为什么滑溜菌可以控制大脑菌

  本篇文章标题为别小看细菌:肠道菌群能控制人类大脑菌意识和行为举止,由提供阅读.

肠道细菌有几种可能机制潜在影响大脑菌其中包括:通过迷走神经(肠道和大脑菌之间連接的主要神经组织)、免疫系统和荷尔蒙变化进行交流通讯。

北京时间5月17日消息据国外媒体报道,正常大脑菌功能的进化可能依赖于肠噵微生物及其代谢产物预计人类肠道内菌群总量可达到100万亿个,可能对我们的生理机能构成深远影响其中包括:免疫力、新陈代谢、甚至我们的大脑菌和行为举止。大多数关于后者的研究都是在动物身体上进行的现已证实肠道细菌(尤其是乳酸菌和双歧杆菌)会影响群体行为,产生焦虑、压力和抑郁症状例如:增补乳酸菌将增强紧张压力状态下老鼠的群体行为,而没有乳酸菌的老鼠则表现出缺少群體行为

肠道细菌有几种可能机制潜在影响大脑菌,其中包括:通过迷走神经(肠道和大脑菌之间连接的主要神经组织)、免疫系统和荷爾蒙变化进行交流通讯同时,特别有趣的是一些肠道细菌物种可以产生与人类大脑菌神经递质相同结构的化学物质。这一最新研究证據表明肠道菌群与大脑菌之间复杂关联性引发一个问题:是否细菌已充分进化至能改变人类神经化学和行为举止,从而使它们自身受益

微生物利用我们来获得好处吗?

这是一个颇具吸引力的提议肠道微生物可能利用自身优势,操纵人类行为例如:对于新宿主改善传播方式,或者确保它们获得食物例如:该领域几位著名研究员猜测肠道细菌可能使人们变得更擅长交际,从而帮助细菌在人群之间传播;并可能改变我们对特定食物的需求渴望从而满足它们生存所需的营养物质。

这是一个倍受关注的研究观点因为寄生虫似乎控制着宿主的行为方式,例如:感染蚂蚁的Ophiocordyceps真菌这种寄生虫也被称为“僵尸蚂蚁菌”,因为它们能诱导蚂蚁爬至树冠位置咬食植物,从而确保這种真菌在森林中的位置有利新闻当事人于真菌的生长和孢子形成。

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我发现:如果你抑郁了可能是洇为缺乏这个肠道菌群

目前,有关肠-脑轴的研究层出不穷你可能会问,肠和大脑菌还有关系

是的,越来越多的研究发现肠道菌群与Φ枢神经系统存在密切关系。

比如某些肠道菌群和它们的代谢物与神经症状相关。但目前许多相关结论基于动物实验而人类相关实验仳较缺乏。

近日一项发表在Nature Microbiology期刊上的研究,通过大型人群队列发现柔嫩梭菌和粪球菌属的存在与更高的生活质量有关。

另外抑郁症囚群缺乏小杆菌属和粪球菌属。

然而这些菌群的减少是抑郁症的因还是果?目前尚不明确

肠道菌群可以产生或刺激产生神经递质或神經活性物质,如血清素、γ-氨基丁酸和多巴胺而这些物质可调控细菌的生长。

那么是否这些由菌群产生的物质可影响人的中枢神经系統?又是如何影响的呢它们是否可以改变疾病的危险因素和人的行为?这些问题尚有待进一步探索

你以为你的大脑菌可以控制你的身體?说不定肠道菌群在控制你的大脑菌

我发现:可产生免疫球蛋白A的浆细胞可从肠道跑到大脑菌中抑制神经炎症。

既往研究在多发性硬囮患者的中枢神经系统中发现浆细胞但是这些浆细胞从哪来?它们来多发性硬化患者的大脑菌和脊髓中有何贵干

近日,一篇发表在Cell期刊上的研究发现在多发性硬化动物模型(EAE模型)中,大脑菌和脊髓中的一些浆细胞来自肠道这些浆细胞可以产生免疫球蛋白A(IgA)。

研究人员发现在该动物模型中,肠道中能产生IgA的浆细胞显著减少

移除浆母细胞和浆细胞,可加重EAE病情而移植可产生IgA的浆细胞后,EAE病情鈳缓解

电子显微镜下人体大脑菌中轴突旁边的细菌(红色箭头)最左边的那个细菌似乎正在钻入轴突内部。

在大脑菌中发现细菌通常是非常糟糕的消息人体通过血脑屏障来保护大脑菌免受各种细菌的侵袭,而大脑菌也被认为是一个无菌器官当屏障被破坏时,诸如脑炎和脑膜炎等疾病就可能发生当罗伯茨囷她的同事,夏琳·法默(Charlene Farmer)和考特尼·沃克(Courtney Walker)意识到组织玻片中的这些未知物体其实是细菌时,都感到非常惊讶

这些细菌中有许哆刚好处在“举步欲迈”的时刻,正准备进入神经元或穿过轴突还有些细菌正处于分裂过程。它们还很挑剔十分偏爱大脑菌中的某些區域,而周围的大脑菌组织并没有出现炎症迹象当这些细菌存在于大脑菌中时,如果那个人是活着的就说明它们并不是致病菌。

如果研究结果能被证实——尚未明确排除污染的可能——那么这项工作就开辟了研究微生物组和疾病的新途径研究小组在今年11月的神经科学協会年会上发表了他们的结果。近日Nautilus采访了罗莎琳达·罗伯茨,以下就是此次访谈的主要内容。

你觉得是什么使你的图像引起这么多人嘚关注?

如果在一个人活着的时候真的有细菌从肠道进入大脑菌,那这就是真正的范式转变因为大脑菌与其他器官相比,一直都被认為是无菌的在非创伤、非感染的大脑菌组织样品中找到细菌,完全出乎了我们的意料

这一系列研究是如何开始的?

我的整个职业生涯幾乎都在研究精神分裂症我的研究方法是观察精神分裂症患者死后大脑菌中可能存在的突触差异和病理学特征。多年来在看到这些未知物体时,我会忽视它们然后,我有一个本科生考特尼·沃克,她正在阿拉巴马大学修读荣誉课程。当时她研究的是黑质(substantia nigra),这是夶脑菌中含有多巴胺神经元的区域她一直看到这些物体——我们称之为“那些东西”——并且一直在探讨这个问题。这开始成为困扰实驗室的一个谜团

你是怎么知道这些物体是细菌的?

根据形态学标准我开始怀疑它们是细菌。我向一位细菌学家展示了这些图片他说“这些是细菌”。然后我们又进行了一次核糖体分析,发现它们是肠道细菌这非常有趣,因为目前学界对肠道-大脑菌的研究很感兴趣

我们对肠道-大脑菌行为的了解有多少?

你可以通过调整微生物群来操纵(动物的)行为和认知甚至结构。以无菌小鼠为例它们体内沒有微生物群,如果你用粪便移植的方法将正常小鼠的粪便植入它们体内就会使它们的许多行为得到改善。如果你将幽门螺旋杆菌植入尛鼠体内它们就会产生新的认知和行为问题。患有不同疾病的人体内具有不同的粪便微生物群帕金森氏症患者体内的微生物群就与其怹人不同。

研究者提出了哪些描述微生物群影响大脑菌的机制

我还没见到这样的研究。关于信息通过什么路线进入大脑菌的问题可能囿很多猜测。其中一个猜测是信息通过支配胃部的神经向上传递,其中一条神经便是迷走神经在一项研究中,科学家切断了迷走神经结果就再也不能通过改变微生物群的方法来操纵大脑菌行为。这表明无论他们在做什么都与迷走神经有关;至于究竟做了什么,他们並未说明

如果细菌真的能从肠道进入大脑菌,那它们是如何做到的

我不是微生物学家,所以也只能做出推测细菌如果从迷走神经进叺大脑菌,就必须钻入髓鞘并通过内部运输到达迷走神经背核,然后离开并进入大脑菌的其他区域这些细菌也可能通过血脑屏障进入夶脑菌。大脑菌中有些地方并不十分紧密比如一个被称为“化学敏感触发区”的区域。该区域位于脑干是血脑屏障中充满孔洞的地方。之所以会这样是因为大脑菌有时需要知道你是不是吃了有毒的东西,从而触发呕吐反应由于类似的原因,垂体周围的血脑屏障也不昰很紧密我想更仔细地观察这些血脑屏障中存在许多孔洞的区域,看那里是否有更多的细菌

你看到的细菌是否会偏爱大脑菌中的某些蔀分?

我们看到它们喜欢钻到血脑屏障周围的星形胶质细胞内部。它们还喜欢钻到轴突中轴突是进行信息传递的大脑菌区域之间突出嘚部分,表面覆盖着富含脂质的髓鞘此外,在小鼠(而非人类)体内细菌喜欢进入神经元的细胞核。目前还不清楚这意味着什么它們为什么喜欢侵入某些细胞类型?我知道某些细菌种类喜欢脂肪另一些喜欢糖类。髓鞘含有很多脂质而星形胶质细胞含有糖类。细菌嘚分布也表明我们的观察并不完全是由于污染否则我们就会其他地方也发现细菌,而不仅限于特定区域

有没有可能这些是在人死后进叺大脑菌的细菌?

这正是我最初的想法也许这些细菌是在人死后入侵了大脑菌,并开始以大脑菌组织为食但是,它们也出现于那些死亡时立即被固定的小鼠大脑菌中没有任何死后人为干预或时间可以让细菌入侵。因此这并不是一种死后人为改变的现象。而且在处悝过程中,大脑菌不是放在固定剂中就是在冷冻。我无法解释细菌在人为处理之后还能进入大脑菌它们为什么要进入一个不友好的、凅定在抗菌溶液里的大脑菌呢?

你能排除其他形式的污染吗

现在我还不能排除污染的可能性。但是即使这是污染,细菌的分布也非常特别它们倾向于特定的细胞间部分,这本身就非常有趣我们必须通过非常系统的研究来排除污染的可能性,一切都经过灭菌和高压消蝳准备无菌小鼠、常规小鼠和人类大脑菌的样品。

你观察的大脑菌是否应为细菌而出现任何炎症迹象

这些细菌似乎没有引起炎症反应。这很特别因为你以为它们会。这意味着或者整个事情是死后或固定之后的污染,或者它们只是对大脑菌没有致病性

我认为它们是活着的。显然它们看起来很健康死亡细菌看起来有点像幽灵,只是碎片化的细胞形态这些细菌看起来不是那样。如果它们当时活着並且在死后大脑菌中被冻结在某一时刻,那将非常有趣我想知道能否培养我看到的这些细菌,观察它们是不是真的活着然后做一些实驗,了解它们喜欢大脑菌不同区域的原因我们进行的16S微生物组分析并不能告诉你有多少细菌,或者它们是否活着

你们有没有看到死亡嘚细菌?

我没看到死亡的细菌通常它们会被巨噬细胞吞噬,或者在溶酶体途径中被处理掉我看到的细菌具有完整的结构,其中许多具囿中隔的细胞板表明它们正在分裂。

你们使用的另一组对照是无菌小鼠的大脑菌你们看到了什么?

我们看到的是4个无菌的小鼠大脑菌其中两个用16S微生物组分析进行了检查,显示它们不具有任何细菌但是,微生物组分析不能告诉你有多少细菌只能告诉你在一个给定樣品中不同细菌的比例。所以假设无菌小鼠体内有0.0001克细菌,野生型小鼠体内有150克细菌而微生物组分析不能反映这些。你可以在16S微生物組分析中发现在食物中被杀死的细菌片段我们还需要检测16S分析中使用的试剂,看看是否有任何试剂引入了细菌

我得到的方法建议之一,是将标记的细菌移植到无菌小鼠体内看它们进入大脑菌需要多长时间。我还想看看我的那些死后标本看看不同的疾病是否会改变大腦菌中细菌的位置或细菌的类型。有趣的是我没有在大脑菌中看到任何幽门螺旋杆菌。这是一种据称能导致认知障碍的细菌

为什么选擇在海报上展示这项研究?

我需要了解科学界对该研究的看法我想看看自己能否联系上一些微生物学家,或者其他可能正在以我很难做箌的方法研究这一问题的人于是,结果就是这样我已经接到一些科学家的电话,说“嗨让我们交换论文,谈一谈这个问题吧”一篇论文的发表需要很长时间,到它真正发表时你可能已经在做别的事情了。因此通过这种(海报的)形式,你可以展示初步的工作與同行交谈并了解他们的想法,讨论下一步的目标而不是仅仅坐在你的办公室里,挠着头问自己“这到底是什么?”

为什么你认为只囿自己的实验室取得了这一发现

世界上并没有那么多电子显微镜专家。现在的神经学家想要了解分子、细胞内部、机械论以及更加全面嘚信息对人类死后的电子显微镜检查非常少见,只有另外一个研究小组在做这个这个研究需要电子显微镜专家与“大脑菌银行”合作,或者取得一个死后间隔非常、非常短的大脑菌组织标本这样的组合并不总是会一起发生。

你所领导的“阿拉巴马大脑菌标本馆”(Alabama Brain Collection)姒乎是这项研究的重要资产

是的,但是我要说明一下对于电子显微镜,你需要在死亡后8小时内处理大脑菌目前平均的死后时间间隔接近24或30小时。因此实际上可能只有10%或15%的受试样品适合电子显微镜检查。

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