肠道中的细菌与大脑有直接的联系

- 编辑:大众自然网 -

肠道中的细菌与大脑有直接的联系

由于拥有1亿个神经元,肠道赢得了身体“第二大脑”的美誉——与真正的大脑相对应,负责管理肠道肌肉活动和酶分泌等事务。越来越多的科学家正在寻求了解肠道神经元如何与大脑神经元相互作用,以及这一过程的失败如何可能导致疾病。

现在,新的研究表明,肠道细菌在这些神经元的交流中扮演着直接的角色,决定着肠道运动的步伐。这项在老鼠身上进行并发表在《自然》杂志上的研究表明,我们的神经系统和微生物群之间存在着显著程度的交流。它也可能对治疗胃肠道疾病有影响。

洛克菲勒大学的副教授、粘膜免疫学实验室主任丹尼尔·穆西达(Daniel Mucida)说:“我们描述了微生物是如何调节始于肠道、进入大脑、再回到肠道的神经回路的。”“这个回路中的一些神经元与肠易激综合症有关,所以这个回路的失调可能导致肠易激综合症。”

这项工作由穆利达实验室的前研究生保罗·a·穆勒(Paul a . Muller)领导。

微生物如何控制能动性

为了了解中枢神经系统是如何感知肠道内微生物的,Mucida和他的同事们分析了完全缺乏微生物的老鼠的肠道连接神经元,也就是所谓的无菌老鼠,它们从出生起就在一个隔离的环境中生长,只给予彻底消毒的食物和水。他们发现,在无菌小鼠中,一些与内脏相连的神经元比对照组更活跃,并且表达了高水平的名为“首席财务官”(cFos)的基因,这是神经元活动的标志。

神经元活动的增加反过来又导致食物在老鼠消化道的移动比平时更慢。当研究人员给无菌小鼠服用一种药物来抑制这些肠道神经元时,他们发现肠道运动加速了。

神经元是如何感知肠道微生物存在的尚不清楚,但Mucida和他的同事们发现了线索,关键可能是一组被称为短链脂肪酸的化合物,它们是由肠道细菌产生的。他们发现,老鼠内脏中这些脂肪酸的含量越低,与与内脏相连的神经元的活动就越活跃。当他们提高这些化合物在动物肠道中的含量时,它们肠道神经元的活性就会下降。其他随菌群变化的微生物化合物和肠道激素也被发现调节神经活动,这表明在这个循环中还有其他的参与者。

神经元控制

然而,进一步的实验揭示了一个谜题。科学家发现,由于缺少微生物而激活的特定类型的与肠道相连的神经元不会延伸到暴露的肠道表面,这表明它们无法直接感知脂肪酸水平。

因此,Mucida和他的同事们决定追溯这个回路,并在无菌小鼠中发现一组脑干神经元,它们表现出更强的活性。当研究人员操纵对照组小鼠,让它们特别激活这些神经元时,它们发现肠道神经元的活动增加了,而肠道活动力减少了。

研究人员继续逆向工作,接下来将注意力集中在从肠道向脑干发送信号的感觉神经元上。他们的实验显示,这些感觉神经元延伸到肠道接触高浓度微生物化合物(包括脂肪酸)区域的界面。他们关闭这些神经元,以模拟缺少脂肪酸或相关肠道信号的无菌小鼠的情况,并观察脑干中激活的神经元,以及控制肠道运动的肠道神经元的激活。

穆奇达说:“我们追踪了整个循环,发现肠道外的神经元可以被肠道内发生的事情控制。”“在这里确定的回路可能参与额外的肠-脑双向交互作用,这是有可能的,这可能影响一些肠道和神经系统疾病,包括肠易激综合症,甚至行为异常。”