Cell子刊：生酮饮食后的肠道微生物如何影响大脑？

在对小鼠进行的实验中，研究人员发现，肠道微生物会加剧认知障碍的影响，因为它们会影响大脑中对记忆和学习至关重要的海马体。他们发现，喂食生酮饮食(高脂肪、低碳水化合物)并间歇性缺氧的小鼠肠道微生物群中，一组名为Bilophila的细菌的浓度显著增加。

科学家们还发现，生酮饮食、缺氧和用一种叫做Bilophila wadsworthia的双叶虫进行治疗，会损害小鼠的海马体，导致认知能力下降。

研究人员给几只小鼠提供生酮饮食，给其他老鼠提供标准饮食。然后，所有的老鼠连续5天接受低水平的氧气，然后4天恢复。对科学家来说，剥夺动物的一些氧气是造成认知障碍的一种方法，目的是模仿人类的认知障碍，这种认知障碍可能由神经系统疾病或衰老引起。

接下来，科学家们观察了它们在迷宫中导航的能力。当试图走出迷宫时，吃生酮饮食的小鼠比吃标准饮食的小鼠平均多出30%的错误。(两组的差异范围为25% - 75%。)

研究人员还评估了不同的饮食是否会导致没有缺氧的老鼠的认知行为发生变化。在那个实验中，不管小鼠的饮食是生酮饮食还是标准饮食，它们找到走出迷宫的能力并没有明显的差异——这表明对认知能力的负面影响只有在缺氧的情况下才会发生。

“这些结果强调了不同环境因素共同作用的能力，从而影响小鼠的认知行为，”该研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校的研究生克里斯汀·奥尔森(Christine Olson)说。

接下来，研究人员调查了如果在给小鼠提供生酮饮食和缺氧前，耗尽小鼠的微生物群会发生什么。有趣的是，与暴露在缺氧环境下并给予生酮饮食但微生物群没有先发生变化的小鼠相比，微生物群最先被消耗的小鼠在迷宫中犯的错误明显更少。

奥尔森说:“这表明与生酮饮食和缺氧有关的微生物可能会对认知障碍造成有害影响。”

研究人员发现，海马体中开启或关闭的基因发生了变化，这种细菌减少了海马体中正常的细胞信号。

奥尔森说:“水虻破坏海马活动和认知行为的方式类似于缺氧和生酮饮食共同作用的方式。”她补充说，鉴于海马体在学习和记忆方面的重要作用，这些变化为Bilophila如何影响认知行为提供了线索。

科学家们刚刚发现了可以影响老鼠和其他动物行为变化的微生物物种。更具体地研究微生物物种如何影响大脑将非常重要——例如，通过对微生物做出反应而发生的细胞变化。

认知障碍困扰着数百万65岁以上的老年人，并与多种慢性代谢、免疫和神经退行性疾病有关，如阿尔茨海默病。加州大学洛杉矶分校生物科学德洛吉教授、加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院消化疾病副教授Elaine Hsiao说，这项新研究可能是了解哪些微生物影响或损害认知能力的重要一步。

“识别早期风险因素对于及早发现和干预认知障碍至关重要”。

作者还补充说，还需要更多的研究来确定除了嗜胆菌之外，是否还有其他肠道微生物也会影响认知能力，以及微生物群是否会影响人类的认知能力下降。

Journal Reference:

Christine A. Olson, Alonso J. Iñiguez, Grace E. Yang, Ping Fang, Geoffrey N. Pronovost, Kelly G. Jameson, Tomiko K. Rendon, Jorge Paramo, Jacob T. Barlow, Rustem F. Ismagilov, Elaine Y. Hsiao. Alterations in the gut microbiota contribute to cognitive impairment induced by the ketogenic diet and hypoxia. Cell Host & Microbe, 2021; DOI: 10.1016/j.chom.2021.07.004