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大腦與腸道的對話：“吃啥？”



大腦與腸道的對話：“吃啥？”
本文插圖



圖文作者：李方周 ， 趙明來（復旦大學）
腦科學世界（brainnews團隊）經(jīng)授權發(fā)布

一個人體內(nèi) ， 大約有37萬2千億個細胞 ， 日復一日地努力工作著 。 可他們并不孤獨 ， 因為同一時刻 ， 約40萬億的細菌陪伴著他們 。

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圖1. 腸道內(nèi)環(huán)境 ， 圖片源自動漫《工作細胞》
這些細菌絕大部分分布在宿主的胃腸道 ， 他們憑借食物消化的產(chǎn)物穩(wěn)定地定居在人體之中 ， 形成了腸道微生物群（gut microbiota） 。 比人體細胞總數(shù)還要龐大的腸道微生物 ， 非但不是身體“看不見的客人” ， 甚至還會向主人主動“點餐” ， 以滿足自身生長所需的營養(yǎng) 。

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圖2. 腸道益生菌 ， 圖片源自動漫《工作細胞》
2006年Turnbaugh等人的研究顯示 ， 給無菌小鼠種植來自肥胖小鼠或相對肥胖人群的腸道微生物群導致了這些小鼠的體脂增高 ， 表明腸道微生物菌群對肥胖的發(fā)展起到了重要的作用 。
然而 ， 腸道微生物如何影響營養(yǎng)偏好或食物渴望等進食行為 ， 其具體的機制和通路仍不清楚 。
其實 ， 在進行腸道微生物對進食影響的進一步探索之前 ， 科學家已經(jīng)對攝食行為的神經(jīng)生物調(diào)節(jié)有了豐富的認識 。
攝食行為的神經(jīng)生物調(diào)節(jié)十分復雜 ， 科學家將調(diào)節(jié)攝食行為的神經(jīng)通路分為“為了體內(nèi)能量平衡”的保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)（homeostatic）和“激勵過程”的非保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)（non-homeostatic）兩大類 。
【大腦與腸道的對話：“吃啥？”】控制內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡的通路會對能量和其他代謝失衡做出反應 ， 主要參與該通路的有下丘腦和腦干核團；非內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的通路 ， 比如進食的享樂主義和認知調(diào)節(jié) ， 由額皮質(zhì)區(qū)、中腦邊緣系統(tǒng)和海馬體等更高級的腦區(qū)域進行處理 。 若拋開人為劃分的腦區(qū) ， 上述各個部位之間也能夠相互聯(lián)系 ， 互相調(diào)節(jié)對能量狀態(tài)作出的反應和習得的攝食行為 。
除此之外 ， 迷走神經(jīng)在起到雙向傳遞腦和胃腸道之間信息作用的同時 ， 也通過在調(diào)節(jié)高級腦功能區(qū)時傳遞胃腸道的饑餓與飽腹信號的方式 ， 將內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關與非內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關的進食行為聯(lián)系了起來 。
基于以上神經(jīng)生物對攝食行為調(diào)節(jié)通路的認識基礎 ， 與微生物對攝食行為確有影響的發(fā)現(xiàn) ， 越來越多的研究開始探究腸道微生物群與攝食行為的關系 ， 并發(fā)現(xiàn)——腸道微生物群能夠調(diào)節(jié)宿主的代謝和胃口 ， 對肥胖和進食障礙等疾病治療的臨床轉(zhuǎn)化意義；微生物群的代謝物和細菌組分可以通過腸道飽腹途徑影響宿主食欲等等 ， 更有許多文獻報道了腸道微生物菌群對特定腦區(qū)內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關和非內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關具體通路及機制的影響 。
在2021年5月17日 ， Journal of Clinical Investigation雜志上發(fā)表的一篇綜述：Roles for the gut microbiota in regulating neuronal feeding circuits中, 總結了目前為止“微生物-腸-腦軸”調(diào)控進食行為的相關研究發(fā)現(xiàn)：如產(chǎn)乳酸的腸道菌群能夠改變宿主的飲食偏好、部分腸道微生物通過改變宿主嗅覺影響宿主食物選擇、腸道微生物群的多樣性能夠調(diào)節(jié)下丘腦活性從而調(diào)節(jié)對食物的渴望等（圖3）；也有微生物的代謝能夠影響迷走神經(jīng)的興奮性 ， 如微生物代謝產(chǎn)物能和內(nèi)分泌細胞與神經(jīng)細胞作用改變攝食行為等（圖4） 。
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圖3. 腸道微生物群介導的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)神經(jīng)基質(zhì)的變化


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圖4. 微生物代謝物影響迷走神經(jīng)活動的擬作用位點
未來 ， 為了確定微生物群、神經(jīng)通路和攝食行為這三者的關系 ， 我們需要證明腸道微生物群對進食相關的神經(jīng)通路產(chǎn)生影響的普適性與可重復性 ， 并在確定神經(jīng)通路受到微生物群影響的基礎上 ， 研究下游的攝食行為相對應的改變 。
上述整合式的研究 ， 應以對腦腸軸上微生物作用的特定信號通路及作用的特定神經(jīng)元的了解為基礎 。 這一部分知識目前仍然存在大量空白 。 單細胞測序最新的進展可能成為未來研究肥胖人群腸微生物類型和其作用的神經(jīng)元亞型的著力點 。
對特定微生物和代謝物進行相應的人體研究 ， 對于評估發(fā)生在人體中的宿主-微生物相互作用及其與代謝和飲食紊亂潛在的相關性十分重要 。 了解腸道微生物群對穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)攝食行為的影響 ， 可能會為食物選擇的生物學基礎提供新的見解 ， 并在以后 ， 或許能為肥胖和飲食失調(diào)患者的食物偏好調(diào)整提供新方法 。

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