https://doi.org/10.1038/s41467-021-23041-y

2021年5月，湖北大学，山西医科大学，东南大学等多单位合作，刘威及潘玉峰（湖北大学为第一单位）共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Gut microbiome modulates Drosophila aggression through octopamine signaling”的研究论文，该研究报告肠道微生物组调节果蝇中的攻击性行为。该研究发现，无菌雄性的雄性间攻击性显著降低，这可以通过微生物重新定植来挽救。尽管它们具有规律的运动能力和求爱行为，但它们与雄性交配的竞争能力不如野生型雄性。该研究进一步发现，果蝇微生物组在关键发育时期与饮食相互作用，以使成年雄性正确表达章鱼胺(octopamine)并表现出攻击性。这些发现提供了关于肠道微生物组在发育过程中如何通过与饮食的相互作用来调节特定宿主行为的见解。

所有后生动物都有微生物物种的复杂联合体，统称为微生物群或微生物组。微生物组被公认为是调节一系列宿主生理和行为的核心调节剂。越来越多的研究表明，微生物组会影响神经发育，皮质髓鞘形成，血脑屏障的功能以及复杂的行为，包括运动，交配，焦虑和认知。微生物组的组成和功能的改变与各种神经精神疾病密切相关，例如人类的社交活动，压力和焦虑相关反应。然而，目前尚不清楚这种微生物对行为的影响是由于生命早期关键时期的神经发育还是成年期间生理的暂时改变。的确，生命早期的微生物定植通过释放微生物产物促进了免疫系统的成熟和体内平衡。生命早期的微生物组还通过肠脑回路调节交感神经元，并调节恐惧。

图1. 肠道微生物组调节雄性间的攻击性

一项最新研究阐明了生命早期微生物组产生的生物活性代谢物可影响神经系统代谢组并诱导特定神经元回路发生变化的潜在机制。但是，微生物组影响神经元发育和宿主行为的确切机制仍然难以捉摸。由于哺乳动物微生物组的多样性和微生物代谢的复杂性，了解和利用其潜力是一项艰巨的任务。果蝇具有一个相对简单的共生群落，以及用于操纵明确的先天和习得行为的丰富的遗传和神经元工具，使其成为研究微生物组如何调节宿主行为的强大且实验上容易处理的系统。

雄性间的侵略是一种先天的典型的社会行为，在多个物种之间进化上是保守的。果蝇(D. melanogaster)显示了针对性别的定型攻击行为的特定库，这为调查攻击性的遗传和神经基础提供了可行的模型。尽管大量研究表明攻击是由遗传和环境因素决定的，但据观察，个体之间存在攻击性表现形式的高度异质性，并且这种异质性的根本原因尚不清楚，宿主、微生物组和环境之间的相互作用通常被认为是可能的解释。

在野外，果蝇主要以腐烂的水果为食，这些水果被无数的微生物栖息。由于果蝇具有独特的觅食行为，果蝇会从食物资源或早期发育的周围环境中摄取各种微生物。确实，微生物组的建立和维持主要取决于果蝇中环境细菌的摄入，这可能部分解释了个体蝇类侵略性表现的异质性。最近的发现揭示了果蝇微生物组在调节许多不同行为中的重要作用，这些行为包括交配和产卵偏好，运动和觅食行为。然而，尚不清楚肠道微生物组是否在调节侵略行为中起作用并促进侵略性表现的异质性。

在这项研究中，产生了无菌（GF）果蝇，并调查了包括攻击性在内的一系列行为，并发现肠道微生物组特别影响攻击性行为，而不影响运动或求爱行为。该研究进一步揭示了肠道微生物组在关键的发育时期与饮食相互作用，并促进了章鱼胺(octopamine)的生物合成和攻击性。因此，该研究发现证明了共生微生物组和饮食在塑造侵略性行为方面的关键作用，并提供了一个强大的范式，以果蝇为模型进一步研究肠脑相互作用。

Yicong Jia, Shan Jin, Kunkun Hu, Lei Geng, Caihong Han, Ruxue Kang, Yuxin Pang, Erjun Ling, Eng King Tan, Yufeng Pan & Wei Liu. (2021). Gut microbiome modulates Drosophila aggression through octopamine signaling. Nature Communications 12, 2698, doi: https://doi.org/10.1038/s41467-021-23041-y

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