微生物代谢物对甲酚通过重塑肠道微生物群诱导小鼠出现自闭症样行为

ASD 是常见的神经发育障碍，由遗传易感性和环境风险相互作用导致。全球ASD平均患病率为1%。越来越多的证据表明肠道菌群-脑轴与ASD有关。首先，ASD 与胃肠道 (GI) 功能障碍和肠道通透性增加有关。其次，与没有胃肠道症状的自闭症同龄人相比，患有自闭症和同时出现胃肠道症状的儿童表现出更明显的社交障碍、感觉过度反应和焦虑。第三，自闭症患者表现出肠道菌群失调。事实上，三项独立的荟萃分析报告了细菌β多样性变化与梭菌属和双歧杆菌属丰度的增加和减少有关。在一项初步研究中，将健康个体的粪便微生物群移植 (FMT) 给自闭症患者可以持久缓解胃肠道症状和自闭症核心症状。第四，自闭症患者的菌群失调与尿液、血浆或粪便微生物代谢物（如甲胺、吲哚和酪氨酸衍生的代谢物）水平的改变有关。

1、暴露于对甲酚的小鼠表现出类似自闭症谱系障碍的行为，并且在停止治疗后仍持续存在

对接受对甲酚治疗的小鼠进行行为表型分析，包括社交互动和重复/持续行为（作为 ASD 核心症状的代表）以及焦虑、多动和认知缺陷（作为 ASD 合并症的代表）。在三室测试中，与对照组小鼠相比，接受对甲酚治疗的小鼠表现出社交能力下降，并且小鼠互动者对玩具小鼠没有偏好。尽管与老鼠互动者的密切接触次数高于与玩具鼠的密切接触次数，但其平均持续时间缩短了。在二元社交互动中，与对照组小鼠相比，接受对甲酚治疗的小鼠在社交接触上花费的时间更少。鼻子和爪子接触的时间、次数和平均持续时间以及跟随次数也减少了，表明对甲酚暴露会损害社交互动。

对甲酚诱导自闭症样行为并改变VTA多巴胺神经元的兴奋性

2、将正常微生物群移植到接受对甲酚治疗的受试者体内，可恢复其社交行为

我们已经证明甲酚诱导小鼠表现出社交行为缺陷，因此我们研究了FMT^Control 是否可以恢复 p-Cresol 引起的行为改变。虽然 p-Cresol 治疗的小鼠表现出社交行为缺陷和刻板行为，如前所述，但 FMT^Control对 p-Cresol 治疗的小鼠进行了二元社交互动测试，使社交接触的次数和时间标准化。通过三室测试评估，社交指数、对互动小鼠的偏好和社交互动的质量也得到了恢复。虽然社交缺陷已完全恢复，但刻板行为仅部分正常化，如持续的绕圈行为所示。通过 PCA 分析证实了 FMT^Control 对对甲酚诱导行为的正常化，FMT^Control 前后对照小鼠和 FMT^Control 后对甲酚治疗小鼠聚集在 PC1 轴的右侧，而对甲酚治疗小鼠独自站在左侧。最后，FMT 对照上甲酚治疗小鼠恢复了 VTA 多巴胺神经元的兴奋性和fecalp-Cresol 水平。

正常微生物群移植接受对甲酚治疗的受试者体内恢复其社交行为

我们发现接受对甲酚治疗的小鼠表现出社交互动缺陷和刻板行为，这让人联想到人类的自闭症核心症状。社交行为缺陷取决于微生物群组成的变化，并与腹侧被盖区多巴胺神经元兴奋性降低以及对甲酚产生增加有关。对甲酚诱发刻板行为的机制仍有待确定。由于自闭症患者的对甲酚水平升高，我们的研究表明，这种代谢物水平升高可能导致自闭症患者的社交行为缺陷。此外，当对照微生物群移植到接受对甲酚治疗的小鼠身上时，其能够使对甲酚水平、腹侧被盖区多巴胺神经元兴奋性和社交行为正常化，这为旨在研究针对对甲酚产生的微生物群干预对缓解自闭症患者核心社交缺陷的有益影响的临床试验提供了理论依据¹。

参考资料：1. Bermudez-Martin P, Becker JAJ, Caramello N, Fernandez SP, Costa-Campos R, Canaguier J, et al. The microbial metabolite p-Cresol induces autistic-like behaviors in mice by remodeling the gut microbiota. Microbiome 2021; 9.