一項新研究表明，腸道微生物組的變化可以直接影響大腦的工作方式。這揭示了微生物組和大腦功能之間的強大聯繫。
相對於所有靈長類動物的身體尺寸，人類的大腦尺寸最大。但令人驚訝的是，科學家們對於擁有大大腦的哺乳動物如何進化以滿足生長和維持所需的巨大能量需求仍然知之甚少。
現在，西北大學的研究人員提供了第一個直接的實驗證據，證明腸道微生物組有助於塑造靈長類動物大腦功能的差異。
“我們的研究表明，微生物正在處理與我們對進化的理解相關的特徵，特別是人類大腦的進化，”生物人類學副教授兼該研究的首席研究員凱蒂·阿馬托（Katie Amato）說。
以之前的微生物組研究為基礎
這些新發現建立在阿馬托實驗室之前的工作基礎上，該工作表明，來自大腦較大的靈長類動物的腸道微生物在轉移到小鼠體內時會產生更多的代謝能量。這種額外的能量很重要，因為大腦需要大量的燃料來發育和運作。
在本研究中，研究人員更進一步檢查了大腦本身。他們想知道哪些哺乳動物的腸道微生物具有不同的大腦尺寸。它能改變宿主小鼠大腦的工作方式嗎？
將靈長類微生物轉移到小鼠體內
為了測試這一點，團隊在嚴格控制的實驗室中進行了實驗。他們將兩種大腦靈長類動物（人類猴子和松鼠猴）和一種小腦靈長類動物（食蟹猴）的腸道微生物引入到沒有自身微生物的小鼠體內。
八週後，研究人員觀察到大腦活動的明顯差異。接受來自小腦靈長類動物的微生物的小鼠具有不同的大腦活動模式。與接受大腦靈長類動物微生物的小鼠相比
大腦基因和學習途徑的變化
在接受來自大腦靈長類動物的微生物的小鼠中，科學家發現與能量產生和突觸可塑性相關的基因活性更高。這是一個幫助大腦學習和適應的過程。對於接受來自大腦較小靈長類動物的微生物的小鼠來說，同樣的途徑效果要差得多。
“真正有趣的是，我們能夠將來自宿主小鼠大腦的數據與來自獼猴和人類大腦的數據進行比較。令人驚訝的是格式的多樣性。我們在小鼠大腦基因表達中看到的與在哺乳動物中看到的完全相同，”阿馬託說。我們可以讓老鼠的大腦看起來像真正的靈長類動物的大腦。微生物從哪裡來”
與神經發育狀況的聯繫
研究人員還發現了另一個意想不到的結果。給予小腦靈長類動物微生物的小鼠顯示出與註意力缺陷多動障礙、精神分裂症、雙相情感障礙和自閉症相關的基因表達模式。
先前的研究發現自閉症等疾病與腸道微生物組組成差異之間存在關聯。然而，表明腸道微生物導致這些疾病的直接證據有限。
“這項研究提供了進一步的證據，證明微生物可能在這些疾病中發揮作用。特別是腸道微生物組正在塑造發育過程中的大腦功能，”阿馬託說。 “根據我們的研究結果，我們可以推測，如果人腦暴露於‘錯誤’微生物的作用下，其發育就會發生改變。我們會看到這些疾病的症狀，也就是說，如果你在童年時期沒有接觸到‘正確’的人類微生物群，你的大腦就會以不同的方式工作，並可能導致這些疾病的症狀。”
對大腦發育和進化的影響
阿馬托相信這些發現可能具有重要的臨床意義。特別是在了解某些精神障礙的起源方面。並通過進化的視角觀察大腦的發育。
“思考跨物種和個體的大腦發育是很有趣的。並驗證我們可以查看橫截面和跨物種模式。並發現微生物如何與大腦相互作用的規則。並看看這些規則是否可以轉化為發育。”
“靈長類腸道微生物群誘導小鼠神經系統發育發生進化上重要的變化”的研究發表於 美國國家科學院院刊。–
