Tarmavledede mikrobielle metabolitter har mangefasetterte effekter som fører til kompleks oppførsel hos dyr. Vi tar sikte på å gi en trinnvis metode for å avgrense effekten av tarmavledede mikrobielle metabolitter i hjernen via intracerebroventrikulær levering via en guidekanyle.
Virkningen av tarmmikrobiota og deres metabolitter på vertsfysiologi og oppførsel har blitt grundig undersøkt i dette tiåret. Tallrike studier har vist at tarmmikrobiota-avledede metabolitter modulerer hjernemedierte fysiologiske funksjoner gjennom intrikate tarm-hjerneveier i verten. Kortkjedede fettsyrer (SCFA) er de viktigste bakterieavledede metabolittene produsert under kostfiberfermentering av tarmmikrobiomet. Utskilte SCFAer fra tarmen kan virke på flere steder i periferien, noe som påvirker immun-, endokrine og nevrale responser på grunn av den enorme fordelingen av SCFA-reseptorer. Det er derfor utfordrende å differensiere de sentrale og perifere effektene av SCFAs gjennom oral og intraperitoneal administrering av SCFAs. Dette papiret presenterer en videobasert metode for å forhøre den funksjonelle rollen til SCFAs i hjernen via en guidekanyle i fritt bevegelige mus. Mengden og typen SCFAer i hjernen kan justeres ved å kontrollere infusjonsvolum og -hastighet. Denne metoden kan gi forskere en måte å sette pris på rollen som tarmavledede metabolitter i hjernen.
Den menneskelige mage-tarmkanalen har forskjellige mikroorganismer som påvirker verten 1,2,3. Disse tarmbakteriene kan utskille tarmavledede metabolitter under bruk av diettkomponenter som forbrukes av verten 4,5. Interessant nok kan tarmmetabolittene som ikke metaboliseres i periferien transporteres til andre organer via sirkulasjon6. Merk at disse utskilte metabolittene kan tjene som mediatorer for tarm-hjerneaksen, definert som toveis kommunikasjon mellom sentralnervesystemet og tarmen7. Tidligere studier har vist at tarmavledede metabolitter kan modulere kompleks oppførsel og følelser hos dyr 8,9,10,11.
Kortkjedede fettsyrer (SCFA) er hovedmetabolittene produsert av tarmmikrobiota under gjæring av kostfiber og ufordøyelige karbohydrater6. Acetat, propionat og butyrat er de mest tallrike SCFAene i tarmen12. SCFAs tjener som energikilde for celler i mage-tarmkanalen. Unmetabolized SCFAs i tarmen kan transporteres til hjernen gjennom portalvenen, og dermed modulere hjernen og atferd 6,12. Tidligere studier har antydet at SCFAs kan spille en kritisk rolle i nevropsykiatriske lidelser 6,12. For eksempel reddet intraperitoneal injeksjon av butyrat i BTBR T + Itpr3tf / J (BTBR) mus, en dyremodell av autismespektrumforstyrrelse (ASD), deres sosiale underskudd13. Antibiotikabehandlede rotter som fikk mikrobiota fra depressive personer viste en økning i angstlignende atferd og fekale SCFAs14. Klinisk ble endringer i fekale SCFA-nivåer observert hos personer med ASD sammenlignet med typisk utviklende kontroller15,16. Personer med depresjon har lavere fekale SCFAs nivåer enn friske personer17,18. Disse studiene antydet at SCFAs kan endre atferd hos dyr og mennesker gjennom ulike ruter.
Mikrobielle metabolitter utøver ulike effekter på flere steder i kroppen, og påvirker vertsfysiologi og atferd 4,19, inkludert mage-tarmkanalen, vagusnerven og sympatisk nerve. Det er vanskelig å fastslå den nøyaktige rollen til tarmavledede metabolitter i hjernen når metabolittene administreres via perifere ruter. Denne artikkelen presenterer en videobasert protokoll for å undersøke effekten av tarmavledede metabolitter i hjernen til en mus i fri bevegelse (figur 1). Vi viste at SCFAer kunne gis akutt gjennom guidekanylen under atferdstester. Type, volum og infusjonshastighet for metabolitter kan modifiseres avhengig av formålet. Stedet for kanylisering kan justeres for å undersøke virkningen av tarmmetabolitter i en bestemt hjernegruppe. Vi tar sikte på å gi forskere en metode for å undersøke den potensielle effekten av tarmavledede mikrobielle metabolitter på hjernen og atferden.
Tarmavledede metabolitter har vært assosiert med hjernemedierte sykdommer uten mye presis mekanisme, delvis på grunn av deres flere bindingssteder i kroppen 6,12,24. Tidligere rapporter indikerte at SCFAer kunne tjene som ligander for G-proteinkoblede reseptorer, epigenetiske regulatorer og kilder til energiproduksjon på flere steder i kroppen 6,12. For å omgå de fo…
The authors have nothing to disclose.
Vi anerkjenner laboratoriedyrsenterets ansatte ved National Cheng Kung University (NCKU) for omsorg for dyrene. Dette arbeidet ble støttet av stipendet fra prof. Kun-Yen Huang Education Fund of CHENG-HSING Medical Foundation til C.-W.L.; midlene fra departementet for vitenskap og teknologi (MOST) i Taiwan: (Undergraduate Research MOST 109-2813-C-006-095-B) til T.-H.Y.; (MOST 107-2320-B-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) til W.-L.W.; og Higher Education Sprout Project, Utdanningsdepartementet til hovedkvarteret for universitetsutvikling ved NCKU til W.-L.W.
Material | |||
Advil Liqui-Gels Solubilized Ibuprofen A2:D41 | Pfizer | n/a | |
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit | ThermoFisher Scientific | A-21206 | |
Anti-Fluorescent Gold (rabbit polyclonal) | Millipore | AB153-I | |
Bottle Top Vacuum Filter, 500 mL, 0.22 μm, PES, Sterile | NEST | 121921LA01 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | ACSF: 0.14 g/L |
Chlorhexidine scrub 2% | Phoenix | NDC 57319-611-09 | |
Chlorhexidine solution | Phoenix | NDC 57319-599-09 | |
Commercial dummy | RWD Life Science | 62004 | Single_OD 0.20 mm/ M3.5/G = 0.5 mm |
Commercial guide cannul | RWD Life Science | 62104 | Single_OD 0.41 mm-27G/ M3.5/C = 2.5 mm |
Commercial injector | RWD Life Science | 62204 | Single_OD 0.21 mm-33G/ Mates with M3.5/C = 3.5 mm/G = 0.5 mm |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | ACSF: 0.61 g/L |
Dental acrylic | HYGENIC | n/a | |
Fixing screws | RWD Life Science | 62521 | |
Fluoroshield mounting medium with DAPI | Abcam | AB104139 | |
Horse serum | ThermoFisher Scientific | 16050130 | |
Insulin syringes | BBraun | XG-LBB-9151133S-1BX | 1 mL |
Isoflurane | Panion & BF biotech | DG-4900-250D | |
KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | ACSF: 0.19 g/L |
Ketoprofen | Swiss Pharmaceutical | n/a | |
Lidocaine | AstraZeneca | n/a | |
Low melting point agarose | Invitrogen | 16520 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | ACSF: 0.19 g/L |
Microscope cover slips | MARIENFELD | 101242 | |
Microscope slides | ThermoFisher Scientific | 4951PLUS-001E | |
Mineral oil light, white NF | Macron Fine Chemicals | MA-6358-04 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | ACSF: 7.46 g/L |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S8282 | ACSF: 0.18 g/L |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | ACSF: 1.76 g/L |
n-butyl cyanoacrylate adhesive (tissue adhesive glue) | 3M | 1469SB | 3M Vetbond |
Neural tracer | Santa Cruz | SC-358883 | FluoroGold |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
Polyethylene tube | RWD Life Science | 62329 | OD 1.50, I.D 0.50 mm and OD 1.09, I.D 0.38 mm |
Puralube Vet (eye) Ointment | Dechra | 12920060 | |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | SCFAs: 13.5 mM |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | SCFAs: 8 mM |
Sodium propionate | Sigma-Aldrich | P1880 | SCFAs: 5.18 mM |
Stainless guide cannula | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.63 mm; Local vendor |
Stainless injector | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.3 mm; dummy is made from injector; local vendor |
Superglue | Krazy Glue | KG94548R | |
Triton X-100 | Merck | 1.08603.1000 | |
Equipment | |||
Cannula holder | RWD Life Science | B485-68217 | |
Ceiling camera | FOSCAM | R2 | |
Digital stereotaxic instruments | Stoelting | 51730D | |
Dissecting microscope | INNOVIEW | SEM-HT/TW | |
Glass Bead Sterilizer | RWD Life Science | RS1501 | |
Heating pad | Stoelting | 53800M | |
Leica microscope | Leica | DM2500 | |
Micro Dissecting Forceps | ROBOZ | RS-5136 | Serrated, Slight Curve; Extra Delicate; 0.5mm Tip Width; 4" Length |
Micro Dissecting Scissors | ROBOZ | RS-5918 | 4.5" Angled Sharp |
Microinjection controller | World Precision Instruments (WPI) | MICRO2T | SMARTouch Controller |
Microinjection syringe pump | World Precision Instruments (WPI) | UMP3T-1 | UltraMicroPump3 |
Microliter syringe | Hamilton | 80014 | 10 µL |
Optical Fiber Cold Light with double Fiber | Step | LGY-150 | Local vendor |
Pet trimmer | WAHL | 09962-2018 | |
Vaporiser for Isoflurane | Step | AS-01 | Local vendor |
Vibratome | Leica | VT1000S | |
Software | |||
Animal behavior video tracking software | Noldus | EthoVision | Version: 15.0.1416 |
Leica Application Suite X software | Leica | LASX | Version: 3.7.2.22383 |