2024年7月7日，暨南大学陈孝银及周立兵共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Humid heat environment causes anxiety-like disorder via impairing gut microbiota and bile acid metabolism in mice”的研究论文，该研究使用雄性小鼠模型探索了潮湿的高温环境对生物大脑和肠道微生物群的影响。结果表明，湿热环境诱发的肠道菌群失调通过损害胆汁酸代谢和增强神经炎症来加重焦虑症的发生，益生菌给药是这些疾病的潜在治疗策略。
先前的研究表明，极端高温和高湿度会影响情绪和行为，并增加精神分裂症、躁狂症和神经紊乱等疾病的发生。随着全球变暖问题的进一步加剧，极端湿热环境对人类负面情绪（如焦虑）的影响将进一步增加，环境变化对心理健康的影响已引起越来越多的关注。然而，尚不清楚气候（如温度和湿度）的变化如何导致神经精神障碍。
就诊记录显示，在极其炎热或潮湿的天气里，精神病患者去急诊室就诊的次数增加了。有研究报道，平均温度的上升与焦虑几率的增加有关，平均湿度的上升与抑郁和焦虑的发生有关。气候变化是全球健康面临的最大威胁，这一点已经形成共识。政府间气候变化专门委员会预测，未来几十年，热浪和湿热导致应激的强度和频率将会增加。一项来自世界各地区的荟萃分析表明高温与心理健康相关死亡率和发病率之间呈正相关。然而，尚不清楚湿热环境引起神经精神障碍的作用机制，也缺乏相应的干预策略。
图1 潮湿的高温环境引起类似焦虑的行为并破坏小鼠的皮质E/I平衡（摘自Nature Communications）
肠道微生物群是环境变化导致的疾病发生的重要因素，在一定程度上加剧疾病对宿主的负面影响。环境温度变化可能会重组野生动物的肠道微生物群，而微生物反应涉及许多生理和病理过程。已有研究表明，长期暴露在湿热环境中的小鼠会出现肠道微生物生态失调。中枢神经系统（CNS）通过肠-脑轴与肠道微生物群密切互动，以响应来自内部和外部环境的信号。越来越多的证据表明，肠道微生物多样性的变化会导致神经系统疾病的发生，如自助餐厅饮食诱导的肠道微生物群（包括链球菌、乳酸杆菌和丁酸杆菌）下调被认为是大鼠记忆缺陷的主要原因。据报道，在小鼠模型中，肠道微生物改善也是抗抑郁治疗的潜在机制。在一项临床试验中，从一名健康年轻人身上移植的粪便微生物群减轻了患者的焦虑和抑郁行为。由于肠道微生物群与神经功能之间的密切关系，研究特定环境条件下肠道微生物群的特征有助于探索神经精神疾病的治疗策略。
肠道微生物群是参与宿主代谢产物产生和代谢调节的代谢“器官”，肠道微生物群和胆汁酸代谢之间的相互作用已被广泛报道。初级胆汁酸由肝脏中的胆固醇合成，并由肠道细菌产生的酶进一步消化为次级胆汁酸。大多数次生胆汁酸被重吸收进入循环系统的血清，作为肠道和中枢神经系统之间交流的关键信号分子，调节大脑中的神经炎症和突触可塑性。
图2 潮湿的高温环境会影响肠道菌群和肠道菌群相关代谢（摘自Nature Communications ）
在本次研究中，作者通过不同条件下饲养的小鼠模型（湿热环境和普通环境），研究了潮湿高温环境对大脑和肠道微生物群的影响。使用行为测试、电生理记录、神经递质表达分析、神经炎症和皮质突变基因筛查来研究神经系统疾病。16SrRNA测序和质谱法研究了肠道微生物群和代谢物的变化，并通过无菌（GF）小鼠的粪便微生物群移植和暴露于湿热环境的小鼠的益生菌给药进一步评估了其对神经系统疾病的影响。研究结果表明，潮湿的高温环境损害了肠道微生物群（如鼠乳杆菌下调）和胆汁酸代谢（如石胆酸上调），并加重了神经炎症、皮质兴奋/抑制（E/I）失衡和类焦虑行为的发生。在给小鼠口服乳杆菌（Lactobacillus murinus）后，发现小鼠的肠道菌群的组成得到改善，血清硫酸（LCA）水平降低，焦虑样行为得到缓解。电生理记录显示，乳杆菌给药使小鼠皮层锥体神经元的E/I平衡得到恢复，降低了大脑中PI3K/AKT/NF-κB信号通路的激活，减了神经炎症。总之，本研究揭示了湿热环境通过肠道菌群对焦虑症的影响及其机制，表明调节肠道菌群平衡是应对环境压力引起的焦虑障碍的潜在治疗策略。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49972-w
何霖生物
专注肠道菌群与疾病相关性研究
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