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这个研究结果情理之中,意料之内。

从演化上来说,我们先长了肠子,再长脑子,肠道比你的脊髓和大脑都还古老。

不说人体了,哪怕像水螅这样的原始的动物,神经系统都可以和共生菌对话。

水螅等刺胞动物是最早进化出神经系统的动物,它们的网状神经系统和肠道相似,甚至可以说,它们自身救类似于一个肠道结构:

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2020年的一份文献显示,人类肠易激综合征(IBS)相关的基因,在水螅中被发现。对水螅部分神经 细胞 进行阻断,就可以降低水螅机体的收缩节律。

这种简单的控制机制,就是中枢神经的起源[1]。

共生菌会影响水螅自身的收缩节律,而它们的神经细胞又可以通过免疫受体,激活起搏细胞,并释放菌肽等特定分子对共生菌进行调节,从而达成互相对话。

这样的对话,同样在线虫和老鼠中发现。

后来的研究中发现, 细菌 和大脑通过 免疫系统 发生联系,是动物体内最基本的交流方式。至少从6.5亿年前的刺胞动物就已经开始了。

随着刺胞动物进化出后口动物,再进化出了脊索动物,进化出鱼类,随着脑和脊椎等中枢系统的诞生,细菌和生物体之间的交流也发生了前所未有的变化。

脊索是原始两胚层动物的原肠背壁(中胚层)发展而来的。

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而脑更是脊索前段的膨大结构,所以相比肠神经系统,脑神经系统的发展是并列甚至是滞后的。

所以脑没有权限直接控制肠道。

肠神经系统具有很强的自主性,总共5亿的 神经元 ,已经比很多小型哺乳动物都强了。

没有受到监管的肠道,继续带着细菌一起玩,于是就建立了无比复杂的联系。

细菌不仅帮助肠道消化食物,提供维生素,甚至还直接操控着肠道,甚至进一步影响脑。

肠道微生物、肠道、大脑之间的互相交流,便是所谓的肠脑轴(Gut–brain axis)。

你看看,人体细菌是细胞总数的10倍,而 肠道细菌 占了70%以上,它们总数又是肠道细胞总数的几百倍以上。

甚至就连人体的粪便都有60%是细菌,以及它们的尸体和代谢产物。

可以说,细菌主宰了人体肠道。

人体总共产生100多种神经递质,这些细菌就能产生40种,其中多巴胺占身体的50%,血清素更是占人体的95%。

你可能会想,原来我的快乐和愉悦的心情,竟然是由身体内的细菌所决定的。

但其实肠道微生物对人体的影响十分复杂,并不是一个很简单的逻辑关系(甚至多巴胺也不仅仅和快感有关,还会影响到人的行为决策)。

肠脑轴之间的联系通道,包括中枢神经、神经递质、内分泌系统、免疫系统、下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)、交感和副交感神经、迷走神经、肠神经系统、肠道微生物等等一系列复杂的机制[2]。

从而让肠道微生物能够影响到人的食欲、心智、情感,甚至精神状态。

当肠道菌群出现问题,不仅可能发生抑郁症、自闭症,糖尿病相关代谢疾病,甚至发生帕金森、阿尔茨海默症等神经性疾病[3]。

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毕竟我们肠道内的某些细菌,甚至可能比我们的大脑还要古老。

这次《science》上的论文,主要涉及肠脑轴在下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)上,关于食欲和体温的调节,其实属于肠脑轴研究中很小的一个点。

这个研究成果当然是很有价值的,毕竟这是首次证明大脑的神经元直接感知细菌,并调控生理过程。

不过通过以前的肠脑关系研究,肠道微生物在食欲和体温上与大脑的交流的确是在情理之中,意料之内。

研究团队其实还是从免疫系统入手的,它们选用的是核苷酸寡聚化结构域2(Nod2)受体,这是绝大多数免疫细胞都存在的,可帮助免疫系统识别细菌胞壁肽(细菌细胞壁片段)的一种受体[4]。

在此之前,人们一直以为神经元和细菌发生联系,需要免疫细胞作为媒介,也没有发现过神经元和细菌间直接联系的证据(虽然有人怀疑有直接联系)。

而这一次,通过脑成像技术照了老鼠的大脑,却发现老鼠大脑多个不同区域,都表达了Nod2受体,尤其是下丘脑十分活跃。这个过程,并没有免疫细胞的参与。

研究人员发现,当下丘脑中的Nod2靶向识别细菌胞壁肽,老鼠的神经元活动便会受抑制,从而控制和调节食欲和体温。

而敲除与Nod2表达相关的基因后,神经元便不再受到抑制,从而失去了对食欲和体温的控制。

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这个研究不仅证明了大脑和细菌的直接联系,而且也发现了肠道细菌影响食欲和体温的机制。

其实,通过肠道微生物治疗抑郁症、自闭症、帕金森等大脑疾病,以及糖尿病、肥胖症等代谢性疾病的概念,早已有之(甚至已经有了粪便菌群移植的药物),并不会因为本次的研究产生根本性的变化。

本次研究的进步意义在于,让我们对肠脑轴的机制有了更进一步的了解,对彻底了解肠脑轴机制,以及未来治疗相关疾病又更近了一步。

其实人体和肠道微生物主要还是一种互利共生关系,单方面的理解为细菌对肠道,甚至人情绪行为的绝对控制,其实是并不合适的。

从某种意义上来说,我们的整只手切下来,理论上也能够独立存活。那么,它对于人体来说又算什么呢?

真兽(真兽亚纲)因病毒而演化出胎盘,当我们还是原始胚胎时,原本每一个都能发育成独立个体的全能细胞受到转录因子对基因的封锁,从而完成组织和器官的分化,这种关系也就比肠道细菌和人体更加紧密,但从微观上来说,依旧可以是一个个独立的。

说穿了,当科技发展到一定的地步,人体自身其实也是可以像电脑结构一样任意组装拼接的。

但那样的科技会在多少年后,现在的我们却又不可想象。

太遥远了。

参考

  1. ^Klimovich A , Giacomello S , Bjrklund S , et al. Prototypical pacemaker neurons interact with the resident microbiota[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(30):201920469.
  2. ^Sudo N , Chida Y , Aiba Y , et al. Postnatal microbial colonization programs the hypothalamic-pituitary-adrenal system for stress response in mice.[J]. J Physiol, 2010, 558(1):263-275.
  3. ^Cryan J F , Dinan T G . Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour.[J]. Nature Reviews Neuroscience, 2012, 13(10):701-712.
  4. ^Ilana Gabanyi et al., Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature.Science(2022) DOI: 10.1126/science.abj3986