益生元與後生元治療: 以自閉症與憂鬱症的小鼠模型為例

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過去我們介紹過益生元與後生元的許多功效,其中包括憂鬱症的治療。而在2021年Neuropharmacology期刊中,Leo等人發現,將α- 乳清蛋白(α-lactalbumin 、ALAC;劑量範圍為125-500mg /kg 的益生元)以及丁酸鈉(Sodium butyrate 、NaB;劑量範圍為30-300mg/ kg的後生元)單獨或組合在飲用水中給藥。分別使用自閉症行為BTBR小鼠以及憂鬱(慢性輕度壓力 – CUMS 小鼠)。

延伸閱讀:植物乳桿菌的功效

在BTBR自閉症小鼠中,單獨處理ALAC 和 NaB 都提高了動物的社交能力和被動迴避 (PA) 的記憶力,而共同處理則在幾乎所有的測試中都更加有效,還減少了強迫游泳測試 (FST) 中的不動時間,在單一藥物給藥中FST皆不受影響。

在 CUMS 憂鬱症小鼠中,單一給藥可有效改善:(1) FST 和蔗糖偏好測試中的類似憂鬱行為;(2) 被動回避測試中的記憶和學習,新物體識別和Morris水迷宮測驗。在大多數情況下,組合用藥再次比單一給藥更有效。然而,在 CUMS 模型中,單一藥物或組合在高架十字迷宮測試中均無效。

從這些實驗結果顯示,在自閉症與憂鬱症兩種模型中,ALAC 和 NaB 組合在改善動物行為的某些病理方面比單獨給藥更有效,而益生元/後生元的組合應被視為操縱微生物群-腸-腦軸(MGBA)以提高功效。

圖1. 益生元加後生元改善自閉症以及憂鬱症的動物實驗。

實驗方法

該實驗分割成兩大部分,實驗1是測試自閉症,使用BTBR T+tf / J小鼠每組10隻(n=10)分12組。實驗2是測試憂鬱症,使用C57Bl / 6J小鼠每天進行不同的壓力刺激維持4周。例如濕籠,食物剝奪,束縛壓力,一段時間的頻閃照明(150次閃光/分鐘,持續60分鐘),傾斜籠子(45◦)或大聲噪音(109分貝,持續2分鐘)使小鼠產生類似憂鬱症的行為(CUMS)。

實驗1自閉症分組:對照組、BTBR(自閉症) 、ALAC 125mg/kg、ALAC 250mg/kg、ALAC 500mg/kg、NaB 30mg/kg、NaB 300mg/kg、NaB 100mg/kg、ALAC 125+ NaB 100、ALAC 250+ NaB 100、ALAC 500+ NaB 100。

實驗2憂鬱症分組:對照組、CUMS(憂鬱症) 、ALAC 125mg/kg、ALAC 250mg/kg、ALAC 500mg/kg、NaB 100mg/kg、ALAC 125+ NaB 100、ALAC 250+ NaB 100、ALAC 500+ NaB 100。

實驗1自閉症測試進行以下動物實驗

三室社交互動測試

三室社交互動測試包括三個大小相同的房間(每個房間 20 厘米×45 厘米),由透明有機玻璃隔開,每個隔間之間都有一個檢修門。測試發生在三個不同的階段:

(1)馴化階段,測試動物被放置在中央隔間,並允許自由探索整個空迷宮 10 分鐘;

(2) 社交階段,其中一隻陌生的雄性老鼠被包含在迷宮外室的金屬絲網容器中,一個相同乾淨空的容器被放置在另一側的室中。

彈珠掩埋試驗

將 20 個玻璃彈珠(直徑 1.5 厘米)排成五排,每排四個,放置在裝有 5cm乾淨墊料的玻璃籠中。每隻小鼠單獨放入籠中,並允許自由探索 30 分鐘。當觀察到每個彈珠的覆蓋率達到 75% 的閾值時,就認為它被掩埋並被記錄下來。測試後,彈珠被徹底清除,每隻老鼠都使用新的床。

高架十字迷宮 (EPM)

EPM 由 2 個相對的開放臂和 2 個相對的相同尺寸(45 cm×10 cm)的封閉臂組成,牆壁高 10 厘米,由中央平台(10 cm×10 cm)連接,高出地面 80 cm。將小鼠放置在面向閉合手臂的中央平台上,並測量進入的次數、在每隻手臂上花費的時間。在測試每隻動物後,系統地清潔迷宮以去除嗅覺線索。張開雙臂和中央平台的時間越短,焦慮程度越高,反之亦然。還測量並檢查了每個實驗組的平均速度和總移動距離。

開放場地測試

在開放場地中監測運動活動 10 分鐘,白色玻璃盒(50 cm × 50 cm)的地板分為 9格正方形。每隻動物被輕輕地放在盒子的中央,並對活動進行評分。考慮了以下參數:在中心花費的時間、移動的總距離和 10 分鐘測試期間的平均速度。在中心停留的時間增加或進入中心的潛伏期減少是抗焦慮活動的指標,反之亦然。

強迫游泳測試 (FST)

FST 用於測量不動時間 (IT) 並評估小鼠的類憂鬱行為。在 22-23°C 下,小鼠被單獨強迫在一個裝有 15 cm水的透明塑料圓柱體(高度:26.5 cm,直徑:16.5 cm)中游泳 6 分鐘。在測試的最後 4 分鐘測量固定的總持續時間,包括被動游泳。被動游泳的標準是垂直漂浮在水中,同時只做那些使頭部保持在水面以上的必要動作。在 FST 之後,動物被移走並用毛巾擦乾,然後再放入它們的籠子裡。

被動迴避 (PA)

被動迴避 (PA) 是一種以恐懼為動機的測試,用於研究小鼠的學習和記憶。在這個測試中,老鼠學會抑制他們的先天傾向,即更喜歡黑暗的隔間而不是一個

有照明的地方。被動迴避行為是通過步進式裝置評估的,尺寸為 57× 27× 30 cm,它由一個籠子組成,籠子被推拉門分成兩個隔間(明暗)。PA 測試連續兩天進行。記錄並分析進入暗室的潛伏期。通過將小鼠重新引入籠子的光隔間並記錄進入暗隔間所需的時間,在調節試驗後 24 小時進行保留試驗。保留記憶與進入暗室的延遲直接相關:記憶越好,延遲越大。

實驗2憂鬱症測試進行以下動物實驗

強迫游泳測試 (FST)

被動迴避 (PA)

高架十字迷宮 (EPM)

開放場地測試

蔗糖偏好測試(SPT)

快感缺失是憂鬱症的一個關鍵組成部分,可以通過小鼠對食用加糖溶液的偏好來衡量。對於 SPT,小鼠被放置在單獨的籠子中,並在測試日之前適應 2% 的蔗糖溶液 48 小時。在測試前 4 小時(上午 8:00 至 12:00),小鼠被剝奪水和食物,然後進行 1 小時偏好測試,用水和 2% 蔗糖從相同的瓶子中輸送。在此期間前後對裝有水和蔗糖的瓶子稱重,並確定蔗糖偏好(%)。水加蔗糖攝入量的總和定義為總攝入量,蔗糖偏好表示為蔗糖攝入量相對於總攝入量的百分比。

新奇物體識別測試 (nORT)

新物體識別測試基於囓齒動物發現新物體的傾向。單獨位於開放式有機玻璃盒(70× 60× 30 cm)中的小鼠被訓練以區分不同形狀的物體(立方體、金字塔和圓柱體)。在第一天,小鼠接受了習慣試驗,在試驗中它們可以自由探索場地 6 分鐘。在第二天,進行了單一環節的兩個試驗(T1 和 T2),並間隔 60 分鐘。

莫里斯水迷宮測試(MWM)

如前所述,在 MWM 測試中使用空間獲取任務評估學習和記憶功能。該裝置包括一個圓形水池(直徑 93 cm,高 45 cm),裡面裝滿了水(大約 25 ◦C),深度為 24 cm,在水池下方 1 厘米處有一個透明的(不可見的)逃生平台(直徑 8 cm)。水面。動物(每組 10 隻)連續訓練四天,每天進行四次試驗。在每次試驗期間,將個體動物置於池中隨機選擇的象限中,頭部朝向池壁。

每隻動物都有 60 秒的時間來搜索和定位水下平台。記錄找到平台的潛伏時間,四次試驗的平均時間代表動物的每日結果。在 MWM 測試的第五天,每隻動物都進行了不存在平台的探查測試。記錄前平台象限游泳時間和四個象限游泳總時間60 秒。在前一個平台的象限中游泳的百分比被計算為空間記憶的測量。

結論

在本篇研究中,ALAC和NaB在自閉症和憂鬱症的動物模型中都是有效的,進一步作用於一些高於所有認知功能的合併症。以通過不同方面的補充干預來操縱 MGBA,而非單獨使用益生菌。而且ALAC 和 NaB 的使用已經在人體進行了測試,因此本篇研究結果可以很容易地在適當的試驗中轉移到臨床研究中,以這種組合來減輕各種可能的神經系統疾病。

Increased efficacy of combining prebiotic and postbiotic in mouse models relevant to autism and depression

參考文獻

Leo, A., De Caro, C., Mainardi, P., Tallarico, M., Nesci, V., Marascio, N., … & Citraro, R. (2021). Increased efficacy of combining prebiotic and postbiotic in mouse models relevant to autism and depression. Neuropharmacology198, 108782.

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