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“腦洞大開”—腸道細菌左右你的大腦?

 古道寒陽 2015-08-10

  神馬?小小的腸道細菌還能“山高皇帝遠”的影響大腦、影響神經(jīng)、影響情緒? !

  我讀書少,你可不要騙我啊!——小編真的沒有忽悠您,最近這個話題在在科學界可是很fashion(火熱流行)噠~

  *熱心腸先生注:“小編”是來自清華大學微生物學實驗室的“愛吃椰子博士”,定期為熱心腸先生撰稿。

  近年來,進展飛速的科學研究已經(jīng)成功發(fā)現(xiàn)了復雜的人類微生物組與肥胖、糖尿病、營養(yǎng)不良等眾多疾病之間密切的聯(lián)系。

  有些人認為,大腦和行為,就是下一個最有前途和希望的微生物研究“解鎖項目”!

  

  腸道微生物可能對我們的大腦和行為有著重要的直接影響

  圖片:Dave Cutler

  從腸道到大腦,插圖好棒是不是?對了,還記得咱有一期講過的影響食欲的“腸腦”嗎?

  《美國國家科學院院刊》(PNAS)7月28日發(fā)表專題文章《Microbes on the mind》,討論腸道微生物是不是真的在大腦和行為中的起到關鍵作用。

  《紐約時報》6月28日的一篇專題報道也以《腸道中的細菌能解釋你的心情嗎?》為題,講述了眾科學家多年來的努力和成果,感嘆“我們腸道內(nèi)豐富的微生物可以告訴我們的,實在是比以前能想到的多太多了!”

  從懷疑到重視

  揭開“神秘聯(lián)系”的面紗

  2014年,美國神經(jīng)科學學會首次舉行了的“大腦-微生物組連接”研討會。

  近日,美國國家心理健康研究所(NIMH)資助100萬美元,支持相關的研究計劃,海軍研究辦公室也正在預計在2016年9月,將研究資金增加到330萬美元。

  其實,即使是最富有創(chuàng)新精神的科學界,一開始也免不了對“腸道細菌影響宿主神經(jīng)系統(tǒng)”如此腦洞大開的理論表示難以接受,也有一個從懷疑到重視的過程。

  比如,早在1990年,科學家Lyte就提出了“Stress壓力->Immune免疫->Disease疾病”的理論,并開展了很多實驗探究微生物是怎樣響應宿主的壓力、以及探究微生物能否誘發(fā)宿主的壓力。

  然而無論是1998年他試圖發(fā)表研究成果,還是2008年在會議上做報告,都受到了科學界很大的甚至不留情面的質疑,“細菌這管的也太寬了吧?!”

  直到2011年,隨著世界各地類似研究的不斷增多,在他發(fā)表了第二篇理論文章,提出可以將益生菌“定制”以針對性的治療特定的心理疾病時,科學界才變得更加能夠接受這個“瘋狂”的主意。

  目前,已經(jīng)有很多研究表明,細菌及其“副產(chǎn)品”可主要通過激活神經(jīng)纖維,或者通過調(diào)節(jié)宿主機體的免疫激素、神經(jīng)化學系統(tǒng),對大腦產(chǎn)生的影響。很可能輔助著神經(jīng)、大腦生物化學、行為,特別是與壓力,焦慮和抑郁相關的正常發(fā)育。

  一些研究人員認為,腸道細菌的紊亂,在某些特定的神經(jīng)精神障礙中可能發(fā)揮著不可忽視的作用,例如,焦慮、抑郁和一些兒科疾病,包括自閉癥和多動癥,都已被證明與胃腸道異常有著密切的聯(lián)系。(熱心腸先生有“自閉癥”與腸道菌群的專題文章哦?。?/font>

  事實說話

  “精靈鼠小弟”實驗

  

  生來就沒有菌群,并且在無菌隔離器中長大的無菌小鼠,在幫助我們理解菌群作用的道路上,可以說功勞大大的!

  科學向來是靠實驗說話的,就讓我們來看看幾個相關、好玩的小鼠實驗吧!

  《美國國家科學院院刊》中的一篇論文顯示:盡管面對壓力時候,無菌小鼠的荷爾蒙水平也會升高,但它們在行動上卻看似更為“淡定”——不那么焦慮,不那么謹慎,在正常老鼠會盡量“少待為妙”的開放、暴露的空間中“撒歡奔跑”的時間更久,會遠多于對照組的正常小鼠。

 ?。樯缎【幮岢隽艘唤z“傻大膽”的氣息)看來,這些無菌小鼠的研究表明,形成正常的焦慮和壓力反應,需要腸道菌群的幫助??!

  一項研究發(fā)現(xiàn),當“被迫獲得”了2株脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)中的1株,小鼠會表現(xiàn)出十分異常的溝通和重復性行為,比如“強迫癥”一樣的埋彈珠,埋呀埋呀埋個不停。

  作為寶寶最初菌群“種子“的產(chǎn)婦陰道微生物,會被壓力所影響。

  最新實驗發(fā)現(xiàn),如果感受到壓力,懷孕早期的鼠媽媽們陰道中的乳酸菌會減少,而它們的鼠寶寶腸道中乳酸菌也會減少,鼠寶寶大腦中與神經(jīng)信號有關的多個氨基酸”供應量“也會下降。

  下一步,科學家計劃用“沒壓力“的鼠媽媽的陰道細菌來治療”有壓力”鼠媽媽所生的幼崽,看看能否減輕他們神經(jīng)缺陷,從而尋找細菌和神經(jīng)之間相互作用的機制。

  難以理解

  細菌和大腦有“毛線”關系?

  說到這,估計列位看官就要問了:你說這腸道菌群和肥胖、糖尿病有關,我們還能理解,畢竟人家是在腸道里,和消化代謝脫不開干系;你說和免疫有關呢,人家本身是菌,和免疫系統(tǒng)“互動”也說得通。

  但是,你非說細菌和我們的大腦,這看似“八竿子打不到”的,實在想象不出來,能有啥關系啊!

  那么,細菌和大腦,到底是不是“完全不搭界”呢??

  其實,我們腸道內(nèi)的微生物分泌著大量的化學物質,不但有和代謝、免疫相關的因子,也包括了與我們的神經(jīng)細胞用來溝通和調(diào)節(jié)情緒的物質相同的東西——多巴胺、血清素和γ-氨基丁酸(GABA)等等。

  因此,科學家正在試圖證明:腸道微生物與神經(jīng)系統(tǒng)之間的交流所用的“語言”,正是與我們大腦用來中轉、傳遞信息的“語言”,某些神經(jīng)化學物質一樣!

  最近的研究表明,小鼠如果在懷孕期間受到壓力,傳遞給幼崽的某種細菌將會變少,這種類型的細菌釋放GABA的數(shù)量巨大,而GABA正是一種抑制性的神經(jīng)遞質,起到讓神經(jīng)活動的“平靜”下來的效果。

  最常見的抗焦慮藥物,像安定和阿普唑侖,工作原理都是靶向GABA受體。

  另外,幾個研究小組的研究報告均顯示: 無菌小鼠大腦皮層和海馬體中的神經(jīng)生長因子BDNF的水平的都比健康小鼠的正常值要低。

  同時,越來越多的證據(jù)表明:對于許多心理疾病來說,能夠干預的“關鍵窗口期“是非常有限的。

  例如,自閉癥就是源于大腦早期發(fā)育中存在的問題;而精神分裂癥,至少部分應歸咎于由于青春期和成年早期大腦成熟過程的缺陷。

  同樣的, 菌群對壓力和焦慮相關的神經(jīng)回路的影響也顯現(xiàn)出了“關鍵時期“。已經(jīng)有證據(jù)表明,細菌可影響早期的大腦回路: 研究人員發(fā)現(xiàn),腸道細菌可以扭轉無菌小鼠的某些行為異常,但只有在10周齡以前處理才有效果。

  另一項研究發(fā)現(xiàn),無菌小鼠壓力應激激素水平的升高,可在6周齡被腸道菌群植入所逆轉,但在14周齡的成年期就不行。

  這說明,菌群的存在或缺失可以塑造神經(jīng)回路對壓力的控制和焦慮,但這些回路一旦在無菌小鼠中錯誤的形成,就會很難在生命后期使用菌群進行干預。

  是不是正與心理疾病的“關鍵窗口期“不謀而合?這很可能不只是一個巧合——如果能證明菌群在大腦發(fā)育的敏感階段發(fā)揮關鍵作用,那么其作為一種潛在治療靶標的可能性將極大增加!

  意義重大

  改變細菌,來對抗心理疾病

  為什么科學家們?nèi)绱思庇诮忾_細菌、行為、生物化學之間這個錯綜復雜的關系呢?——沒錯,一大動機就是:菌群靶向的治療很有可能將成為治療心理健康問題的有力工具!

  想想看,也許有一天,我們可以使用微生物來診斷神經(jīng)發(fā)育障礙,治療心理疾病,甚至修復大腦中的某些問題。多么令人興奮?。?/font>

  不但可以為我們現(xiàn)在還不夠理想的精神疾病治療手段,“指出”一條新的發(fā)展路徑,還可以作為改進現(xiàn)有方法的突破口。

  而且,微生物移植不是侵入式腦部手術,正如一位科學家所說:“雖然改變一個病人的細菌可能會有點困難,但它仍然看起來比改變他的基因要簡單得多了!”

  雖然菌群干預到底會不會發(fā)展成為一種臨床可用的精神疾病療法還未可知,但已有實驗表明,特定菌株(或組合)不但能在小鼠中發(fā)揮作用,也的確能夠影響人類的大腦和行為!

  2011年發(fā)表的一項研究中,55例健康的志愿者在1個月中飲用含有Lactobacillus helveticus R0052 和B. longumR0175的這兩種益生菌的混合液。 在隨后的心理測試中,相比喝了安慰劑的志愿者,喝了菌液的志愿者們的抑郁、憤怒和敵意水平的顯著降低。

  今天的“腦洞大開”就為您介紹到這兒啦~~雖然菌群和神經(jīng)系統(tǒng)之間“互動”的作用機理還沒有解釋清楚,想要搞透徹還有很長很長的路要走,但我們有理由期待:這個“腦洞大開”的神秘聯(lián)系將為我們理解奇妙的生物世界,為精神疾病的治療和干預打開一片廣闊的新天地!

  科學,加油加油!

  參考資料

  1. News Feature: Microbes on the mind , Helen H. Shen, PNAS,July 28, 2015 vol. 112 no. 30,9143–9145

  www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1509590112

  2. Can the Bacteria in Your Gut Explain Your Mood? - Peter Andrey Smith, The New York Times June 23, 2015

  http://www./2015/06/28/magazine/can-the-bacteria-in-your-gut-explain-your-mood.html

  熱心腸先生原創(chuàng)文章!轉發(fā)請聯(lián)系:hui@xun.lu。

  熱心腸先生=熱心幫助人+搞腸道健康+清華理科男,清華98生物本科,02分子免疫學博士。我的自媒體只分享靠譜,不賣弄高深。科學可有爭論,文章更可探討,期待與您多交流。

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