腸道細菌能夠影響我們的大腦嗎？

2020-09-10 楊冬博士

有趣的科學發現並不一定需要使用特別高大上的實驗材料。最近《自然》雜誌上的一篇論文就是一個例子。在這篇論文裡面，科學家們研究了腸道細菌對於秀麗隱杆線蟲（C.elegans）行為的影響。由於這種動物結構簡單並且培養方便，秀麗隱杆線蟲是生物實驗室的常見實驗動物。因此，很多在遺傳發育等領域中的重要發現都是最初在秀麗隱杆線蟲上面做出來的。


秀麗隱杆線蟲（圖源：nature.com）


在這篇文章的裡面，科學家研究了線蟲對刺激物的迴避作用。通常，秀麗隱杆線蟲會迴避某些揮發性物質，比如正辛醇。然而科學家發現如果用一種叫做產鹼普羅威登斯菌（Providencia alcalifaciens）的細菌作為線蟲的食物，線蟲對於正辛醇的迴避行為就會減弱。也就是說，通常情況下在實驗中線蟲是不會爬向含有正辛醇的實驗區域的。而如果線蟲吃了產鹼普羅威登斯菌，那麼就會有部分線蟲似乎忘記了正辛醇是它本來應該不喜歡的物質，因此還是爬向了含有正辛醇的區域。

更為有意思的是，產鹼普羅威登斯菌要改變線蟲對正辛醇的迴避行為有一個前提條件。就是細菌必須能夠在線蟲的腸道中繁殖。為了證明這一點，科學家用抗生素預先處理過細菌作為食物來餵線蟲。雖然此時線蟲仍然可以吃下細菌合成的化學物質，但是由於細菌已經不再具備繁殖能力，線蟲對正辛醇的迴避行為也就恢復正常了。

那麼，作為細菌又是怎麼影響線蟲的行為的呢？原來線蟲體內的ASH神經元是線蟲感知辛醇的主要細胞。而這些神經細胞上含有大量的酪胺以及章魚胺的受體。而正是通過這些胺類物質，線蟲才能對辛醇起反應。而產鹼普羅威登斯菌正是可以合成酪胺，從而影響ASH神經元從而改變線蟲對辛醇的迴避行為。

那麼細菌為什麼要合成出酪胺從而使線蟲能夠容忍辛醇呢？對細菌而言好處又是什麼呢？目前的一種猜測是產鹼普羅威登斯菌本身含有某些醇類物質。這種物質也是通過ASH神經元被線蟲所感知，然後被線蟲所迴避的。即換一句話說，線蟲「聞到」產鹼普羅威登斯菌的氣味後，就傾向於迴避它。如果線蟲有像人一樣的知覺的話，也許就是覺得「難聞」吧。當然，線蟲因此也就不願意吃這種細菌了。然而，從細菌角度出發，它被線蟲吃下去後就可以在線蟲的腸道中繁殖，也許對它的生存是有利的。所以，通過合成酪胺來「鈍化」線蟲的ASH神經元，線蟲就可以不再迴避這種細菌，從而使細菌實現了「被吃」的目的。


腸道及其正常菌群（圖源：pixabay.com）


這個故事講的是線蟲和細菌的關係。那麼在人類腸道中有類似的事件發生嗎？我們知道，人體的腸道中定值有大量的細菌。這些細菌通常都是正常的腸道菌群的組成部分。目前研究表明，腸道菌群對於人體健康的很多方面都有影響。而就腦和腸道菌群的關係而言，目前確實也有不少研究認為兩者之間或許可能有某種相互影響。然而，我們在真正做出結論之前必須謹慎。因為目前絕大部分研究都是來自於動物（比如線蟲，還有小鼠等），而由於生理狀態的巨大差異，動物中的研究結果並不一定可以直接移植到人體之中。而有關人體的研究很多只是根據某些觀察建立的某種聯繫，但是並不是因此就能夠確定因果關係的。

舉一個例子。目前自閉症和腸道菌群的關係是一個研究熱門。根據觀察，很大比例的自閉症兒童有腸道功能異常並且伴隨著腸道菌群異常。因此，自閉症和腸道菌群異常兩種現象是可以聯繫起來的。但是，它們是真的有因果關係嗎？如果有，又是哪個是因哪個是果呢？當然，推銷益生菌的廠家會告訴你「不用想了，肯定是腸道菌群是因。菌群不正常，所以細菌分泌的某種產物影響你的行為，所以你有自閉症」。當然，廠家們後續還會告訴你「只要服用了我們的益生菌，自閉症狀就可以減輕」。

真是如此嗎？遠遠不是！首先，即使存在因果關係，你也不知道自閉症和腸道菌群異常何為因，何為果。理由很簡單。因為自閉兒童一般飲食習慣都比較古怪（比如只吃特定食物）,那麼他們的腸道菌群就很有可能會和正常人不同，畢竟腸道裡面的細菌是得依靠你吃下去的食物來維持生計的啊。

所以，腦與腸道細菌的關係是一個非常有趣，很有希望的研究領域。說不定未來會有很多有意思的發現，可能有些發現還會改變我們的生活。但是同時我們今天對於這些發現在人類健康上面的意義仍然得保持謹慎，尤其是不能輕易被某些廠家忽悠，從而購買或者服用實際上沒有太大作用的營養品。

參考文獻

O』Donnell, M.P., Fox, B.W., Chao, P.-H., Schroeder, F.C. and Sengupta, P., A neurotransmitter produced by gut bacteria modulates host sensory behavior. Nature, 585, 415-420, 2020

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