自閉癥研究新發現：維生素D缺乏如何改變行為與腸道？
自閉癥譜系障礙（ASD）是神經發育障礙，表現為兒童早期出現社交、溝通和行為障礙。流行病學研究表明，妊娠期和嬰兒期維生素D缺乏（稱為發育期維生素D缺乏）與后代患自閉癥的風險之間存在關聯。發育期維生素D（DVD）缺乏癥是自閉癥的一個流行病學上已確立的風險因素。另外，新興研究也發現了腸道微生物群在自閉癥中的作用。因此，本研究旨在探討DVD缺乏癥對廣泛的自閉癥相關行為表型和腸道健康的影響。
方法
對維生素D缺乏組和對照組的小鼠進行母性行為觀察、超聲波發聲（USV）測試、幼鼠尋回測試、社交玩耍行為測試、重復性自我梳理行為測試以及腸道生理評估、腸道微生物測量等。母性行為主要記錄10次觀察期間母體行為數量，例如舔舐/梳理和弓背哺乳。在超聲波發聲測試中，將幼鼠與母鼠分離，放置在隔音箱中，通過放置在幼鼠頭部上方約10厘米的麥克風進行收集，使用諾達思的聲音行為分析系統(UltraVox XT)進行持續三分鐘的記錄并分析。幼鼠尋回測試主要測量尋回母鼠幼崽第一只到第五只幼崽的潛伏期。社交玩耍行為測試中，使用諾達思的行為觀察記錄分析系統(The Observer XT)記錄10分鐘動物自由互動過程并進行數據分析，記錄社交玩耍行為的參數包括互動潛伏期、猛撲頻率、壓制和總玩耍持續時間等。重復性自我梳理行為測試是使用諾達思的行為觀察記錄分析系統對動物梳理自身任何部位的自我梳理行為的次數和持續時間進行評分。幼崽出生的當天被指定為出生后第0天(P0)。
DVD缺乏癥改變了與自閉癥相關的母性和后代行為
在本研究中，觀察到DVD缺陷型母鼠舔舐/梳理行為的增加（圖1），這反映了母鼠和幼鼠的焦慮或應激狀態增強，因為在嚙齒動物中，母鼠應激與此類梳理行為的頻率相關。嚙齒類動物母鼠照料行為的變化已被證明會影響介導應激反應的神經系統的發育，進而影響母性行為。
為了探究幼鼠如何與母鼠互動和溝通，研究者進一步測量了幼鼠的超聲波發聲（USV）。幼鼠早期最基本的溝通方式是與母鼠分離時發出的USV。DVD缺乏會影響P9時的USV，DVD缺乏的幼鼠在P9時發出更多的數量和更長時間的叫聲。就記錄USV時的母體行為而言，DVD缺乏會增加幼崽在P9時的USV數量和叫聲持續時間（圖2），這與母鼠更快地尋回幼崽速度相對應。幼崽的USV是母鼠尋回幼崽的重要觸發因素。增加的USV可能代表DVD缺乏幼崽的高度焦慮或壓力狀態。在這個年齡段，幼崽的USV可能驅動母體行為。
與對照組大鼠相比，缺乏DVD的青少年大鼠的猛撲行為顯著減少（圖3），總玩耍時長或互動潛伏期未發現差異。與對照組相比，DVD缺乏組大鼠的自我梳理次數增加（圖4）。
本文研究中P35 DVD缺陷動物在與同類動物相處時表現出更高的自我梳理頻率，這與它們減少的社交互動相一致。
DVD缺乏癥改變了與自閉癥相關的腸道健康相關結果
研究結果表明，雖然DVD缺乏癥并未改變母體腸道微生物組的組成，但DVD缺乏癥后代和對照組后代的腸道微生物組之間存在差異。研究發現了四種細菌（Akkermansia、Fusicatenibacter、Allobaculum和Turicibacter），其在后代中的相對豐度因 DVD 缺乏而發生顯著改變。
在行為方面，發現Phascolarctobacterium菌屬和Paracteroides菌屬與DVD缺乏組中猛撲行為的頻率呈負相關，但在對照組中則不然。Parasutterella屬也與對照組中猛撲行為的頻率呈負相關，但在DVD缺乏組中則不然。
另外，與對照組動物相比，DVD缺陷型動物的腸道絨毛長度有所降低。并且，與對照組相比，DVD缺陷動物回腸中的Propionate（圖5A）水平升高，然而，acetate（圖5B）和butyrate（圖5C）水平沒有差異。
本研究的主要目標是DVD缺乏癥對廣泛的自閉癥相關行為表型和腸道健康的影響。研究結果發現，維生素D缺乏的大鼠母親表現出改變的母性行為，DVD缺乏的幼鼠表現出增加的超聲波發聲，并且作為青少年，表現出社交行為障礙和增加的重復性自我梳理行為。DVD缺乏癥對腸道健康有顯著影響，表現為微生物群的改變、絨毛長度的減少和回腸Propionate水平的升高。本研究的自閉癥流行病學驗證風險暴露的動物模型顯示了更廣泛的自閉癥相關行為表型，以及現在與社交行為缺陷相關的腸道微生物群的改變，從而提出了DVD缺乏癥誘導的ASD樣行為可能是由于腸道健康的改變。
參考文獻
Tamang M K, Ali A, Pertile R N, et al. Developmental vitamin D-deficiency produces autism-relevant behaviours and gut-health associated alterations in a rat model[J]. Translational Psychiatry, 2023, 13(1): 204.
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