存在于大腦的一種腸道菌，AKK菌。圖片來源：piscesweb
腸道菌群與大腦功能相關(guān)聯(lián)的觀點已被科學(xué)界接納，但以往科學(xué)研究都認(rèn)為其是以間接方式影響。最新研究告訴我們，腸道菌群本身就棲息在大腦里，類型多達(dá)3種，這并不是病人才有的特征，即使是健康人也同樣存在。至于它怎么進(jìn)去的，對大腦是有益有害還并不知曉。腸道菌群能突破血腦屏障進(jìn)入大腦已經(jīng)是革命性的發(fā)現(xiàn)。
撰文丨李曉慧
在每一個人的腸道中，都生活著數(shù)萬億微生物，它們與人之間有著復(fù)雜而微妙的關(guān)系，甚至有科學(xué)家將其稱為人體的另一個器官，甚至另一個“你”。
有很多研究認(rèn)為腸道菌群與人的情緒、行為甚至是大腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)聯(lián)，但這種關(guān)聯(lián)往往是間接的。但最近，在美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會年會上，一張海報展示了腸道菌群入侵并棲息于健康人類大腦細(xì)胞的高分辨率顯微鏡圖像。
這引起了與會者的關(guān)注，因為這是此前從未在人腦中發(fā)現(xiàn)過的。腸道微生物如何能夠通過“嚴(yán)密”的血腦屏障？這是否意味著腸道菌群可以直接對大腦產(chǎn)生影響？這一研究的領(lǐng)導(dǎo)者神經(jīng)解剖學(xué)家Rosalinda Roberts將繼續(xù)深入探尋背后的原因，而其它科學(xué)家認(rèn)為如果這一發(fā)現(xiàn)成真，那將是革命性的成果。
腸道菌群影響大腦
腸道菌群，是生存在人腸道里的大量微生物群落，它的數(shù)量比組成人本身的細(xì)胞數(shù)量還要多。近年來，很多研究逐漸揭示了腸道菌群是如何影響著人的整體健康，消化系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、精神系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病等等都與它有聯(lián)系。大多數(shù)研究都認(rèn)為腸道菌群會釋放毒素或影響免疫系統(tǒng)，進(jìn)而對大腦造成影響。
2011年，就有研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可以影響人的思維，改變大腦中的化學(xué)反應(yīng)，并影響人的情緒和行為。愛爾蘭神經(jīng)科學(xué)家John Cryan曾在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上刊文稱，給予小鼠鼠李糖乳桿菌6周后，小鼠表現(xiàn)出了較少的壓力和焦慮跡象。在這些小鼠的大腦中，研究人員發(fā)現(xiàn)編碼神經(jīng)遞質(zhì)GABA（γ-氨基丁酸）受體部分的基因活性發(fā)生了變化。
美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員2018年在Cell上發(fā)表的文章表明，高脂肪低碳水化合物的生酮飲食可以大幅改變小鼠的腸道菌群，而這可以阻止小鼠的癲癇發(fā)作，其中艾克曼菌和放線棒菌發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究者認(rèn)為，是腸道細(xì)菌間接地影響了大腦，這些細(xì)菌影響了大腦中海馬體的神經(jīng)遞質(zhì)水平，而海馬體被認(rèn)為在擴(kuò)散癲癇中起著重要作用。
美國阿拉巴馬大學(xué)神經(jīng)解剖學(xué)家Rosalinda Roberts此次展示的大腦中的腸道菌群圖像，可能意味著腸道菌群與大腦有著更親密的關(guān)系。沒有參與此項研究的美國加利福尼亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Ronald McGregor在接受媒體采訪時表示，“這是本周的熱門話題，這就像是在大腦中有一個全新的分子工廠，這讓人非常興奮?！?/span>
腸道菌群棲息于大腦？
在神經(jīng)解剖學(xué)家Rosalinda Roberts的實驗室中，研究人員通過檢查死亡數(shù)小時內(nèi)的腦組織切片，尋找健康人與精神分裂癥患者之間的差異。大約在5年前，神經(jīng)科學(xué)家Courtney Walker對腦組織切片圖像中未被識別的棒狀物產(chǎn)生了興趣。Roberts以前也發(fā)現(xiàn)過這些棒狀物，但是她并沒有在意，Walker則一直在堅持。
Roberts曾向大學(xué)中的其它研究人員詢問這些棒狀物是什么。就在今年，一個細(xì)菌學(xué)家給了她一個意想不到的信息：那些東西是細(xì)菌?，F(xiàn)在，Roberts在他們所檢查的每一個大腦中的某些部位都發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌。其中約有一半是健康人的大腦，而另外一半來自精神分裂癥患者。
人類大腦切片里面存在細(xì)菌。圖片： ROSALINDA ROBERTS
Roberts希望知道，在人死亡之后和大腦移除之前的這幾個小時內(nèi)，腸道細(xì)菌是否有可能“滲透”到大腦中。她觀察了健康的小鼠大腦，這些大腦在小鼠被殺后立即進(jìn)行保存，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了更多細(xì)菌。之后，他們又檢查了無菌小鼠的大腦，無菌小鼠身體中完全沒有可檢測到的微生物，死后它們的大腦中也并未發(fā)現(xiàn)微生物。這似乎排除了死后感染細(xì)菌的可能性。
RNA的測序結(jié)果揭示，大部分細(xì)菌都屬于在腸道內(nèi)比較常見的三類細(xì)菌，分別為厚壁菌、變形桿菌以及擬桿菌。這些細(xì)菌如何進(jìn)入人類大腦？研究人員目前還不清楚。因為大腦是一個受保護(hù)的環(huán)境，圍繞其血管的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)會阻擋血液內(nèi)容物，細(xì)菌和病毒如果能夠穿過這種血腦屏障，則會有危及生命的風(fēng)險。
目前，據(jù)研究人員猜測，它們有可能是從血管中穿過，從腸道向上進(jìn)入神經(jīng)，或者甚至有可能通過鼻子進(jìn)入大腦。
有益還是有害？
在死后人體大腦中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌在腸道中含量豐富，并對人的健康產(chǎn)生影響。美國華盛頓大學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)教授Jeffrey Gordon及其研究團(tuán)隊曾經(jīng)在Nature上發(fā)表研究稱，與瘦子的菌群組成相比，腸道中含量最豐富的兩類細(xì)菌厚壁菌門和擬桿菌門在胖子中含量更多。
圖片來源：pixabay
但是這些同類細(xì)菌出現(xiàn)在大腦中，是對人有益還是有害？研究者還不能確定。他們沒有看到任何跡象表明它們對人造成了傷害，而且他們也未量化或者系統(tǒng)比較過精神分裂癥和健康大腦中的這些細(xì)菌。
在對大腦切片顯微照片的初步調(diào)查中，Robertsde 研究小組觀察到腦中的細(xì)菌具有令人費解的偏好。它們傾向棲息在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元相互作用，它能夠引導(dǎo)神經(jīng)元的移動，并能維持神經(jīng)元周圍的離子平衡。圍繞在血腦屏障血管的星形膠質(zhì)細(xì)胞末端及其周圍，也同樣是這些微生物的聚集地。Roberts目前還無法解釋這些偏好，但她考慮，這些細(xì)菌是否是被這些腦細(xì)胞中的脂肪和糖所吸引。
未知還有很多
現(xiàn)在，Roberts對她的研究發(fā)現(xiàn)依然比較謹(jǐn)慎，她稱他們從尸體中采集的組織樣本有被污染的可能性，未來她的團(tuán)隊仍然需要排除污染。這些污染可能來源于空氣或手術(shù)器械上的微生物，它們是否有可能在大腦切除過程中進(jìn)入組織？她正在計劃尋找這樣的證據(jù)。另外，在小鼠研究中，她也需要排除那些可能在小鼠大腦中引入或者培養(yǎng)細(xì)菌的方案。
為什么此前沒有人發(fā)現(xiàn)腦中的腸道細(xì)菌？為什么沒有更多的研究人員發(fā)現(xiàn)這一情況？ Roberts認(rèn)為，其中一個原因可能是很少有研究人員將尸檢大腦用于電子顯微鏡檢查。 而且很多神經(jīng)科學(xué)家可能就像此前的Roberts一樣，無視或者未能識別他們樣本中的細(xì)菌。
大腦中是否真的有Roberts提出的“大腦微生物組”？美國馬里蘭大學(xué)精神病學(xué)家Teodor Postolache在接受媒體采訪中稱，這依然需要更多的研究。Postolache曾經(jīng)研究過弓形蟲侵入大腦，但卻并不引起顯著疾病的情況。對于Roberts的發(fā)現(xiàn)，他并不感到意外。他說，“在大腦中發(fā)現(xiàn)其它的東西并不令我感到意外，不過，如果真的有此發(fā)現(xiàn)，這將是革命性的?！比绻@些常見的腸道細(xì)菌在大腦中是常規(guī)和溫和地存在，那么它們可能在調(diào)控大腦免疫活動中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用?！斑@還需要很長的路來進(jìn)行證明，”他說，“但是，這是一條激動人心的道路?！?/span>
參考鏈接：
https://abstractsonline.com/pp8/#!/4649/presentation/32057
https://www.sciencemag.org/news/2018/11/do-gut-bacteria-make-second-home-our-brains
https://www.cell.com/pb-assets/journals/research/cell/Online%20Now%20PDfs/cell9920r.pdf?code=cell-site
http://www.pnas.org/content/108/38/16050
https://www.nature.com/articles/nature05414
《環(huán)球科學(xué)》11月刊現(xiàn)已上市
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