Cell子刊 | 越胖越健忘？原来和它有关系！

菌群组成及功能与认知能力

利用语言学习测验116名中年受试者（其中65名肥胖，51名非肥胖）即刻回忆、短暂延迟回忆、工作记忆和记忆广度等认知能力，发现肥胖受试者认知能力下降。将认知评分与受试者的宏基因组进行关联分析，发现厚壁菌门的常见菌群如梭菌属与认知能力，语言和工作记忆正相关，而拟杆菌门和变形菌门呈负相关。不仅微生物群组成与记忆有关，宏基因组功能也与这种认知能力相关。与维生素B代谢有关的细菌功能，例如核黄素（ribBA，aphA，fre和ubiB），维生素B6（pdxA），叶酸（pabB，queE，pabC，folM和folX）和维生素B12（btuB），与认知能力负相关。其它宏基因组功能如芳香族氨基酸AAA代谢，一碳代谢和内源性大麻素信号与多个记忆功能相关。

大脑区域与菌群组成和功能

使用核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）对受试者的语言和工作记忆中涉及的不同大脑区域体积进行了评估。结果发现，所有受试者的语言和学习记忆与海马体的体积相关，右额眶下体积（FIO）与工作记忆相关。不同的肠道菌群成员与认知能力和特定脑区体积具有相关性，例如厚壁菌门的梭菌属等与认知能力，以及与语言和学习记忆相关的左海马体体积呈正相关性，而拟杆菌门的脆弱拟杆菌、粪拟杆菌和变形菌门的梭状芽孢杆菌属、产气克雷伯菌等与记忆能力和左海马体体积及与工作记忆相关的右右额下眼眶体积呈负相关。与海马体积相关的宏基因组功能也与语言记忆相关，而与FIO体积相关的功能也与工作记忆相关。细菌组成和功能在基线和随访时都与脑区体积大小和记忆域相关。

大脑区域与菌群组成和功能

记忆评分与代谢物

基于血浆和粪便代谢组检测结果，进行了基于机器学习的全代谢组关联分析（Metabolome-wide association studies ，MWASs)。所有记忆评分均与芳香族氨基酸（Aromatic Amino Acids, AAA）苯丙氨酸，色氨酸和酪氨酸及其分解代谢物相关，色氨酸和酪氨酸均与记忆评分呈正相关。在中枢神经系统中起关键作用的两种关键神经递质5-羟色胺和多巴胺的合成过程中，这三种 AAA 的参与必不可少。对于掌管记忆的传入神经来说，血清素和多巴胺所介导的传导至关重要。粪便色氨酸与记忆评分之间呈负相关，仅在肥胖者中观察到。甜菜碱水平与记忆得分相关，甜菜碱水平的变化与胆碱和甜菜碱转运所涉及的宏基因组功能与记忆域之间的关联一致。其他与不同记忆域有正相关的代谢产物是内源性大麻素油酰胺和花生四烯酰乙醇酰胺（AEA），内源性大麻素是脂质衍生的介质，在神经传递中起关键作用。

认知评分与代谢物

粪菌移植

将来自22位人类受试者的菌群（11位低记忆者和11位高记忆力者）以盲法口服移植给小鼠，以评估菌群对小鼠记忆评分的影响。与对照组小鼠相比，接受FMT的小鼠在24小时（NOR24小时）的“新物体识别”测试中得分更高。接受非肥胖者粪便移植的小鼠得到了更高的记忆评分，显著高于接受肥胖者粪便移植的小鼠与未接受移植的小鼠，移植肥胖者的菌群会降低受体小鼠的记忆得分。在小鼠体内观测到了与人体相似的，特定菌种与记忆得分之间的相关性，包括阿克曼氏菌和罕见小球菌（NOR3 h），梭状芽孢杆菌，瘤胃球菌和罗氏菌（NOR24 h）与受体小鼠的记忆评分正相关，而数种拟杆菌属与记忆评分负相关。包括NAPEPLD在内的几种供体宏基因组功能与供体的TDS记忆域以及受体小鼠的NOR24 h得分相关。与人类结果一致，其他相关功能包括与维生素B6（pdxJ和pdxB），B12（btuB）和色氨酸代谢（trpA和trpB）。通过小鼠前额皮质转录组测序发现几个与NOR3 h得分相关的重要基因，下调差异倍数最大的基因是转甲状腺素蛋白（ttr），其次是编码多巴胺转运蛋白的基因slc6a3。NORI3 h与5HT受体基因htr1a和htr2a以及叶酸受体基因folr1之间存在直接关联，进一步强调了AAAs，叶酸代谢和记忆之间的联系。与NORI3 h相关的记忆基因的表达也与细菌类群相关且变化趋势相同。小鼠的短期记忆与大脑的AAA途径、炎症基因表达和特定肠道细菌相关。

粪菌移植

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