腸腦軸(gut–brain axis)是神經科學領域的一項重要研究。近年來的眾多研究結果表明,腸道中數(shù)以萬億計的細菌可能會對大腦產生深遠影響,并與一系列疾病的發(fā)生發(fā)展有關。目前,一些團隊已經開始深入研究特定菌群與大腦之間搭建的復雜而神奇的通路。通過小鼠實驗證明,腸道微生物有可能觸發(fā)或改變帕金森癥、孤獨癥、自閉癥等病程。
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想想看,如果通過調解腸道菌群就能夠預防或治療這些嚴重的神經系統(tǒng)疾病。這個結果該多么令人興奮!
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投稿七次才揭開腸腦的神秘聯(lián)系
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2006年,加拿大神經學家簡?福斯特團隊選取了兩組小鼠,一組健康小鼠腸道有正常平衡的微生物菌群,而另一組則缺乏微生物菌群。試驗表明,腸道缺乏菌群的小鼠似乎更不容易焦慮。當它們被放置在擁有開放或封閉道路的迷宮里時,它們更愿意選擇開放的道路。
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腸道菌群是否影響了它們的大腦,讓它們展示了不同的行為?這個研究結果,簡花了三年時間,投稿七次才成功發(fā)表。在此之前,人們根本不買賬,認為這是人為干預的結果。
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于此同時,愛爾蘭科克大學的神經科學家約翰?克萊恩也在研究相同的領域。他對簡的遭遇感同身受,因為堅持腸腦之間的聯(lián)系,他一度被稱為“愛爾蘭的瘋子”。
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1817年,英國外科醫(yī)生詹姆斯?帕金森在治療帕金森癥患者時發(fā)現(xiàn)一個病例。其雙臂麻木刺痛,而且肚子鼓鼓,攢了不少便便。于是他給患者開了瀉藥。十天后,患者清空了腸道,其他的病癥也隨之消失了。從此,他注意到,一些疾病的發(fā)生往往是從便秘開始的。
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我們知道,帕金森癥的標志性癥狀是震顫、僵硬以及運動遲緩。這是因為負責協(xié)調運動的神經元死亡造成的。這些神經元為什么會死亡,原因尚不明確。目前已知的是神經元中的α-突觸核蛋白發(fā)生了錯誤的折疊。一個錯誤折疊的蛋白質會導致更多的錯誤折疊,直到有害的團塊占領大腦。
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2015年,肯塔基州路易斯維爾大學神經科學家羅伯特?弗里德蘭發(fā)現(xiàn),腸道微生物能夠產生與大腸桿菌結構相似的畸形突觸核蛋白。他推測,也許是腸道微生物為蛋白質提供了錯誤的致畸模板。隨后,他在小鼠身上的試驗證實了這一點。
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連接腸腦的通路在哪兒?
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我們目前尚不清楚腸道中的信號是如何到達大腦的。一種說法是通過迷走神經傳遞。迷走神經將腦干與許多神經聯(lián)系起來,猶如一條“高速公路”,能在包括結腸在內的器官與大腦之間傳遞信號。
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上個世紀70年代,曾經有一種治療胃潰瘍的療法,通過切除或部分切除相關神經來抑制胃酸分泌。經過幾十年的觀察,研究人員發(fā)現(xiàn)接受過這種療法的患者不易患帕金森癥。現(xiàn)在研究人員正在試驗,同樣被切除迷走神經的小鼠,其腸道中的錯誤折疊蛋白是否會引起帕金森癥。
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腸腦之間的神秘聯(lián)系不僅會引發(fā)神經退行性疾病,還能決定疾病的嚴重程度。免疫學家伊蘭?埃利納夫在研究肌萎縮側索硬化癥(俗稱“漸凍癥”)中發(fā)現(xiàn),不同患者病程進展速度不一樣。他懷疑這和腸道菌群有關。果然,在小鼠試驗中,腸道菌群缺乏的小鼠疾病發(fā)展速度較快。此外,研究人員還發(fā)現(xiàn),服用維生素B3可以相應改善大腦功能,一定程度上可以有助預防這種疾病的發(fā)生。
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腸腦影響會代代相傳?
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微生物在人體內的“旅行”的能力強到讓你難以想象。腸道微生物對大腦的影響甚至會代代相傳。以自閉癥為例,在瑞典一項180萬人范圍內的流行病調查顯示,孕期因感染而入院治療的婦女,產下的孩子患自閉癥的風險要比正常孕婦高出79%。
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麻省理工學院的神經科學家Gloria Choi和哈佛醫(yī)學院免疫學家的丈夫Jun Huh,嘗試通過讓身體產生保護性細胞因子來對抗細菌微生物。他們在模擬感染的懷孕小鼠身上發(fā)現(xiàn),輔助性T細胞17變得異?;钴S,從而產生一種特殊類型的細胞因子IL-17,可以通過胎盤與幼崽大腦結合,導致小鼠后代自閉癥行為產生。
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但是這并非說孕期感染的孕婦都會產下神經性障礙或自閉癥患兒。Huh認為,一定是有什么東西把孕婦的免疫系統(tǒng)推向過度活躍的狀態(tài)。Choi和Huh集中研究了一組被稱為分段絲狀菌的腸道微生物,這些微生物以前曾被證明能促進輔助性T細胞17的形成。當懷孕小鼠服用抗生素后,產下的小鼠行為沒有發(fā)現(xiàn)異樣。
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此外,Choi和Hu還想知道新冠肺炎大流行是否會導致新生兒患自閉癥風險升高。他們從感染新冠病毒的孕婦采樣以對比其IL-17的水平。然而目前,他們還沒有發(fā)現(xiàn)明確證據(jù)來證明新冠病毒感染與自閉癥的相關性。
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調解菌群藥物有望上市治療腦?。?/strong>
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美國貝勒醫(yī)學院的神經生物學家科斯塔?馬蒂奧利(Mauro Costa-Mattioli)也在研究腸道細菌與自閉癥的關系。他發(fā)現(xiàn),當有類似自閉癥狀的小鼠與某些小鼠共養(yǎng)的時候,因吃掉同類糞便而導致自閉癥裝消失。受此啟發(fā),他們發(fā)現(xiàn),患自閉癥小鼠的糞便缺少了一樣微生物——乳酸桿菌。試驗發(fā)現(xiàn),羅伊氏乳桿菌與乳酸菌都可以逆轉類自閉癥行為。
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目前,該研究小組正在致力于從這些微生物的基因中尋找解開謎題的關鍵“鑰匙”。目前,該項目已經在意大利進入臨床試驗,研究人員嘗試用羅伊氏乳桿菌來治療80名自閉癥患兒。科斯塔?馬蒂奧利希望自己的研究成果能夠盡快上市應用。不僅僅是自閉癥、帕金森癥,研究人員還發(fā)現(xiàn)用抗生素抑制細菌感染,可以有助于腦損傷的恢復。
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雖然目前的研究仍沒有完全搞清人類腸道環(huán)境與大腦之間到底存在怎樣一種神秘的聯(lián)系。但是,這一發(fā)現(xiàn)還是足夠令人興奮。微生物療法的巨大市場前景已經吸引了許多制藥公司在資金上加碼去研發(fā)相應的藥物。也許在未來的某一天,像自閉癥這樣的腦病也可以吃片藥就能治愈吧。
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