Gut microbiota-driven metabolic alterations reveal gut–brain communication in Alzheimer’s disease model mice

生物 肠道菌群 脱氧胆酸 疾病 细菌 失调 代谢物 炎症 胆汁酸 免疫学 生物化学 遗传学 医学 内科学
作者
Yijing Chen,Yinhu Li,Yingying Fan,Shuai Chen,Li Chen,Yuewen Chen,Yu Chen
出处
期刊:Gut microbes [Landes Bioscience]
卷期号:16 (1): 2302310-2302310 被引量:86
标识
DOI:10.1080/19490976.2024.2302310
摘要

The gut microbiota (GM) and its metabolites affect the host nervous system and are involved in the pathogeneses of various neurological diseases. However, the specific GM alterations under pathogenetic pressure and their contributions to the “microbiota – metabolite – brain axis” in Alzheimer’s disease (AD) remain unclear. Here, we investigated the GM and the fecal, serum, cortical metabolomes in APP/PS1 and wild-type (WT) mice, revealing distinct hub bacteria in AD mice within scale-free GM networks shared by both groups. Moreover, we identified diverse peripheral – central metabolic landscapes between AD and WT mice that featured bile acids (e.g. deoxycholic and isodeoxycholic acid) and unsaturated fatty acids (e.g. 11Z-eicosenoic and palmitoleic acid). Machine-learning models revealed the relationships between the differential/hub bacteria and these metabolic signatures from the periphery to the brain. Notably, AD-enriched Dubosiella affected AD occurrence via cortical palmitoleic acid and vice versa. Considering the transgenic background of the AD mice, we propose that Dubosiella enrichment impedes AD progression via the synthesis of palmitoleic acid, which has protective properties against inflammation and metabolic disorders. We identified another association involving fecal deoxycholic acid-mediated interactions between the AD hub bacteria Erysipelatoclostridium and AD occurrence, which was corroborated by the correlation between deoxycholate levels and cognitive scores in humans. Overall, this study elucidated the GM network alterations, contributions of the GM to peripheral – central metabolic landscapes, and mediatory roles of metabolites between the GM and AD occurrence, thus revealing the critical roles of bacteria in AD pathogenesis and gut – brain communications under pathogenetic pressure.
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