《科學(xué)》最新發(fā)現(xiàn)：大腦可與腸道細(xì)菌直接對(duì)話！

在我們的身體內(nèi)，超過(guò)一半的細(xì)胞不是人類(lèi)細(xì)胞，而是與我們共生的微生物。其中，腸道成為微生物最重要的聚集場(chǎng)所。數(shù)萬(wàn)億個(gè)以細(xì)菌為主的微生物組成的群落，在這里塑造了我們的健康狀況，而微生物群落的失衡已經(jīng)被證實(shí)與多種疾病密切相關(guān)——從腸道疾病，到糖尿病、肥胖這些代謝疾病，甚至是神經(jīng)系統(tǒng)疾病。而將微生物與多種疾病聯(lián)系起來(lái)的關(guān)鍵，就是腦-腸軸。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，宿主與腸道微生物相互依賴，而連接中樞神經(jīng)系統(tǒng)與胃腸道的腦-腸軸在其中扮演著重要角色。微生物群落釋放的化合物隨著血液循環(huán)，通過(guò)腦-腸軸調(diào)控宿主的免疫反應(yīng)、新陳代謝和大腦功能等生理功能。然而，大腦的神經(jīng)元能否直接感知細(xì)菌的組分、細(xì)菌能否通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)元來(lái)調(diào)控生理過(guò)程，仍是未知數(shù)。

在最新一期《科學(xué)》雜志中，來(lái)自法國(guó)巴斯德研究所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家揭示了大腦與腸道細(xì)菌之間的神秘聯(lián)系。他們?cè)谛∈竽Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，下丘腦神經(jīng)元能直接檢測(cè)腸道細(xì)菌活動(dòng)的變化，并根據(jù)其變化調(diào)節(jié)食欲與體溫等生理過(guò)程。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)證明了腸道微生物與大腦神經(jīng)元之間存在直接交流，或?qū)樘悄虿　⒎逝值却x失調(diào)提供新的治療思路。

研究團(tuán)隊(duì)聚焦于核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域2（Nod2）受體。這種模式識(shí)別受體存在于絕大多數(shù)免疫細(xì)胞中，可以幫助免疫系統(tǒng)識(shí)別細(xì)菌細(xì)胞壁的片段——胞壁肽。此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，編碼Nod2受體的基因突變，與克羅恩病等代謝疾病，以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病和情緒障礙相關(guān)。但是，這些研究不足以證明大腦中的神經(jīng)元活動(dòng)與腸道中的細(xì)菌活動(dòng)存在直接關(guān)系。

在最新論文中，研究團(tuán)隊(duì)使用腦成像技術(shù)，觀察到小鼠大腦不同區(qū)域（尤其是下丘腦）的神經(jīng)元都表達(dá)Nod2受體。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與腸道細(xì)菌的胞壁肽接觸時(shí)，神經(jīng)元的電活動(dòng)受到抑制。

而當(dāng)Nod2在下丘腦的抑制性γ-氨基丁酸神經(jīng)元中被特異性敲除，這些神經(jīng)元就不再受到胞壁肽的抑制，這時(shí)大腦失去對(duì)食物攝入和體溫等過(guò)程的控制能力。結(jié)果是小鼠（尤其是老年雌性個(gè)體）體重上漲，并且更容易患2型糖尿病。

▲該研究的小鼠實(shí)驗(yàn)示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

由此，該研究證明了神經(jīng)元可以直接感知細(xì)菌的胞壁肽，此前人們認(rèn)為這個(gè)過(guò)程需要免疫細(xì)胞的參與。

這項(xiàng)研究說(shuō)明，神經(jīng)元可以檢測(cè)細(xì)菌的活動(dòng)，例如繁衍與死亡，從而直接判斷食物攝入對(duì)于腸道平衡的影響。特定食物的過(guò)量攝入可能刺激某些細(xì)菌或病原體不成比例地增長(zhǎng)，因此危害腸道微生物組的平衡。

▲下丘腦的Nod2參與調(diào)控體重與體溫（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

胞壁肽對(duì)下丘腦神經(jīng)元和代謝的影響，也讓人們開(kāi)始關(guān)注其對(duì)于其他大腦功能的潛在影響，并有望幫助我們理解特定大腦疾病與Nod2基因突變的關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也為其他神經(jīng)科學(xué)、免疫學(xué)與微生物學(xué)的交叉學(xué)科研究指明了方向。

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Ilana Gabanyi et al., Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature. Science (2022) DOI: 10.1126/science.abj3986

[2] Decoding a direct dialog between the gut microbiota and the brain. Retrieved Apr. 15, 2022 from https://medicalxpress.com/news/2022-04-decoding-dialog-gut-microbiota-brain.html