Science解码肠道微生物群和大脑之间的直接对话

肠道微生物的副产品在血液中循环，调节宿主的生理过程，包括免疫、代谢和大脑功能。巴斯德研究所(Université paris Cité的合作研究组织)、Inserm和法国国家科学研究中心的科学家们发现，动物模型中的下丘脑神经元可以直接检测到细菌活动的变化，并相应地调整食欲和体温。这些发现表明，肠道微生物群与大脑之间发生了直接对话，这一发现可能会为解决糖尿病和肥胖等代谢紊乱问题带来新的治疗方法。

肠道是人体最大的细菌蓄水池。越来越多的证据揭示了宿主与其肠道菌群之间的相互依赖程度，并强调了肠道-脑轴的重要性。在巴斯德研究所，来自感知和记忆单元(巴斯德研究所/CNRS)的神经生物学家，来自微环境和免疫单元(巴斯德研究所/Inserm)的免疫生物学家，和来自细菌细胞壁生物学和遗传学单位(巴斯德研究所/法国国家科学研究中心/Inserm)[2]的微生物学家分享了他们的专业知识，来研究肠道中的细菌如何直接控制大脑中特定神经元的活动。

科学家们将注意力集中在NOD2(核苷酸寡聚域)受体上，这种受体存在于大多数免疫细胞中。这种受体检测细菌细胞壁的构建块——胞肽的存在。此外，先前已经证实NOD2受体基因编码的变异与消化系统疾病，包括克罗恩病，以及神经系统疾病和情绪障碍有关。然而，这些数据不足以证明大脑神经元活动和肠道细菌活动之间的直接关系。科学家联盟在这项新研究中揭示了这一点。

利用大脑成像技术，科学家们最初观察到老鼠体内的NOD2受体是由大脑不同区域的神经元表达的，特别是在一个被称为下丘脑的区域。他们随后发现，当这些神经元接触到来自肠道的细菌菌肽时，它们的电活动被抑制了。巴斯德研究所(CNRS/Inserm)细菌细胞壁单元生物学和遗传学主任Ivo G. Boneca解释说:“肠道、血液和大脑中的噬细胞肽被认为是细菌增殖的标记物。”相反，如果没有NOD2受体，这些神经元就不再受到muropeptide的抑制。因此，大脑失去了对食物摄入和体温的控制。这些老鼠体重增加，更容易患上2型糖尿病，尤其是老年雌性老鼠。

在这项研究中，科学家们证明了一个惊人的事实:神经元直接感知细菌的muropeptide，而这项任务被认为主要是由免疫细胞完成的。法国国家科学研究中心的科学家、巴斯德研究所知觉和记忆单元的负责人皮埃尔-玛丽·莱多评论说:“发现细菌片段直接作用于像下丘脑这样的大脑中心，这是非常了不起的。众所周知，下丘脑管理着诸如体温、生殖、饥饿和口渴等重要功能。”

因此，神经元似乎可以检测细菌活动(增殖和死亡)，作为食物摄入对肠道生态系统影响的直接衡量指标。巴斯德研究所(Inserm)微环境与免疫部主任Gérard Eberl说:“过量摄入某种特定食物可能会刺激某些细菌或病原体不成比例地生长，从而破坏肠道平衡。”

muro多肽对下丘脑神经元和代谢的影响提出了其在其他大脑功能中潜在作用的问题，并可能帮助我们理解某些大脑疾病与NOD2基因变异之间的联系。这一发现为神经科学、免疫学和微生物学之间新的跨学科项目铺平了道路，并最终为大脑疾病和代谢紊乱(如糖尿病和肥胖)的新治疗方法铺平了道路。