重磅研究 | Cell：深入剖析遗传因素和微生物因素在宿主复杂行为中的作用( 二 )

Cntnap2-/-（KO-I）和Cntnap2+/+（WT-I）小鼠其社交能力及社交新奇偏好，如前人所报道， KO-I小鼠表现出明显的社交能力缺陷（图1C）及社交新奇偏好降低（图1D）。 KO-I小鼠不愿与陌生小鼠交流并且也不会对新来的小鼠感到好奇。因此，在社交互动实验中， KO-I小鼠之间的相互交流也较WT-I小鼠更少（图1E）。通过寻找埋藏食物实验我们可以发现， KO-I小鼠嗅觉并无异常（Mann-Whitney U =66, P = 0.7444) ，这证实该小鼠的社交缺陷并非嗅觉异常所致。此外， KO-I小鼠在自发活动中表现出多动症样的行为（图1F-G），这与其他研究是一致的。因此，我们证明孤立繁殖体系所得的Cntnap2-/-小鼠存在显著的社交能力缺陷及多动症行为。有研究报道自闭症病人存在肠道菌群结构的改变。因此我们通过16S rRNA测序分析了本组实验中小鼠的肠道菌群。 PCA分析、PCoA分析（分别用Bray–Curtis差异矩阵和未加权UniFrac距离）分析都证实上述两组小鼠肠道菌群β多样性存在显著差异（图1H、图S1B及图S1C）。分析Shannon指数来评估其菌群的α多样性发现， KO-I小鼠肠道菌群丰度较WT-I小鼠更高（图S1D-E）。此外， 33个扩增子序列变异（ASVs）及33个通过PICRUSt2预测的微生物代谢途径在两组见存在显著差异（图1I和图S1F-H）。因此，孤立繁殖体系所得的Cntnap2-/-小鼠的肠道菌群与+/+的存在显著差异。

本文插图

图1 孤立繁殖体系所得的Cntnap2-/-小鼠与其野生型相比存在社交能力缺陷、多动症及不同的肠道菌群结构。（A）孤立繁育体系（Cntnap2+/+：WT-I）。（B）实验设计。（C-D）动物三箱社交自由探索实验（每组n = 17; C, 社交能力: WT-I: t = 7.508, P< 0.0001; KO-I:t = 1.01, P = 0.6322; 两因素方差分析: F1,64= 21.11, P < 0.0001; D, 社交新奇偏好: WT-I: t = 6.386,P < 0.0001; KO-I: t = 0.2782, P > 0.9999; 两因素方差分析, F1,64= 18.65, P < 0.0001）。（E）社交互动实验（每组n = 15–16, Mann-Whitney U = 52.50, P = 0.0065）。（F-G）动物三箱社交自由探索实验的习惯阶段检测的自发活动程度（每组n = 17; (F), 总距离: WT-I vs. KO-I: Mann-Whitney U = 42, P = 0.0002; (G), 平均速度: WT-I vs. KO-I: Mann-Whitney U = 42.5, P = 0.0002）。（H）PCA分析肠道菌群β多样性（PERMANOVA: R2= 0.35732, P = 0.0002）。（I）ASVs系统发育树（内圈代表组间差异ASVs ，绿色：KO中增加；白色：无差异；紫色：WT中增加。外圈代表Benjamini-Hochberg FDR校正后结果，白色：P ≥ 0.05；黑色：P < 0.05），直方图为均值±标准误。有学者认为只有使用同窝对照时所得的遗传突变表型差异证据才更为确凿，因此，我们通过Cntnap2-/+Cntnap2-/-（KO-L）和Cntnap2+/+（WT-L）小鼠重复上述实验。不出意外， KO-L小鼠依然存在显著的多动症表现（图2F-G）。但是令人惊讶的是， KO-L小鼠的社交行为是正常的（图2C-E）。不论是α多样性还是β多样性，抑或是ASVs 或菌群代谢通路， KO-L小鼠肠道菌群结构与WT-L小鼠没有显著差异（图2H-I）。因此，同窝出生的Cntnap2+/+小鼠比较存在多动症表型，但是其社交能力及肠道菌群无显著差异。