科研 | Nature：果蝇中微生物-肠-脑轴对氨基酸缺乏的反应( 六 )

于ΔilvA迅速诱导果蝇CNMA表达并呈现出对L-EAAs的强烈偏好（图3e），表明共生细菌产生的单个BCAA的缺失对EAA缺乏诱导的特异性反应产生了重要影响。然而，给GF果蝇定植缺少一个NEAA如脯氨酸的Acetobacter突变株（ΔproC），不诱导CNMA表达及对L-EAAs的代偿性偏好（图3e）。为进一步验证共生细菌在产BCAA中的作用，我们制造了一种L. plantarum菌株，该菌株表达了七个介导BCAA产生的基因（BCAALactoWT）的GF果蝇高表达CNMa并显示出对L-EAA更强的偏好，当给予果蝇支链氨基酸膳食后该现象消失（图3f）。重要的是，定植BCAAΔleuBAcetoΔleuB_leuB菌株）完全消除了定植Aceto ΔleuB所致的高水平CNMa及对L-EAAs的强烈偏好（图3e）。该结果表明，共生菌Acetobacter可提供饮食性BCAA ，例如亮氨酸和异亮氨酸，降低CNMa的表达，从而抑制对EAA的代偿性食欲。总之，蛋白质缺乏可诱导果蝇前中肠R2区段的肠上皮细胞表达CNMa肽，从而诱发EAA缺乏所致的特异性反应。该过程很可能是通过与大脑中表达CNMaR的神经元的相互作用而实现的（图3g）。本质上，这些肠上皮细胞作为肠道中的感受器，当感受到内环境中的EAA水平过低时可代偿性增加对富含EAAs食物的食欲。该感受器可通过以下方式补充先前已在大脑发现的其它摄食后氨基酸感受器的作用：（1）检测并对EAAs甚至单个EAA缺乏做出反应；（2）在氨基酸缺乏时释放肠道激素CNMa ，以触发肠道与大脑之间的交流，这可能引发对富含EAA的食物的“渴望” 。

本文插图

图3. 肠道微生物调节代偿性EAA食欲。
w 1118交配雌蝇的两选偏爱。 b ，以10％或15％饮食酵母为食的GF果蝇或常规饲养（CV）w 1118果蝇的两选偏爱（n = 7），以及表达CNMa-Gal4>UAS-GFP的GF和CV两种果蝇R2区代表性共聚焦图像。 c ，（n = 12）GFw 1118果蝇（+无）、定植A.pomorum （+AP） GF1118果蝇或L. plantarum WJL（+ LPWJL1118果蝇的双选偏爱；及GFCNMa-Gal4> UAS-GFP果蝇（+无）和CNMa-Gal4>UAS-GFP（+ AP或+ LPWJL）果蝇的R2区域中的代表性共聚焦图像。 d ，醋杆菌科和乳杆菌科成员的氨基酸合成基因的热图分析。与A.pomorumDM001相比，其他细菌中生物合成基因的氨基酸序列百分比显示为蓝色梯度。无或少于20％的生物合成基因以红色显示。 e ， CNMa-Gal4>UAS-GFP的GF果蝇的R2区域代表性共聚焦图像；proC基因（AcetoΔproC）或leuB基因（AcetoΔleuB）突变的Acetobacter菌定植果蝇的两选偏爱。 AcetoΔleuB中重新引入leuB基因以产生