科學家揭秘：腸道微生物是如何與大腦交流的

腸道微生物是近年來十分熱門的一個研究領域。最近的研究表明，它們可以影響人類的健康、行為和某些神經疾病，比如自閉症。但是它們如何與大腦交流呢？來自伊利諾伊大學的一項新研究結果表明，某些腸道細菌和大腦代謝物之間存在著一種溝通途徑，這種途徑是通過一種名為皮質醇的血液化合物來實現的。出乎意料的是，這一發現提供了一種解釋自閉症特徵的潛在機制。該研究於近日發表於Gut Microbes上。

「在嬰兒期，神經代謝的改變對大腦發育有深遠的影響，微生物或者說居住在我們腸道內的細菌、真菌和病毒的集合在這個過程中扮演著重要的角色。」 伊利諾伊大學神經科學項目的博士生Austin Mudd說。「然而，目前還不清楚哪些特定的腸道細菌在大腦發育過程中影響最強，以及哪些因素可能會影響腸道和大腦的關係。」

研究人員研究了1個月大的小豬，它們與人類嬰兒的腸道和大腦發育非常相似。研究人員首先確定了豬的糞便和升結腸內容物中細菌的相對丰度，然後測量血液和大腦中某些化合物的濃度。

Mudd說:「把小豬作為代替人類嬰兒的動物模型，為研究發育的各個方面提供了獨有的機會，因為在人類嬰兒身上收集數據往往更加困難或面臨倫理上的挑戰性。例如，在這項研究中，我們想看看是否能在豬的糞便中發現可以預測血液和大腦中化合物濃度的細菌，這兩者在嬰兒身上都難以表現。」

研究人員首先鑒定了糞便細菌和大腦代謝物之間的預測關係。他們發現，Bacteroides（擬桿菌屬）和Clostridium（梭菌屬）都預示著高濃度的肌醇，Butyricimonas能預測N-乙醯天冬氨酸（NAA）水平，Bacteroides也能預測大腦中總肌酸的水平。此外，當小豬糞便中Ruminococcus（瘤胃球菌屬）含量更豐富時，大腦內NAA含量較低。

「已經發現，在被診斷為自閉症譜系障礙（ASD）的個體中，這些大腦代謝物發生改變，但以前沒有研究發現菌屬和這些特定的代謝物之間存在獨特聯繫。」Mudd指出。

接下來是確定這四種細菌是否能預測血液中的化合物。「血液生物標誌物是可以從嬰兒身上收集的臨床相關的樣本。直接研究嬰兒大腦當然更好，但讓嬰兒進行成像在邏輯上和倫理上都是困難的。但是，我們可以從嬰兒身上獲取糞便和血液。」 伊利諾伊大學動物科學部門的副教授Ryan Dilger說。

研究人員發現，糞便微生物組和5-羥色胺及皮質醇之間存在預測關係。具體來說，Bacteroides與較高5-羥色胺水平有關，而Ruminococcus預示著5-羥色胺和皮質醇的濃度較低。Clostridium和Butyricimonas與任何一種化合物都沒有密切關聯。

Mudd說，結果支持了先前與ASD有關的發現。「血清中5-羥色胺和皮質醇的改變，以及糞便中Bacteroides和Ruminococcus的水平，都在ASD個體中被提及過。」

根據他們最初的分析，研究人員想知道Ruminococcus，皮質醇和NAA三者之間是否存在關係。他們使用了一種名為中介分析（Mediation Analysis）的統計方法，發現血清皮質醇介導了糞便Ruminococcus丰度和腦NAA濃度之間的關係。換句話說，Ruminococcus似乎是通過皮質醇間接與大腦進行交流併產生變化的。

Mudd說：「最初，我們研究的是腸道微生物群、血液生物標誌物和大腦代謝物之間的關係。但當我們著眼於調查確定的關聯時，研究將我們引導向了已報道的自閉症文獻。我們保持謹慎態度，不希望在沒有臨床干預試驗的支持下誇大我們的發現，但我們猜測這可能是導致自閉症異質性癥狀的一個影響因素。」

參考資料：1）Serum cortisol mediates the relationship between fecal Ruminococcus and brain N-acetylaspartate in the young pig

2）Gut microbes may talk to the brain through cortisol

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