改变，那么这种变化了的肠道菌群是如何影响宿主神经环路的呢，已有研究表明，肠道微生物会影响肠道代谢，于是作者尝试去寻找OD组小鼠肠腔内发生的代谢物改变情况。分析发现，OD小鼠体内犬尿酸水平显著降低，并且粪菌移植显著抑制了暴饮暴食组小鼠建模期间肠腔内犬尿酸的减少。这表明KYNA含量的波动确实是由OD中微生物群的改变引起的。

OD组小鼠肠腔的犬尿酸水平降低，而补充犬尿酸能够缓解暴饮暴食组小鼠的症状，此外，补充KYNA也在一定程度上缓解了ABX治疗引起的过度偏好和暴饮暴食。最后作者对临床上具有与OD疾病相似症状的神经性贪食症患者的研究发现，他们的肠道微生物组成也发生了改变，主要是发现了同属于瘤胃菌属的普拉梭菌丰度远低于其在健康志愿者肠道中的水平。肠道犬尿酸水平在神经性贪食症患者中也显著降低。

根据动物模型和人类患者的结果，作者假设F. prausnitzii的减少可能伴随着肠道KYNA的丧失和摄食行为紊乱。为了探索这种可能性，作者给OD小鼠接种了prausnitzii。正如预期的那样，prausnitzii在OD小鼠肠道中的定植显著减轻了对HPFs的过度偏好和暴饮暴食。此外，粪便代谢物的靶向质谱分析显示，普拉梭菌定植后，KYNA浓度显著增加。这些结果强烈表明，补充犬尿酸、粪便移植和特定益生菌定植可能有助于暴饮暴食症患者的临床管理。

同学们纷纷发言提问，并参观了光遗传学技术平台实验室。