作者|王聰 來源|生物世界(ID：ibioworld)

人類和其他哺乳動物一樣，身體被包括細(xì)菌、病毒和真菌在內(nèi)的數(shù)萬億微生物占據(jù)，這些微生物被統(tǒng)稱為共生菌群。從某種意義上來說，“人”是一個(gè)由人體和共生菌群的多元復(fù)合體。

人體腸道內(nèi)寄生著大量微生物，這些腸道微生物群，影響著人類肥胖、腸炎、自身免疫疾病、對癌癥治療藥物的反應(yīng)，甚至影響人類壽命等等。越來越多的證據(jù)揭示了人類與這些腸道微生物群之間的相互依賴程度，也強(qiáng)調(diào)了腦腸軸的重要性。

2022年4月15日，法國巴斯德研究所的研究團(tuán)隊(duì)在 Science 期刊發(fā)表了題為：Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature 的研究論文。

該研究揭示了下丘腦神經(jīng)元可以直接感知腸道細(xì)菌活動的變化，并相應(yīng)地調(diào)整食欲和體溫。這些發(fā)現(xiàn)表明，腸道微生物群和大腦之間發(fā)生了直接對話，這一發(fā)現(xiàn)再次強(qiáng)調(diào)了腦腸軸的重要性，并可能為腦部疾病及糖尿病、肥胖等代謝疾病帶來新的治療方法。

腦腸軸調(diào)控代謝：進(jìn)食會導(dǎo)致腸道微生物群的擴(kuò)增，這種擴(kuò)增會增加腸道細(xì)菌胞壁肽（Muropeptides）的釋放，當(dāng)這些胞壁肽到大腦后，會靶向抑制性下丘腦 NOD2 受體并降低神經(jīng)元活動，從而有助于調(diào)節(jié)飽腹感和體溫。

大多數(shù)免疫細(xì)胞中都存在 NOD2 受體，該受體能夠識別到胞壁肽（muropeptides）的存在，胞壁肽是細(xì)菌細(xì)胞壁的組成部分。之前的研究證實(shí)，編碼 NOD2 受體的基因突變與消化系統(tǒng)疾病（例如克羅恩病），以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病和情緒障礙有關(guān)。但這些不足以證明大腦中的神經(jīng)元活動與腸道中的細(xì)菌活動之間存在直接關(guān)系。

使用腦成像技術(shù)，科學(xué)家們最初觀察到小鼠的 NOD2 受體由大腦不同區(qū)域的神經(jīng)元表達(dá)，特別是在下丘腦區(qū)域。下丘腦是大腦皮層下調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動的高級中樞，它把內(nèi)臟活動與其他生理活動聯(lián)系起來，調(diào)節(jié)著體溫、攝食、水平衡、血糖和生殖等活動等重要的生理功能。他們隨后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些神經(jīng)元與腸道中的細(xì)菌胞壁肽接觸時(shí)，神經(jīng)元的電活動會受到抑制。

腸道、血液和大腦中的胞壁肽被認(rèn)為是細(xì)菌增殖的標(biāo)志物。如果小鼠的 NOD2 受體被特異性敲除，這些神經(jīng)元就不再被胞壁肽所抑制，大腦也就失去了對食物攝入和體溫的控制，它們的體重更容易增加，也更易患上2型糖尿病，尤其是在老年、雌性小鼠中。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了一個(gè)驚人的事實(shí)——神經(jīng)元可以直接感知細(xì)菌胞壁肽，而此前普遍認(rèn)為這是免疫細(xì)胞特有的工作。發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌胞壁肽可以直接作用于下丘腦這一具有重要意義的大腦中心是非常重要的成就，我們知道下丘腦負(fù)責(zé)管理體溫、攝食、生殖活動等重要功能。因此，神經(jīng)元可以直接感知細(xì)菌活動（增殖和死亡），作為食物攝入對腸道生態(tài)系統(tǒng)影響的直接衡量標(biāo)準(zhǔn)。過量攝入特定食物可能會刺激某些細(xì)菌或病原體的不成比例生長，從而危及腸道平衡。

總的來說，這項(xiàng)研究表明，下丘腦神經(jīng)元可以直接感知腸道細(xì)菌的胞壁肽成分，從而調(diào)節(jié)攝食行為、筑巢行為，以及體溫。通過這種方式，大腦可以使用腸道細(xì)菌作為食物攝入的間接衡量標(biāo)準(zhǔn)，或作為食物攝入引起的細(xì)菌擴(kuò)增或死亡的直接衡量標(biāo)準(zhǔn)。而腸道細(xì)菌的擴(kuò)增或死亡可能與腸道穩(wěn)態(tài)變化或疾病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。這也提示了腸道細(xì)菌可以調(diào)節(jié)駛?cè)霐z入來保護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)。

細(xì)菌胞壁肽對下丘腦神經(jīng)元和新陳代謝的影響，引發(fā)了其對其他大腦功能中潛在作用的新的疑問，這可能有助于我們了解某些腦部疾病與 NOD2 基因突變之間的聯(lián)系。

這些發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)科學(xué)、免疫學(xué)和微生物學(xué)的跨學(xué)科研究鋪平了道路，并有望最終為腦部疾病和代謝紊亂（如糖尿病和肥胖）的新治療方法鋪平道路。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3986

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號：生物世界(ID：ibioworld)，作者：王聰