Nat Cell Biol：科学家识别出肠道菌群和兴奋性大脑信号之间的特殊分子关联

如今，越来越多的研究证据表明，肠道微生物群会影响机体大脑的功能和行为，然而肠道菌群调节宿主机体神经系统功能背后的分子机制，在很大程度上依然是未知的。近日，一篇发表在国际杂志Nature Cell Biology上题为“Vitamin B12 produced by gut bacteria modulates cholinergic signalling”的研究报告中，来自马萨诸塞大学医学院等机构的科学家们通过研究揭示了秀丽隐杆线虫机体肠道中产生维生素B12的特定细菌与乙酰胆碱（acetylcholine）产生之间的重要分子关联，乙酰胆碱是一种对机体记忆和认知功能非常重要的神经递质。

科学家们越来越多地认识到，饮食和肠道微生物可能在机体大脑健康中扮演着重要角色，肠道微生物组组成的改变或与多种神经系统疾病发生有关，比如焦虑、抑郁症、偏头痛和神经变性等；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巨大挑战。研究者Woo Kyu Kang说道，机体肠道中的细菌要比机体细胞多，大脑的复杂性，组成肠道微生物组的数百种细菌群落以及代谢产物的多样性几乎不太可能揭示细菌是如何影响机体大脑功能的。

为了分离出单一细菌对特定大脑功能的影响，研究人员给线虫喂食了一种由单一细菌所组成的饮食，这种细菌携带有特殊的突变，会导致大脑中的兴奋性/抑制性信号失衡，同时还会促使线虫出现癫痫样行为，人类中的类似遗传突变也会引起偏头痛。研究者Kang给这些突变的秀丽隐杆线虫喂食含有单一细菌群落的饮食，并观察其癫痫发作的频率，在所测试的40种不同的细菌饮食中，有18种饮食减少了线虫癫痫发作的次数，进一步实验结果表明，这些细菌的共同特征就是其都能产生维生素B12。

科学家识别出肠道菌群和兴奋性大脑信号之间的特殊分子关联。

图片来源：Nature Cell Biology (2024). DOI:10.1038/s41556-023-01299-2

研究者表示，维生素B12能降低机体中胆碱的水平，而胆碱是一种存在于多种食物中对肝脏中脂肪代谢非常重要的特殊化合物，其能用于维生素B12依赖性蛋氨酸/S-腺苷蛋氨酸（Met/SAM）循环，后者是一种能在肠道中产生蛋氨酸的代谢通路，而蛋氨酸是一种能通过饮食获得对机体代谢非常重要的氨基酸。然而，胆碱也能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机体兴奋性失衡，从而在突变的线虫中引起癫痫样的行为。当存在更多维生素B12时，更多的胆碱就会在Met/SAM循环中被使用，从而就会留下更少的胆碱来产生乙酰胆碱，减少乙酰胆碱的水平能帮助恢复神经系统中兴奋性/抑制性的平衡，并减少秀丽隐杆线虫的癫痫发作活动。

研究人员指出，微生物组、维生素B12、大脑功能和行为之间的“串扰”影响仅会在有机体受到遗传或环境压力的情况下才会显现出来，人类缺乏维生素B12往往与以兴奋性/抑制性失衡为特征的神经系统疾病有关，比如精神分裂症、抑郁症和偏头痛等。研究者Alkema说道，确定在线虫中发现的特殊分子机制是否也能解释维生素B12对多种人类神经系统疾病兴奋性信号的影响，这或许是非常有趣的。而通过使用其它人类疾病的线虫模型并测试其它代谢产物和细菌，研究人员也希望能揭示肠道微生物组和大脑功能之间的关联，从而进一步改善人类健康。

综上，本文研究结果揭示了肠道细菌调节宿主机体行为并可能影响神经系统健康的肠-脑交流通路。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Kang, W.K., Florman, J.T., Araya, A. et al. Vitamin B₁₂ produced by gut bacteria modulates cholinergic signalling. Nat Cell Biol (2024). doi：10.1038/s41556-023-01299-2