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背景 肠道微生物是人体肠道中一个复杂而巨大的微生物群落。人体肠道微生物数量与人体细胞数量比值大约为 1:1~3:1。肠道微生物参与形成多种宿主功能;并且在维持机体健康方面发挥重要作用。近年来肠道微生物成为解析各类重大疾病发病机制的全新切入点。越来越多的证据表明肠道微生物可以影响中枢神经系统功能和行为——这一概念称为“微生物-肠-脑轴”。根据这一概念;研究者认为神经内分泌、神经免疫、自主神经和肠道是肠道微生物-脑联络的重要途径;传入信号上达脑皮质;传出信号下达肠道平滑肌。然而;我们对肠道微生物影响中枢神经系统生理功能的确切方式仍然不甚明了。 目的 （1）发现肠道微生物对小鼠脑 microRNA和 mRNA调控网络的影响;（2）研究肠道微生物对小鼠脑代谢表型的影响;（3）探求肠道微生物与中枢神经系统相互影响各自生理功能的方式。 方法 使用无菌（germ-free; GF）小鼠、无特定病原体（specific pathogen free; SPF ）小鼠和肠道微生物重定植无菌（ colonized germ-free; CGF）小鼠;利用基因芯片和气相色谱-质谱联用（gas chromatography mass spectrometry; GC-MS）代谢组学技术研究肠道微生物对小鼠脑microRNA和mRNA调控网络及代谢表型的影响。 结果 动物行为学测试显示与 SPF 小鼠相比;GF 小鼠在中央区停留时间和运动距离占总时间和总运动距离的比例显著增加;进食时间显著降低;在GF小鼠肠道微生物重定植后并未逆转;但差异表达RNA中有7个microRNA和139个mRNA显著恢复。通过IPA中的microRNA Target Filter 分析;7 个显著恢复的 microRNA 中有 4 个microRNA 具有2232个靶标 mRNA;在这些靶标 mRNA 中;有21个靶标 mRNA 表达水平降低;GO 分析显示主要集中于代谢过程（metabolic process）（GO：0008152）、结合（binding）（GO：0005488）和细胞零件（cell part）（GO：0044464）;分别对应于生物学过程、分子功能和细胞组分。通路分析主要用于研究显著改变的通路;结果显示改变最显著的是轴突导向通路（mmu04360）。通过代谢组学分析显示;肠道微生物可显著影响外周体液（血清、尿液）和中枢神经系统重要脑区（海马、下丘脑、前额、纹状体和小脑）的代谢表型;脑的代谢表征表现出明显的脑区区域特异性。在所有5个脑区中;差异代谢物功能主要富集于神经递质相关氨基酸代谢、嘌呤代谢和能量代谢;血清和尿液差异代谢物分析显示其主要集中于氨基酸代谢、氧化应激和能量代谢;这与5个脑区中所观察到的差异代谢物功能富集密切相关;此外;在至少2个脑区域中也有12个与血清相同的差异代谢物。 结论 本研究发现肠道微生物可调控脑 microRNA、mRNA 及代谢物的表达。肠道微生物介导的差异 microRNA以及mRNA可能与代谢过程、分子结合、细胞零件以及轴突导向通路相关;所介导的代谢物主要与氨基酸代谢、嘌呤代谢、能量代谢以及氧化应激相关。该发现;从生理状态提示;肠道微生物可以通过微生物-肠-脑轴调控脑分子与行为;为揭开微生物与神经精神障碍相互关系;推进肠道微生物干预逐步走向临床应用提供了基础。