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三秦都市報-三秦網(wǎng)訊（通訊員 王睿 胡珍悅 記者 阮班慧）人類的胃腸道內(nèi)有數(shù)以億計的微生物，包括細(xì)菌、真菌和病毒。腸道中菌群的多樣性和相互作用與宿主的腸道環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)代謝、生長發(fā)育、免疫激活等生理過程密切相關(guān)。越來越多證據(jù)證實，腸腦軸即腸道與腦之間存在雙向調(diào)控作用，腸道菌群可通過多種途徑影響中樞神經(jīng)發(fā)育、社交行為、學(xué)習(xí)記憶和情緒反應(yīng)。
目前，研究腸腦軸最常用的方法包括抗生素干預(yù)小鼠模型及無菌小鼠菌群定植技術(shù)。抗生素干預(yù)小鼠模型操作便捷但無法去除特定目標(biāo)細(xì)菌，難以研究單一菌群的作用；而將目標(biāo)菌株定植給無菌小鼠雖然可以研究特定菌群的作用，但無菌鼠具有先天神經(jīng)發(fā)育和免疫缺陷，對于神經(jīng)發(fā)育和免疫相關(guān)疾病的研究有一定限制。
臨床需求牽引高水平科學(xué)研究，馬現(xiàn)倉教授團(tuán)隊一直在思考：未來臨床上如何敲除目標(biāo)細(xì)菌而達(dá)到精神神經(jīng)疾病的治療作用？為解決這一難題，西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院劉冰、馬現(xiàn)倉教授等不同團(tuán)隊交叉融合，不斷探索，創(chuàng)新性提出了噬菌體定向敲除腸道細(xì)菌動物模型（Targeted-Bacterium-Depleted mouse model, TBD）。研究表明，TBD模型是一種強大的工具，類似于細(xì)胞生物學(xué)中基因敲除技術(shù)CRISPR，可靶向敲除目標(biāo)腸道菌群，而接受噬菌體處理的動物表現(xiàn)出除目標(biāo)細(xì)菌被敲除外幾乎完整的腸道細(xì)菌譜。2022年11月4日，該研究成果以Bacteriophages allow selective depletion of gut bacteria to produce a Targeted-Bacterium-Depleted (TBD) mouse model（噬菌體通過定向敲除腸道細(xì)菌建立靶向敲除腸道細(xì)菌(TBD)大鼠模型）為題在Cell子刊Cell Reports Methods《細(xì)胞通訊方法》上在線發(fā)表。
既往文獻(xiàn)報道，口服大腸桿菌可以增加健康小鼠的焦慮樣行為，大腸桿菌衍生的脂多糖也被證明在抑郁類行為中發(fā)揮重要作用。該團(tuán)隊選取大腸桿菌特異的T7噬菌體靶向敲除小鼠腸道中的大腸桿菌。通過追蹤噬菌體給藥后大腸桿菌及腸道細(xì)菌數(shù)量的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在14天的過程中各組腸道細(xì)菌總數(shù)沒有顯示出明顯的擾動，而噬菌體處理組的大腸桿菌數(shù)量立即下降到了處理前約10%的水平，這一結(jié)果證實了TBD模型建立方法的可行性。隨后利用多種行為學(xué)實驗證實大腸桿菌的敲除使小鼠獲得了“勇敢無畏”的性格，而回補大腸桿菌會使這種行為改變消失。這一發(fā)現(xiàn)為研究腸腦軸動物模型的建立提供了一個全新的方法，并有望成為研究腸道菌群相關(guān)疾病的有力工具。
圖 TBD法靶向敲除目標(biāo)腸道菌群及其驗證實驗
左：TBD小鼠模型與菌群定植小鼠模型的對比；右上：小鼠腸道大腸桿菌及總菌群變化的qPCR定量結(jié)果；右下：大腸桿菌敲除后部分小鼠行為學(xué)實驗結(jié)果Cell Reports Methods雜志發(fā)表主編述評高度贊揚：“TBD模型與細(xì)胞生物學(xué)中基因敲除技術(shù)CRISPR一樣，可定向敲除目標(biāo)腸道菌群。其應(yīng)用過程則證實了該團(tuán)隊在腸腦軸研究中獲得的前所未有的發(fā)現(xiàn)及這一模型所擁有的獨特優(yōu)勢。”
Cell Reports Methods是開放獲取的多學(xué)科期刊，是CNS《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》子刊中除Nature Methods《自然-方法》外唯一方法學(xué)專刊，更側(cè)重于生物類新方法的發(fā)現(xiàn)。本研究是劉冰、王亞文教授團(tuán)隊在PNAS《美國科學(xué)院院報》（2018，2022）、Cell Reports《細(xì)胞-通訊》（2022）、Nucleic Acids Research《核酸研究》（2021）發(fā)表噬菌體相關(guān)成果，馬現(xiàn)倉、朱峰教授團(tuán)隊在Nature Communications《自然-通訊》（2020），Molecular Psychiatry《分子精神病學(xué)》（2020，2022），EBioMedicine《電子生物醫(yī)學(xué)》（2022），李燕教授在Gut microbes《腸道微生物》（2022）發(fā)表腸腦軸機制相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以臨床需求為牽引，院內(nèi)交叉合作的重要研究成果。該研究獲得國家科技部重點專項、國家自然科學(xué)基金、陜西省重點研發(fā)計劃的資助，并獲得了西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院生物樣本信息資源中心和腦科學(xué)研究中心的大力支持。西安交通大學(xué)博士生李琰清，西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院朱峰教授、李燕教授文章共同第一作者，劉冰教授、馬現(xiàn)倉教授、王亞文教授為文章共同通訊作者。原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports-methods/fulltext/S2667-2375(22)00214-4
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