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腸内細菌叢の組成は、炎症と迷走神経伝達経路の構造を調節する
Gut microbiota composition modulates inflammation and structure of the vagal afferent pathway.
PMID: 32682966 DOI: 10.1016/j.physbeh.2020.113082.
抄録
迷走神経伝達ニューロン（VAN）は、結節神経節（NG）に位置し、腸に刺激を与え、脳幹の孤立路核（NTS）で終末を迎える。VANは、食事のサイズを調節するために腸由来の信号を統合する主要な感覚ニューロンである。慢性的な高脂肪食（HFD）の消費は、過食の結果、迷走神経を媒介満腹感を損なう。HFDの消費は迷走神経の機能と構造的な整合性の両方の変化につながるという証拠があります。HFDはまた、顕著な腸内細菌叢の異臭につながる、げっ歯類モデルでは、異臭は体重増加を誘導するのに十分である。本研究では、我々は独立して食事の腸-脳迷走神経上の微生物叢の異常の影響を調査した。そうするために、我々はどちらかのHFD（45または60％脂肪）または低脂肪食（LFD、13％脂肪）を与えられたドナー動物から分離された消化管（GI）の内容を持つマイクロバイオータ枯渇ラットを再殖させた。1）従来の抗生物質のカクテルを使用して枯渇パラダイムを受けたフィッシャーとウィスターラットを提起し、2）潔癖症フリー（GF）は、フィッシャーラットを提起した：我々は、LFD上の動物を維持しながら、2つの異なる枯渇モデルを使用していました。再コロニー化後、受信動物をConvLFおよびConvHFとして指定した。糞便サンプルは、これらの研究を通して収集され、16S Illuminaシークエンシングを介して分析された。両方のモデルでは、HFDの特徴として同定された細菌が正常に受信動物に転送された。3週間後のコロニー化、ConvHFラットは、ConvLF動物と比較してNGのイオン化カルシウム結合アダプター分子-1（Iba1）陽性免疫細胞の有意な増加を示した。さらに、c線維を同定するためにイソレクチンB4（IB4）染色を用いたところ、ConvLF動物と比較して、ConvHFラットは内側NTSのレベルで神経が減少していることがわかった；このレベルでのc線維は主に迷走神経由来であると考えられている。この迷走神経構造の変化は、腸内ペプチドである胆嚢刺激（CCK）によって誘導される満腹感の喪失と関連していた。腸-脳軸に沿って免疫不適合なIba1細胞の増加した存在とNTSの神経の変化は、12週間後のコロニー化後にConvLF動物と比較してConvHFラットではまだ明らかであり、食物摂取量と体重（BW）の増加と関連していた。これらのデータから、微生物相の異常は、潜在的に免疫細胞のリクルートおよび/または活性化を介して、腸-脳迷走神経を変化させる可能性があると結論づけた。
Vagal afferent neurons (VAN), located in the nodose ganglion (NG) innervate the gut and terminate in the nucleus of solitary tract (NTS) in the brainstem. They are the primary sensory neurons integrating gut-derived signals to regulate meal size. Chronic high-fat diet (HFD) consumption impairs vagally mediated satiety, resulting in overfeeding. There is evidence that HFD consumption leads to alterations in both vagal nerve function and structural integrity. HFD also leads to marked gut microbiota dysbiosis; in rodent models, dysbiosis is sufficient to induce weight gain. In this study, we investigated the effect of microbiota dysbiosis on gut-brain vagal innervation independently of diet. To do so, we recolonized microbiota-depleted rats with gastrointestinal (GI) contents isolated from donor animals fed either a HFD (45 or 60% fat) or a low fat diet (LFD, 13% fat). We used two different depletion models while maintaining the animals on LFD: 1) conventionally raised Fischer and Wistar rats that underwent a depletion paradigm using an antibiotic cocktail and 2) germ free (GF) raised Fischer rats. Following recolonization, receiver animals were designated as ConvLF and ConvHF. Fecal samples were collected throughout these studies and analyzed via 16S Illumina sequencing. In both models, bacteria that were identified as characteristic of HFD were successfully transferred to recipient animals. Three weeks post-colonization, ConvHF rats showed significant increases in ionized calcium-binding adapter molecule-1 (Iba1) positive immune cells in the NG compared to ConvLF animals. Additionally, using isolectin B4 (IB4) staining to identify c-fibers, we found that, compared to ConvLF animals, ConvHF rats displayed decreased innervation at the level of the medial NTS; c-fibers at this level are believed to be primarily of vagal origin. This alteration in vagal structure was associated with a loss in satiety induced by the gut peptide cholecystokinin (CCK). Increased presence of immunocompetent Iba1 cells along the gut-brain axis and alterations in NTS innervation were still evident in ConvHF rats compared to ConvLF animals 12 weeks post-colonization and were associated with increases in food intake and body weight (BW). We conclude from these data that microbiota dysbiosis can alter gut-brain vagal innervation, potentially via recruitment and/or activation of immune cells.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.