肠道微生物，如何影响脑的运作？

脑与能量

在所有灵长类动物中，人类拥有相对于体型而言最大的脑容量。事实上，许多灵长类物种，都进化出了相对于体型而言异常巨大的脑。这些大型的脑与一系列增强脑部能量供给的代谢适应共同进化，其中包括循环血液中葡萄糖水平的升高。

尽管过去已有研究表明，肠道微生物能够影响宿主的代谢。但科学家对于肠道微生物组在灵长类的脑进化中所起的作用仍不甚清楚。

为了探究这一问题，一个研究团队将来自三种拥有不同脑大小的灵长类物种的肠道微生物接种到无菌小鼠体内。他们的研究结果首次提供了实证证据，表明肠道微生物组在塑造不同灵长类物种之间的脑功能差异中发挥着直接作用。

研究结果已发表于近期的《美国国家科学院院刊》上。

无菌小鼠的微生物实验

此前，研究人员已经发现，当将拥有较大的脑的灵长类动物的微生物，引入宿主小鼠体内时，会在宿主的微生物组中产生更多的代谢能量——而这正是脑变得更大的一个先决条件，因为脑的发育和运作都需要消耗大量能量。

这一次，他们将目光直接投向脑本身，希望探究：来自脑大小不同的灵长类物种的肠道微生物，是否会改变宿主小鼠脑的运作方式。

在实验中，研究人员选择了三种拥有不同脑尺寸的灵长类物种，分别是相对脑尺寸较大的人类和松鼠猴，以及相对脑尺寸较小的猕猴。他们将这三种灵长类物种的肠道微生物接种到无菌小鼠体内。

在改变了宿主小鼠的微生物组的八周内，研究人员观察到：接种了猕猴的肠道微生物的小鼠，其脑的运作方式不同于接种了人类和松鼠猴的肠道微生物的小鼠。

首先，他们发现接种了人类和猕猴的肠道微生物的无菌小鼠，其脑中出现的基因表达差异，竟然与真实的人类与猕猴的脑差异高度相似。换言之，在某种程度上，研究人员让这些接种了不同微生物的小鼠的脑，呈现出了这些微生物原本来源的灵长类动物的脑特征。

进一步的比较揭示了一个更耐人寻味的现象。尽管人类和松鼠猴在进化上相距甚远，但它们都属于相对脑尺寸较大的灵长类动物。研究发现，那些接种了来自这两个物种的肠道微生物的小鼠，会以非常相似的方式，上调小鼠脑中与能量产生相关的基因表达水平。

而尤为引人注目的是，接种了来自人类的肠道微生物的小鼠，其体内的与氧化磷酸化过程相关的基因表达得到了特异性的增强，而这些基因表达变化与肠道微生物组中和葡萄糖代谢以及糖异生相关的代谢通路的丰度增加显著相关。

肠道微生物与精神疾病

此外，这项研究还发现，人类的肠道微生物组会下调一些在进化上高度保守、并与孤独症等神经发育障碍相关的基因表达。而在接种了猕猴的肠道微生物的小鼠中，其基因表达模式中出现了与注意力缺陷多动症（ADHD）、精神分裂症、双相障碍以及孤独症相关的信号特征。

此前已有研究显示，孤独症等疾病与肠道微生物的组成之间存在相关性，但能够直接证明肠道微生物对这些疾病具有因果贡献的数据仍然不足。而这项研究提供了更多证据，表明微生物可能在因果层面上参与了这些疾病的形成——更具体地说，肠道微生物组在发育过程中塑造了脑的功能。

基于这些发现，研究人员推测：如果人类的脑在发育过程中暴露于“错误的”微生物作用之下，那么其发育轨迹就可能发生改变，从而出现这些疾病的症状。也就是说，如果一个人在生命早期没有接触到“正确的”人类微生物，那么其脑的运作方式就会有所不同。

对临床的启示

这项研究在临床上具有重要启示意义：它有助于进一步探索某些心理疾病的起源，并促使研究人员从进化视角重新审视微生物会如何影响脑的生理功能。

研究人员表示，从物种和个体两个层面来思考脑的发育是非常关键的。未来，他们希望探究是否能够通过比较不同物种、不同个体在同一时间点上的差异模式，来发现微生物与脑相互作用的普遍规律，以及这些规律是否同样适用于个体发育过程。

#参考来源：

https://news.northwestern.edu/stories/2026/01/microbes-may-hold-the-key-to-brain-evolution?fj=1

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2426232122

#图片来源：

封面图&首图：Annelise Capossela via Northwestern.edu