腸道微生物是近年來(lái)十分熱門(mén)的一個(gè)研究領(lǐng)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(jīng)疾病，比如自閉癥。但是它們?nèi)绾闻c大腦交流呢?來(lái)自伊利諾伊大學(xué)的一項(xiàng)新研究結(jié)果表明，某些腸道細(xì)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(guò)一種名為皮質(zhì)醇的血液化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。出乎意料的是，這一發(fā)現(xiàn)提供了一種解釋自閉癥特征的潛在機(jī)制。該研究于近日發(fā)表于Gut Microbes上。
“在嬰兒期，神經(jīng)代謝的改變對(duì)大腦發(fā)育有深遠(yuǎn)的影響，微生物或者說(shuō)居住在我們腸道內(nèi)的細(xì)菌、真菌和病毒的集合在這個(gè)過(guò)程中扮演著重要的角色。” 伊利諾伊大學(xué)神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目的博士生Austin Mudd說(shuō)。“然而，目前還不清楚哪些特定的腸道細(xì)菌在大腦發(fā)育過(guò)程中影響最強(qiáng)，以及哪些因素可能會(huì)影響腸道和大腦的關(guān)系。”
研究人員研究了1個(gè)月大的小豬，它們與人類嬰兒的腸道和大腦發(fā)育非常相似。研究人員首先確定了豬的糞便和升結(jié)腸內(nèi)容物中細(xì)菌的相對(duì)豐度，然后測(cè)量血液和大腦中某些化合物的濃度。
Mudd說(shuō):“把小豬作為代替人類嬰兒的動(dòng)物模型，為研究發(fā)育的各個(gè)方面提供了獨(dú)有的機(jī)會(huì)，因?yàn)樵谌祟悑雰荷砩鲜占瘮?shù)據(jù)往往更加困難或面臨倫理上的挑戰(zhàn)性。例如，在這項(xiàng)研究中，我們想看看是否能在豬的糞便中發(fā)現(xiàn)可以預(yù)測(cè)血液和大腦中化合物濃度的細(xì)菌，這兩者在嬰兒身上都難以表現(xiàn)。”
腸道微生物豐度與大腦代謝物濃度之間存在關(guān)聯(lián)
研究人員首先鑒定了糞便細(xì)菌和大腦代謝物之間的預(yù)測(cè)關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，Bacteroides(擬桿菌屬)和Clostridium(梭菌屬)都預(yù)示著高濃度的肌醇，Butyricimonas能預(yù)測(cè)N-乙酰天冬氨酸(NAA)水平，Bacteroides也能預(yù)測(cè)大腦中總肌酸的水平。此外，當(dāng)小豬糞便中Ruminococcus(瘤胃球菌屬)含量更豐富時(shí)，大腦內(nèi)NAA含量較低。
“已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在被診斷為自閉癥譜系障礙(ASD)的個(gè)體中，這些大腦代謝物發(fā)生改變，但以前沒(méi)有研究發(fā)現(xiàn)菌屬和這些特定的代謝物之間存在獨(dú)特聯(lián)系。”Mudd指出。
兩種腸道微生物與5-羥色胺和皮質(zhì)醇濃度有關(guān)
接下來(lái)是確定這四種細(xì)菌是否能預(yù)測(cè)血液中的化合物。“血液生物標(biāo)志物是可以從嬰兒身上收集的臨床相關(guān)的樣本。直接研究嬰兒大腦當(dāng)然更好，但讓嬰兒進(jìn)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(xué)動(dòng)物科學(xué)部門(mén)的副教授Ryan Dilger說(shuō)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，糞便微生物組和5-羥色胺及皮質(zhì)醇之間存在預(yù)測(cè)關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，Bacteroides與較高5-羥色胺水平有關(guān)，而Ruminococcus預(yù)示著5-羥色胺和皮質(zhì)醇的濃度較低。Clostridium和Butyricimonas與任何一種化合物都沒(méi)有密切關(guān)聯(lián)。
Mudd說(shuō)，結(jié)果支持了先前與ASD有關(guān)的發(fā)現(xiàn)。“血清中5-羥色胺和皮質(zhì)醇的改變，以及糞便中Bacteroides和Ruminococcus的水平，都在ASD個(gè)體中被提及過(guò)。”
Ruminococcus通過(guò)皮質(zhì)醇與大腦交流
根據(jù)他們最初的分析，研究人員想知道Ruminococcus，皮質(zhì)醇和NAA三者之間是否存在關(guān)系。他們使用了一種名為中介分析(Mediation Analysis)的統(tǒng)計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)血清皮質(zhì)醇介導(dǎo)了糞便Ruminococcus豐度和腦NAA濃度之間的關(guān)系。換句話說(shuō)，Ruminococcus似乎是通過(guò)皮質(zhì)醇間接與大腦進(jìn)行交流并產(chǎn)生變化的。
Mudd說(shuō)：“最初，我們研究的是腸道微生物群、血液生物標(biāo)志物和大腦代謝物之間的關(guān)系。但當(dāng)我們著眼于調(diào)查確定的關(guān)聯(lián)時(shí)，研究將我們引導(dǎo)向了已報(bào)道的自閉癥文獻(xiàn)。我們保持謹(jǐn)慎態(tài)度，不希望在沒(méi)有臨床干預(yù)試驗(yàn)的支持下夸大我們的發(fā)現(xiàn)，但我們猜測(cè)這可能是導(dǎo)致自閉癥異質(zhì)性癥狀的一個(gè)影響因素。”
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