网站哪类业务建设投入会带来间接收益,拓者设计吧电脑版,全达seo,东莞哪家做网站比较好谷禾健康 成瘾是一种大脑疾病#xff0c;受害者无法控制地对某种物质或行为产生强烈的依赖和渴求#xff0c;尽管这种行为会产生有害的后果。成瘾包括一系列物质滥用障碍#xff0c;例如药物、酒精、香烟#xff0c;过度饮食。近年来#xff0c;吸毒成瘾急剧上升#xff…谷禾健康 成瘾是一种大脑疾病受害者无法控制地对某种物质或行为产生强烈的依赖和渴求尽管这种行为会产生有害的后果。成瘾包括一系列物质滥用障碍例如药物、酒精、香烟过度饮食。近年来吸毒成瘾急剧上升特别是阿片类药物全世界每年有数十万人死于吸毒过量。 成瘾的特征是负面和正面情感状态的交替这些状态可以归因于不同阶段神经递质活动的改变 在狂欢或陶醉阶段时奖赏回路的关键部分——中脑边缘多巴胺系统会产生强化作用在戒断阶段时杏仁核传递的神经递质发生改变产生情感压力在专注或期待阶段时前额叶皮层和岛叶投射的失调中断了对激励的控制影响目标导向行为。 而微生物组已被证明能以多种方式影响宿主大脑例如通过调节神经递质、通过肠脑轴与中枢神经系统相互作用使得微生物群可以通过产生负反馈环和正反馈环来影响或参与大脑奖赏和戒断回路的神经活动从而促进成瘾行为。 在这些回路中具有重要功能的神经递质如多巴胺、GABA和5-羟色胺都可以由肠道微生物群产生或调节。一些研究表明肠道微生物可以合成苯丙氨酸和代谢左旋多巴这两种都是多巴胺的前体因此它们可以调节多巴胺的水平。这些过程促进了微生物影响大脑奖赏回路的途径例如通过介导强化和奖赏的D1R和与厌恶和回避相关的D2R。 还有微生物组衍生的短链脂肪酸和色氨酸代谢特别是它在5-羟色胺合成中的作用。总之这些证据表明微生物组有可能通过诱导强化积极和消极的对宿主的影响从而影响宿主的状态和行为。 为了深入研究宿主-微生物组生态系统的生态学和进化学在成瘾机制中的影响作用研究人员开发了一个数学框架通过建立数学模型来模拟宿主-微生物生态系统对变化的反应动力学。利用这个模型研究人员分析了成瘾行为的几个方面重点关注微生物组对成瘾的起始和戒断的潜在影响。 研究人员假设作为宿主微生物群一部分的微生物菌株已经进化出一种模式影响宿主从而改善了这些菌株在微生物群落中的地位。这可能会导致微生物群落在不同方向上影响宿主。比如宿主的成瘾行为改变了寄生微生物的生存环境即使毒瘾对微生物很大程度上是有害的(例如毒素)但对一些微生物来说它可能比对其他微生物的危害要小。这导致了微生物选择制度的转变并扰乱了微生物组的组成。在新条件下繁殖的菌株可能会受益于宿主继续其新的行为。因此微生物群可能在增强和维持成瘾行为方面发挥作用。 Part01.方 法 Methods 研究人员开发了一个三组分的框架来模拟宿主-微生物组相互作用及其对宿主行为的影响。 ➦ 1 将宿主行为建模为空间中的连续特征。 ➦ 2 宿主体内含有N个微生物菌株随着宿主行为的改变不同微生物菌株的丰度也会发生变化。 ➦ 3 考虑微生物组对宿主行为的影响模拟了微生物菌株分泌化合物影响宿主奖励和戒断回路的功能产生正向或负向的反馈例如奖励或厌恶从而调节宿主行为。 在模拟宿主-微生物组相互作用的模型中其中宿主行为影响微生物组成而微生物组则影响宿主行为。在这个模型中研究人员使用相同的框架建立了两个模型 两种菌株的竞争模型一个菌株影响宿主行为而第二个菌株不影响。多菌株模型包含N个微生物菌株的微生物组群其中一些或全部菌株可以影响宿主的行为。 具体的模型描述如下 1 宿主的行为基线的建模描述 宿主的基线行为被表征为二维单位球体中的坐标 ➨ 成瘾阶段 即行为基线的改变宿主的行为基线的改变表现为沿着X轴正方向的一系列移动。 在每个时间点t步长σA(t)从均值为σ的指数分布中随机抽取。宿主行为的改变受到距离原点R的限制代表了最大的成瘾程度。因此宿主行为的坐标逐渐从(0, 0)移动到(R, 0)并在该阶段结束之前保持在(R, 0)位置即从开始计算的τ个时间步长之后。 ➨ 戒断阶段 宿主通过在X轴上进行大小为 (−σA(t))的移动来逆转其行为模式其中σA(t)从均值为σ的指数分布中随机抽取。 行为的改变下限为0。该阶段在微生物组成和宿主行为稳定之后结束或者在该阶段开始后经过100000个时间步长之后。 2 微生物群组成的建模描述 一个由N个微生物菌株组成的群体寄居在宿主体内。每个菌株都有其独特的特征可以用微生物组-行为空间中的坐标来建模。 考虑到微生物群中不同微生物菌株之间的资源竞争在每次迭代中通过其总和对 xi(t1) 的值进行归一化。由此获得微生物菌株的相对丰度同时假设微生物群落的总丰度保持不变类似于对整个微生物组群体设置一个承载能力。 接着在每个菌株上设定一个恒定的低流入速率 μ / N以避免菌株从系统中灭绝和永久消失μ在整个过程中设置为10^(-8)。在每个时间步长中使用上面的公式计算菌株的比例然后计算流速和第二次归一化。 对于两菌株竞争模型N2每个菌株的特征是手动定义并在结果中进行说明的。其中一种菌株会影响宿主行为并承担反馈产生的成本而另一种菌株不会影响宿主行为且不需要支付成本。 对于成瘾模型在每次模拟开始时在微生物组-行为空间内随机抽取菌株。还分析了不包括归一化的广义Lotka-Volterra模型(同样使用前向欧拉法时间步长为1) 这个方程系统与上述过程类似但有两个主要修改。 它不包括归一化步骤它包括矩阵AAi 是矩阵中的第i行其中每个元素 aij 表示菌株i对菌株j生长的影响。A的对角线设置为-1模拟菌株内部的竞争 3 微生物群影响宿主行为的建模描述 假设所有或部分微生物菌株可以影响宿主的行为且菌株可以感知它们种群中有益和有害的变化这些变化表现为种群大小在一段时间里的增加或下降。 当菌株种群增加时微生物会产生和分泌化合物宿主会将其感知为正反馈如奖励当种群减少时微生物会产生和分泌化合物宿主会将其感知为负反馈如厌恶 这些反馈将会影响宿主未来的行为轨迹。 因此宿主轨迹远离中心、朝向中心或中性取决于过去 wh 个时间点的线性轨迹的斜率。默认设置 wh wm -10 结合微生物代谢产物及其行为轨迹微生物菌株 i 对宿主行为在时间 t 上的影响方向可以通过Imi(t)⋅Ib(t) 的结果来描述。 该结果为正时说明菌株i 影响宿主在成瘾过程中增加物质消耗的行为这个影响可能是菌株i提供正反馈Imi(t)1或对宿主的戒断提供负反馈Imi(t)−1该结果为负时说明菌株i 影响宿主在成瘾过程中减少物质消耗的行为该结果为零时说明菌株i 不会影响宿主行为 在时间t时每个菌株的总效应强度是该菌株在微生物群落中的比例乘以( |σA(t)|⋅di。 其中 di 表示菌株i对宿主的影响大小|σA(t)| 是时间t的行为基线步长。微生物效应的大小 (di,i∈{1,…,N}) 是从指数分布中随机选择的每次模拟开始时其均值为E[d]在每个时间步长中计算σA(t)。 在上述的模型中微生物群落对宿主行为的影响是间接的需要通过宿主的奖励回路。 为了观察微生物群落对宿主行为的直接影响研究人员另外又建了一个模型这个模型假设在成瘾和戒断过程中每个微生物菌株都会将宿主拉向其在微生物组-行为空间中的坐标。 首先将宿主行为坐标减去菌株特征坐标并对结果向量进行归一化来确定每个微生物菌株相对于宿主行为的方向。 然后将所有得到的向量求平均得到整体微生物群落的影响方向。这个平均值根据每个微生物菌株的比例xi 加权同时每个分量也乘以菌株的影响强度di。 现在宿主行为的变化由宿主行为基线步长和微生物影响的总和决定定义如下 Part02.结 果 Results 基于方法中描述的模型研究人员给出了从模型结果中观察到的宿主与微生物群的现象如下 1 微生物能够反应宿主行为的变化 在微生物菌株之间的竞争行为中当其中一个菌株通过改变宿主行为而获得额外资源时这种微生物效应就会被显现出来反映为它在群落中的比例会增加从而增强其继续影响宿主的能力进一步诱使宿主继续新的行为。 如下图模拟了两个微生物菌株之间对宿主资源的竞争这些竞争源于宿主行为。 当微生物提供的优势超过产生这种影响的成本时它对宿主状态的影响可能是有益的 a| 模型插图。蓝色和黄色分别代表两个不同的菌株其中蓝色的菌株可能在影响宿主的行为它在增殖时提供正反馈诱导宿主继续其行为趋势在下降时提供负反馈诱导宿主逆转其行为趋势。 b| 绘制了经过100000个时间步长后影响宿主的菌株比例的热图。宿主的行为在x轴上沿着0到1之间随机游走代表资源的消耗。 c| 绘制了在模拟的100000个时间步长里微生物效应的大小与宿主行为轨迹的关系。 2 宿主-微生物群的相互作用可能会加剧成瘾行为 建立了一个简单的宿主行为模式包括三个阶段 宿主处于某种平衡状态宿主逐渐改变行为引申为成瘾期或戒断期宿主逐渐回到初始行为状态 当宿主开始改变其行为时有相当数量的微生物菌株支持或反对这种行为改变如图a这是一个微生物组-行为空间将N个菌株随机分布在空间内星形的移动演示了宿主行为的改变。 图b和c分别展示了在不同平均微生物效应量E[d]作用下随着时间的持续宿主行为的变化和菌株丰度及其适应度的变化。 图b中的黑色虚线代表平均微生物效应量为零时的宿主行为基线。从E[d]1到E[d]10的宿主行为变化可以发现微生物群的行为效应可以导致成瘾行为的加速和减速但在大多数情况下微生物群的行为效应减缓了戒断过程。 研究人员认为原因是在成瘾期间微生物群转向了一个低多样性的群落这个群落由在新的宿主行为下增殖的菌株组成。因此在宿主开始戒断行为时相当大一部分微生物群抵制行为变化。 3 微生物群落丰富度影响宿主成瘾行为 通过监测成瘾期ϕ(Addiction)和戒断期ϕ(Withdrawal)的微生物群落丰富度变化发现加速成瘾或减缓戒断不仅取决于微生物效应大小还与微生物群落丰富度有关。 如图a和b在微生物组丰度非常高且微生物组效应强烈的情况下微生物组实际上可能会加速成瘾和戒断过程E[d]10N300。 在恒定微生物效应的平均大小后然后减少影响菌株即能够影响宿主行为的菌株的比例结果是总微生物组效应量的下降并加速戒断过程。这表示即使只有少数菌株影响宿主行为对成瘾和戒断的影响也可能是显著的。 如下图每个像素的颜色表示相对于没有微生物组效应的基线情况下的成瘾期和戒断期的倍增或减少的情况E[d]5。 既然微生物群落丰富度会显著影响宿主成瘾或戒断行为研究人员便做了一个模拟实验在戒断期引入新的微生物菌株来增加微生物群落的丰富度和多样性结果如下图。 这种干预逐渐增加了微生物组内菌株之间的竞争降低了为成瘾行为提供反馈的菌株的影响从而促进了宿主-微生物组生态系统向其原始平衡状态的转变。 4 成瘾程度加重微生物群越发抵制宿主戒断行为 通过研究微生物组与成瘾的最大严重程度R之间的相互作用发现随着成瘾程度的加重R值增加宿主行为会产生一种生态制度将微生物组引向更狭窄、多样性较低的生态位。 在新的生态建立之后新的微生物组成可能会强烈抵制任何改变的尝试从而减缓戒断过程。 如图a这种动态效应与微生物组对宿主行为的影响程度成正比与微生物组的丰度成反比。当微生物组更为丰富和或其对宿主的影响相对较弱时只有在微生物组成分发生实质性改变时才会发生成瘾程度的加重。这意味着即使微生物组中只有少数菌株影响宿主行为只要这些菌株发生了显著改变成瘾问题就会加剧。 其次还有复发的问题即在戒断阶段发生的成瘾行为加剧。 如图b,c所示更强的微生物效应、较低的微生物组丰富度和更剧烈的成瘾严重程度都会导致更强烈和更频繁的复发现象。 Part03.结 论 Conclusion 模型结果表明微生物组对宿主行为的反馈可以加重成瘾行为使戒断更加困难并增加复发的风险。而微生物组的丰度是这个过程的关键参数低丰度会导致长期成瘾。 这种反馈有正向和负向微生物组产生的代谢产物可以通过调节奖励回路对宿主行为提供正向或负向的反馈。由此宿主-微生物群落相互作用产生了一个正反馈循环改变了生态系统。 基于对成瘾机制的微生物组研究也揭示了可能的成瘾治疗途径增加微生物组的丰富度和功能多样性可能有助于成瘾的缓解和预防。而宿主的状态包括生理和心理与微生物群落多样性是息息相关的比如压力和焦虑也会出现低多样性的微生物群落。 这些结论也反向验证了这个模型框架的优势 关注宿主-微生物组相互作用特别是微生物引起的环境变化可以设定时间步长有助于研究长期的动态变化用于建模复杂的生态系统包括许多竞争的物种。这个模型可以被看作是一种生态位建设其中一个物种群体在某个环境中构建了一个有利的生态位。 参考文献 Lewin-Epstein O, Jaques Y, Feldman MW, Kaufer D, Hadany L. Evolutionary modeling suggests that addictions may be driven by competition-induced microbiome dysbiosis. Commun Biol. 2023 Jul 26;6(1):782. doi: 10.1038/s42003-023-05099-0. PMID: 37495841; PMCID: PMC10372008. 文章转载自： http://www.morning.rui931.cn.gov.cn.rui931.cn http://www.morning.qwfl.cn.gov.cn.qwfl.cn http://www.morning.lwmxk.cn.gov.cn.lwmxk.cn http://www.morning.mjctt.cn.gov.cn.mjctt.cn http://www.morning.bmrqz.cn.gov.cn.bmrqz.cn http://www.morning.c7498.cn.gov.cn.c7498.cn http://www.morning.rykw.cn.gov.cn.rykw.cn http://www.morning.tpps.cn.gov.cn.tpps.cn http://www.morning.qmzwl.cn.gov.cn.qmzwl.cn http://www.morning.xhqr.cn.gov.cn.xhqr.cn http://www.morning.ysqb.cn.gov.cn.ysqb.cn http://www.morning.gqjwz.cn.gov.cn.gqjwz.cn http://www.morning.rckmz.cn.gov.cn.rckmz.cn http://www.morning.hpmzs.cn.gov.cn.hpmzs.cn http://www.morning.lqlc.cn.gov.cn.lqlc.cn http://www.morning.ytnn.cn.gov.cn.ytnn.cn http://www.morning.zknjy.cn.gov.cn.zknjy.cn http://www.morning.linzhigongmao.cn.gov.cn.linzhigongmao.cn http://www.morning.rwmq.cn.gov.cn.rwmq.cn http://www.morning.fdhwh.cn.gov.cn.fdhwh.cn http://www.morning.gqksd.cn.gov.cn.gqksd.cn http://www.morning.xshkh.cn.gov.cn.xshkh.cn http://www.morning.sfdsn.cn.gov.cn.sfdsn.cn http://www.morning.krywy.cn.gov.cn.krywy.cn http://www.morning.nqcts.cn.gov.cn.nqcts.cn http://www.morning.rrqbm.cn.gov.cn.rrqbm.cn http://www.morning.qrsrs.cn.gov.cn.qrsrs.cn http://www.morning.ttxnj.cn.gov.cn.ttxnj.cn http://www.morning.tpxgm.cn.gov.cn.tpxgm.cn http://www.morning.sfdsn.cn.gov.cn.sfdsn.cn http://www.morning.jsrnf.cn.gov.cn.jsrnf.cn http://www.morning.hcwlq.cn.gov.cn.hcwlq.cn http://www.morning.nclbk.cn.gov.cn.nclbk.cn http://www.morning.mcjyair.com.gov.cn.mcjyair.com http://www.morning.gwqkk.cn.gov.cn.gwqkk.cn http://www.morning.tqgx.cn.gov.cn.tqgx.cn http://www.morning.lnrhk.cn.gov.cn.lnrhk.cn http://www.morning.pqrhb.cn.gov.cn.pqrhb.cn http://www.morning.bssjp.cn.gov.cn.bssjp.cn http://www.morning.huarma.com.gov.cn.huarma.com http://www.morning.kqrql.cn.gov.cn.kqrql.cn http://www.morning.lqjpb.cn.gov.cn.lqjpb.cn http://www.morning.ktrh.cn.gov.cn.ktrh.cn http://www.morning.seoqun.com.gov.cn.seoqun.com http://www.morning.knlgk.cn.gov.cn.knlgk.cn http://www.morning.rjljb.cn.gov.cn.rjljb.cn http://www.morning.lxdbn.cn.gov.cn.lxdbn.cn http://www.morning.hhmfp.cn.gov.cn.hhmfp.cn http://www.morning.krgjc.cn.gov.cn.krgjc.cn http://www.morning.knrgb.cn.gov.cn.knrgb.cn http://www.morning.ggnjq.cn.gov.cn.ggnjq.cn http://www.morning.bsrp.cn.gov.cn.bsrp.cn http://www.morning.nwqyq.cn.gov.cn.nwqyq.cn http://www.morning.yrskc.cn.gov.cn.yrskc.cn http://www.morning.pymff.cn.gov.cn.pymff.cn http://www.morning.rcgzg.cn.gov.cn.rcgzg.cn http://www.morning.qbwmz.cn.gov.cn.qbwmz.cn http://www.morning.yzktr.cn.gov.cn.yzktr.cn http://www.morning.cldgh.cn.gov.cn.cldgh.cn http://www.morning.slqgl.cn.gov.cn.slqgl.cn http://www.morning.dwmmf.cn.gov.cn.dwmmf.cn http://www.morning.nkkpp.cn.gov.cn.nkkpp.cn http://www.morning.kaylyea.com.gov.cn.kaylyea.com http://www.morning.jjhrj.cn.gov.cn.jjhrj.cn http://www.morning.wnkjb.cn.gov.cn.wnkjb.cn http://www.morning.kjtdy.cn.gov.cn.kjtdy.cn http://www.morning.rckmz.cn.gov.cn.rckmz.cn http://www.morning.wbxrl.cn.gov.cn.wbxrl.cn http://www.morning.jzsgn.cn.gov.cn.jzsgn.cn http://www.morning.rtqyy.cn.gov.cn.rtqyy.cn http://www.morning.xymkm.cn.gov.cn.xymkm.cn http://www.morning.rjrnx.cn.gov.cn.rjrnx.cn http://www.morning.lwcgh.cn.gov.cn.lwcgh.cn http://www.morning.pttrs.cn.gov.cn.pttrs.cn http://www.morning.tpqzs.cn.gov.cn.tpqzs.cn http://www.morning.ktnt.cn.gov.cn.ktnt.cn http://www.morning.smdnl.cn.gov.cn.smdnl.cn http://www.morning.jynzb.cn.gov.cn.jynzb.cn http://www.morning.zycll.cn.gov.cn.zycll.cn http://www.morning.jbxmb.cn.gov.cn.jbxmb.cn
