Nature子刊：首次梳理出单个细菌或营养物质对大脑功能的影响

神经生物学教授Mark Alkema博士发表在《自然细胞生物学》上的一项新研究表明，秀丽隐杆线虫肠道中产生特定b12的细菌与乙酰胆碱的产生之间存在重要的分子联系，乙酰胆碱是一种对记忆和认知功能很重要的神经递质。

科学家们越来越认识到，饮食和肠道微生物群可能在大脑健康中起着重要作用。微生物组组成的变化与神经系统疾病有关，如焦虑、抑郁、偏头痛和神经变性。然而，梳理出单个细菌或营养物质对大脑功能的因果关系一直是一项挑战。

“你肠道里的细菌比你体内的细胞还多，大脑的复杂性，组成肠道微生物群的数百种细菌以及代谢物的多样性，几乎不可能辨别细菌是如何影响大脑功能的。”研究的第一作者Woo Kyu Kang博士说。

为了分离出单个细菌对特定大脑功能的影响，Kang博士给线虫喂食了一种由单一细菌组成的食物，这些细菌发生了突变，导致大脑中的兴奋/抑制信号失衡，并导致出现类似癫痫发作的行为。人类也有类似的基因突变导致偏头痛。

Kang给这些变异的秀丽隐杆线虫喂食单一细菌种类的食物，观察它们癫痫发作频率的变化。在他测试的40种不同的细菌饮食中，有18种减少了癫痫发作的次数。进一步的实验表明，这些细菌的共同特征是它们都能产生维生素B12。

根据Alkema博士和Kang博士的说法，B12可以降低体内胆碱的水平。胆碱是一种存在于多种食物中的化合物，对肝脏脂肪代谢至关重要，可用于b12依赖性蛋氨酸/ s -腺苷蛋氨酸(Met/SAM)循环，这是一种在肠道中产生蛋氨酸(一种通过饮食获得的氨基酸，对新陈代谢至关重要)的代谢途径。然而，胆碱也被用来制造神经系统中的神经递质乙酰胆碱。过多的乙酰胆碱会导致兴奋性失衡，从而导致突变蠕虫的癫痫样行为。

当存在更多的B12时，更多的胆碱在Met/SAM循环中被使用，留下更少的胆碱来产生乙酰胆碱。减少乙酰胆碱的量可以恢复神经系统的兴奋/抑制平衡，并减少秀丽隐杆线虫的癫痫发作活动。

研究人员指出，微生物群、维生素B12、大脑功能和行为之间的“串扰”影响，只有在生物体受到遗传或环境压力的情况下才会显现出来。人类缺乏B12与以兴奋性/抑制性失衡为特征的神经系统疾病有关，如精神分裂症、抑郁症和偏头痛。

Alkema说:“确定在线虫中发现的分子机制是否也可以解释B12对几种人类神经系统疾病的兴奋性信号的影响，这将是很有趣的。”

通过使用其他人类疾病的其他线虫模型，并测试其他代谢物和细菌，Alkema和他的同事希望揭示肠道微生物群和大脑功能之间的其他联系，这些联系也可以用来改善人类健康。