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前 言

大腦為何在不同動(dòng)物間差異巨大，一直是生物學(xué)的重要問題。傳統(tǒng)解釋聚焦基因、環(huán)境與營養(yǎng)，但新的線索表明，大腦或許并非完全由“內(nèi)部工程”決定。

跨學(xué)科研究發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌可能以影響大腦大小與功能的方式介入宿主生理。

研究團(tuán)隊(duì)比較了人類、松鼠猴、獼猴等靈長類的腸道菌群，這些物種的大腦體積與認(rèn)知能力差別顯著，而其微生物代謝特性也不同。

當(dāng)這些菌群分別移入同一宿主體內(nèi)后，宿主與大腦相關(guān)的基因表達(dá)竟呈現(xiàn)出與供體物種一致的變化，暗示不同菌群攜帶著不同的大腦調(diào)控信號(hào)，為理解大腦進(jìn)化提供了新視角。

01來自不同靈長類的菌群，讓大腦呈現(xiàn)不同的基因表達(dá)模式

為了觀察腸道菌群對(duì)大腦的影響，研究者使用了無菌動(dòng)物作為模型，讓其分別建立來自人類、松鼠猴和獼猴的菌群體系。

這三種靈長類的大腦大小與能量需求存在天然差異，使腸道微生物的代謝潛力也不盡相同。

菌群在宿主體內(nèi)穩(wěn)定定植后，大腦組織中的基因表達(dá)出現(xiàn)了顯著變化。接受人類或松鼠猴菌群的動(dòng)物，大腦中與能量利用、突觸可塑性、學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)的基因表達(dá)水平整體更高。

這些通路對(duì)于維持更復(fù)雜的大腦結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。而接受獼猴菌群的動(dòng)物，這些表達(dá)路徑明顯較弱，呈現(xiàn)出的模式更接近大腦體積相對(duì)較小的靈長類特征。

更令人關(guān)注的是，宿主大腦的基因表達(dá)變化方向與供體物種自身的大腦差異呈現(xiàn)一致性。

這意味著腸道菌群的特性已超越消化系統(tǒng)本身，通過某種機(jī)制影響了大腦內(nèi)部的基因調(diào)控，使宿主的神經(jīng)活動(dòng)更貼近原始菌群來源物種的特征。

這一現(xiàn)象提示腸道菌群攜帶著某種指向性信息，使其能夠在跨物種范圍內(nèi)塑造大腦的能量利用方式與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)路徑，為研究大腦發(fā)育差異提供了新的視角。

02腸道細(xì)菌如何“影響”大腦？機(jī)制比想象中更合理

腸道并不是孤立器官，它通過腸腦軸與大腦保持密切聯(lián)系。不同細(xì)菌就像不同工廠，能夠生產(chǎn)不同類型的代謝物，包括短鏈脂肪酸、氨基酸衍生物以及可能影響神經(jīng)活動(dòng)的信號(hào)分子。這些代謝物可以經(jīng)過血液循環(huán)進(jìn)入全身組織，對(duì)大腦產(chǎn)生直接或間接作用。

大腦是高度依賴能量的器官，任何影響能量供應(yīng)效率的因素，都可能改變神經(jīng)元活動(dòng)和突觸結(jié)構(gòu)。

來自大腦體積較大的靈長類動(dòng)物的菌群往往具有更高的代謝潛力，因此在新的宿主中也能夠支撐更高水平的能量相關(guān)基因表達(dá)，使神經(jīng)活動(dòng)表現(xiàn)得更為活躍。

除此之外，一些與神經(jīng)發(fā)育和心理狀態(tài)相關(guān)的基因路徑也發(fā)生了變化。這并不意味著某種菌群會(huì)直接導(dǎo)致特定神經(jīng)癥狀，而是提示腸道微生物可能參與調(diào)控大腦發(fā)育的部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

它們的代謝物、信號(hào)分子以及對(duì)宿主免疫與神經(jīng)系統(tǒng)的影響，可能共同構(gòu)成了一條從腸道到大腦的調(diào)控鏈條。

從這種意義上看，腸道微生物并不是在“控制”大腦，而是作為身體生態(tài)系統(tǒng)的一部分，為大腦結(jié)構(gòu)與功能提供一種可塑性影響。這種影響在長期演化過程中可能逐漸積累，最終形成不同物種之間的大腦差異。

03大腦差異或許不只來自基因，腸道菌群是推動(dòng)力量之一

當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)把不同靈長類的菌群移植到同一種動(dòng)物體內(nèi)，并觀察到一致的基因表達(dá)方向性時(shí)，一幅更宏觀的畫面逐漸清晰。

大腦的演化不僅是基因突變和環(huán)境壓力的故事，也可能與腸道菌群長期協(xié)同演化的過程有關(guān)。

不同物種會(huì)因飲食、生活方式和環(huán)境差異形成獨(dú)特的菌群體系，而這些菌群體系通過代謝潛能、能量調(diào)控和信號(hào)產(chǎn)物等方式，累積地影響著大腦的功能路徑。

一個(gè)更高效的腸道菌群系統(tǒng)，可能為大腦的擴(kuò)張?zhí)峁└�(wěn)定的能量基礎(chǔ)。而一個(gè)代謝能力較低的系統(tǒng)，則可能限制大腦結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。

正因?yàn)槿绱耍@項(xiàng)研究被認(rèn)為為“腸道菌群參與大腦演化”提供了方向性的證據(jù)。

它揭示的是一種跨越代謝、生理與神經(jīng)發(fā)育的深層聯(lián)動(dòng)機(jī)制，讓我們對(duì)大腦如何形成、為何不同、為何演化出巨大差異，有了新的理解角度。

04腸道微生物的平衡，是維持大腦良好狀態(tài)的重要一步

隨著越來越多研究提示腸道微生物與大腦存在深層聯(lián)系，人們逐漸意識(shí)到腸道生態(tài)的穩(wěn)定可能比過去想象中更重要。

不同菌群所帶來的差異不僅體現(xiàn)在消化層面，也可能影響大腦的能量利用與神經(jīng)活動(dòng)。保持腸道微生物的多樣性與平衡，讓其維持健康的代謝能力，有助于支持整體身心狀態(tài)。

良好的飲食結(jié)構(gòu)、規(guī)律作息與適度運(yùn)動(dòng)，是維持腸道生態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵基礎(chǔ)。理解并保護(hù)這一生態(tài)系統(tǒng)，讓腸道和大腦在和諧節(jié)奏中共同運(yùn)作，也許正是邁向長期健康的一條重要路徑。

注明 參考文獻(xiàn)

Primate gut microbiota induce evolutionarily salient changes in mouse neurodevelopment

Alex R DeCasien , Jacob E Aronoff , Elizabeth K Mallott , Sahana Kuthyar……

DOI: 10.1073/pnas.2426232122

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