Potential roles of gut microbiome and metabolites in modulating ALS in mice

微生物群 失调 肠-脑轴 生物 肌萎缩侧索硬化 SOD1 免疫学 肠道菌群 转基因小鼠 疾病 医学 转基因 遗传学 内科学 生物信息学 基因
作者
Eran Blacher,Stavros Bashiardes,Hagit Shapiro,Daphna Rothschild,Uria Mor,Mally Dori-Bachash,Christian Kleimeyer,Claudia Moresi,Yotam Harnik,Maya Zur,Michal Zabari,Rotem Ben-Zeev Brik,Denise Kviatcovsky,Niv Zmora,Yotam Cohen,Noam Bar,Izhak Levi,Nira Amar,Tevie Mehlman,Alexander Brandis,Inbal Biton,Yael Kuperman,Michael Tsoory,Leenor Alfahel,Alon Harmelin,Michal Schwartz,Adrian Israelson,Liisa Arike,Malin Johansson,Gunnar C. Hansson,Marc Gotkine,Eran Segal,Eran Elinav
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:572 (7770): 474-480 被引量:544
标识
DOI:10.1038/s41586-019-1443-5
摘要

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a complex neurodegenerative disorder, in which the clinical manifestations may be influenced by genetic and unknown environmental factors. Here we show that ALS-prone Sod1 transgenic (Sod1-Tg) mice have a pre-symptomatic, vivarium-dependent dysbiosis and altered metabolite configuration, coupled with an exacerbated disease under germ-free conditions or after treatment with broad-spectrum antibiotics. We correlate eleven distinct commensal bacteria at our vivarium with the severity of ALS in mice, and by their individual supplementation into antibiotic-treated Sod1-Tg mice we demonstrate that Akkermansia muciniphila (AM) ameliorates whereas Ruminococcus torques and Parabacteroides distasonis exacerbate the symptoms of ALS. Furthermore, Sod1-Tg mice that are administered AM are found to accumulate AM-associated nicotinamide in the central nervous system, and systemic supplementation of nicotinamide improves motor symptoms and gene expression patterns in the spinal cord of Sod1-Tg mice. In humans, we identify distinct microbiome and metabolite configurations—including reduced levels of nicotinamide systemically and in the cerebrospinal fluid—in a small preliminary study that compares patients with ALS with household controls. We suggest that environmentally driven microbiome–brain interactions may modulate ALS in mice, and we call for similar investigations in the human form of the disease. A study of the functional microbiome in a mouse model of ALS shows that several gut bacteria may modulate the severity of the disease.
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