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ビフィズス菌は、シナプス形成とミクログリア機能を促進することで、生後の発生期に宿主の神経回路を形成している
Bifidobacteria shape host neural circuits during postnatal development by promoting synapse formation and microglial function.
PMID: 32385412 PMCID: PMC7210968. DOI: 10.1038/s41598-020-64173-3.
抄録
我々は、早生期の腸内細菌叢が、シナプス遺伝子発現の調節とミクログリア機能の調節を介して、脳の神経回路の機能的な構成をサポートしていると仮説を立てた。無菌マウスを、4種のビフィドバクテリウムからなる単純化されたヒト乳児腸内細菌叢と、複雑な従来型のマウス腸内細菌叢のいずれかで新生児としてコロニー化した。無菌対照マウスに加えて、両群のコロニー化マウスの小脳、大脳皮質、および海馬を調べた。生後4日目（P4）には、従来型マウスとビフィズス菌コロニー化マウスでは、無菌マウスに比べて小脳、大脳皮質、海馬でシナプス促進遺伝子の発現が低下し、反応性ミクログリアを示すマーカーが増加していた。P20までには、従来型マウスとビフィズス菌処理マウスのいずれも正常なシナプス密度と神経細胞活性を示し、VGLUT2パンクタ密度とプルキンエ細胞の発火率で測定したところ、無菌マウスではシナプス密度の増加と発火率の低下が認められたのに対し、ビフィズス菌処理マウスではシナプス密度の増加と発火率の低下が認められた。この研究から得られた結論は、ビフィズス菌が機能的な神経回路の構築にどのように関与しているかをさらに明らかにするものである。まとめると、これらのデータは、腸の新生児の微生物の植民地化は、宿主の中枢神経系に付随する効果を引き出すことを示しており、これは、出生後の時間帯の間に神経接続の恒常的な発達バランスを促進する。
We hypothesized that early-life gut microbiota support the functional organization of neural circuitry in the brain via regulation of synaptic gene expression and modulation of microglial functionality. Germ-free mice were colonized as neonates with either a simplified human infant microbiota consortium consisting of four Bifidobacterium species, or with a complex, conventional murine microbiota. We examined the cerebellum, cortex, and hippocampus of both groups of colonized mice in addition to germ-free control mice. At postnatal day 4 (P4), conventionalized mice and Bifidobacterium-colonized mice exhibited decreased expression of synapse-promoting genes and increased markers indicative of reactive microglia in the cerebellum, cortex and hippocampus relative to germ-free mice. By P20, both conventional and Bifidobacterium-treated mice exhibited normal synaptic density and neuronal activity as measured by density of VGLUT2 puncta and Purkinje cell firing rate respectively, in contrast to the increased synaptic density and decreased firing rate observed in germ-free mice. The conclusions from this study further reveal how bifidobacteria participate in establishing functional neural circuits. Collectively, these data indicate that neonatal microbial colonization of the gut elicits concomitant effects on the host CNS, which promote the homeostatic developmental balance of neural connections during the postnatal time period.