腸道菌有關(guān)嬰兒大腦發(fā)育

人體內(nèi)的腸道細(xì)菌是主要繼承自母親。人類出生后的第一年，是腸道微生物產(chǎn)生和定植的關(guān)鍵時期。嬰兒經(jīng)過母親產(chǎn)道或經(jīng)剖宮產(chǎn)后，堿性厭氧的腸桿菌就成功定植在嬰兒的腸道中，成為其中的主導(dǎo)菌群。

等嬰兒長到兩歲時，腸道內(nèi)微生物群落逐漸變得多樣化，慢慢與成人的腸道微生物群落趨同。與此同時，嬰兒大腦的容積已達到成人大腦容積的80%至90%。

嬰兒腸道細(xì)菌的變化和大腦發(fā)育幾乎同步，這引起了研究人員的注意。日前，研究發(fā)現(xiàn)，人的智商的高低可能與嬰兒時期的腸道細(xì)菌有關(guān)。

專家對89名健康嬰兒進行研究，采集他們在1歲時的糞便樣本，同時采用結(jié)構(gòu)性磁共振成像技術(shù)評估這些嬰兒在1歲和2歲時的大腦結(jié)構(gòu)。根據(jù)檢測出的腸道微生物差異，研究人員把這些嬰兒分成3組：有相對較多普氏菌的為C1組，擬桿菌較多的為C2組，瘤胃球菌較多的為C3組。同時，這3組中，C1組的微生物種類最多，C3組次之，C2組最少。

研究人員通過測試發(fā)現(xiàn)，嬰兒在1歲時的認(rèn)知與腸道微生物群落之間沒有相關(guān)性，但在兩歲時，認(rèn)知能力有很大不同。C2組（腸道微生物種類最少組）的嬰兒認(rèn)知得分最高（92分）；C1組（腸道微生物種類最多組）的嬰兒認(rèn)知得分卻最低（72分）。當(dāng)然，這些嬰兒的認(rèn)知測試結(jié)果均在正常范圍內(nèi)。

對于這樣的結(jié)果，研究人員感到難以理解，C2組嬰兒的腸道微生物種類最少，從理論上推測，認(rèn)知能力應(yīng)該更低。而且以前的研究也表明，嬰兒期的腸道微生物種類較少與不良的健康狀況，如I型糖尿病、哮喘均有關(guān)。

為了解開這個謎團，研究人員又采用宏基因組學(xué)的方法，對這3組嬰兒的腸道微生物的代謝功能進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C2組嬰兒的腸道微生物中，與葉酸、生物素代謝有關(guān)的基因增加了，但與細(xì)菌致病性相關(guān)的基因減少了。由于葉酸是神經(jīng)發(fā)育中重要的代謝物，因此，腸道微生物種類少的C2組嬰兒的認(rèn)知能力反而較高。同時，腸道微生物的致病性降低對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育也有益處。

最終得出的結(jié)論是，影響嬰兒大腦發(fā)育和認(rèn)知高低的腸道微生物不在于多還是少，而在于組合是否最佳。雖然這個研究只是初步結(jié)果，但能說明腸道細(xì)菌與嬰兒的大腦和認(rèn)知發(fā)育相關(guān)。更重要的是，如果嬰兒腸道細(xì)菌的數(shù)量、種類和組合與大腦認(rèn)知發(fā)育有關(guān)，具體是通過什么途徑產(chǎn)生關(guān)系的，是今后需要弄清楚的。

細(xì)菌促進令人愉悅的血清素產(chǎn)生

人逢喜事精神爽！但喜事還需要轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的多種快樂物質(zhì)，如血清素，才能讓人高興。

血清素最早是從血清中發(fā)現(xiàn)的，其化學(xué)名稱是5-羥色胺，廣泛存在于大腦、血小板、胃等組織中。它在大腦中的含量最高，除了讓人愉快外，還能收縮血管和平滑肌。

雖然大腦也可以合成血清素，但人體內(nèi)絕大部分（約90%）的血清素都產(chǎn)生于消化道。腸道中的腸嗜鉻細(xì)胞儲存著這些分子，用來調(diào)控腸道運動。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，血清素產(chǎn)量的多少并非由腸嗜鉻細(xì)胞決定，而是由細(xì)菌來主導(dǎo)。細(xì)菌決定了血清素的產(chǎn)量，從而可能影響到人的喜悅與悲傷。

專家發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌改變的小鼠會發(fā)生行為方式的改變，這提示微生物與神經(jīng)系統(tǒng)有相互作用。于是，他們開始研究腸道細(xì)菌是否影響腸嗜鉻細(xì)胞合成血清素的能力。

研究者在檢測正常和無菌小鼠體內(nèi)血清素的水平后發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠腸嗜鉻細(xì)胞產(chǎn)生血清素比正常小鼠減少60%，但是給無菌小鼠移植正常腸道微生物后，又能恢復(fù)小鼠腸道嗜鉻細(xì)胞產(chǎn)生血清素的能力。這證明，腸道微生物是腸道合成血清素的重要條件。共有近20個種類的產(chǎn)芽孢細(xì)菌組合能讓無菌小鼠恢復(fù)產(chǎn)生血清素的能力。

細(xì)菌又是如何促成血清素合成的呢？進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些產(chǎn)芽孢細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，如維生素E、丁酸鹽、膽酸鹽、脫氧膽酸、對氨基苯甲酸、丙酸鹽和酪胺等分子，能刺激腸嗜鉻細(xì)胞生產(chǎn)血清素。

來看看這個過程：當(dāng)腸道內(nèi)的菌群正常時，產(chǎn)芽孢細(xì)菌的代謝產(chǎn)物刺激腸嗜鉻細(xì)胞生產(chǎn)血清素，然后通過血液循環(huán)維持人體和大腦內(nèi)血清素的正常濃度。因此，在有外界的喜事刺激時，人才會高興。反之，體內(nèi)菌群減少或搭配比例不當(dāng)，會讓血清素合成減少，即便有喜事刺激也高興不起來。

一個旁證是，部分抑郁癥患者的表現(xiàn)之一就是體內(nèi)缺乏維生素E，所以醫(yī)生會給予補充維生素E，緩解患者的抑郁癥狀?，F(xiàn)在，研究人員也發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)芽孢細(xì)菌的代謝產(chǎn)物之一就是維生素E，后者又能促進血清素的生成，說明細(xì)菌真的左右著人們的喜悅與悲傷。

基因突變大腸桿菌可能延壽

再來說說腸道細(xì)菌與壽命的關(guān)系。美國貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，秀麗隱桿線蟲體內(nèi)有近4000種大腸桿菌，其中有幾十種能夠延長線蟲的壽命。同時，這些大腸桿菌在實驗室試驗中能延緩腫瘤發(fā)展和β-淀粉樣蛋白積聚，而β-淀粉樣蛋白積聚被視為癡呆發(fā)生的重要原因。

秀麗隱桿線蟲以大腸桿菌等細(xì)菌為食。研究人員建立了一個大腸桿菌庫，包括3983種單基因突變菌株。他們單獨將每一種菌株飼喂線蟲，觀察其壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有29種突變菌可以讓線蟲的壽命延長10%以上。

在既往對衰老的研究中，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，動物和人的長壽與幾種分子信號通道有關(guān)，如胰島素/胰島素樣生長因子1（IGF-1）、雷帕霉素靶蛋白（TOR）信號通道和限制能量（即節(jié)食）。

不過，令人驚訝的是，這次研究發(fā)現(xiàn)了新的延壽機制。線蟲體內(nèi)有兩種基因突變大腸桿菌引發(fā)壽命延長并不是通過上述信號通道實現(xiàn)的，一種是hns基因突變，可使線蟲延壽40%，另一種是lon基因突變，能使線蟲延壽25%。

原來，hns基因和lon基因共同參與一種代謝物的合成，即莢膜異多糖酸。而莢膜異多糖酸被認(rèn)為是延長壽命的重要物質(zhì)。研究人員直接將莢膜異多糖酸喂給線蟲，線蟲的壽命延長了20%；對果蠅飼喂莢膜異多糖酸，也延長了果蠅的壽命，證實了莢膜異多糖酸的抗衰老作用。

這提示，兩種基因引起的延壽作用可能是通過莢膜異多糖酸實現(xiàn)的。隨后，研究人員檢測發(fā)現(xiàn)，有腸道細(xì)菌hns基因和lon基因的培養(yǎng)基中，莢膜異多糖酸的含量都比其他培養(yǎng)基中的要高。當(dāng)兩種基因與莢膜異多糖酸同時存在時，線蟲體內(nèi)與衰老有關(guān)的肌肉線粒體的分解會減弱，即證明衰老在延遲。

莢膜異多糖酸抗衰老的原理與線粒體的功能有關(guān)。線粒體是所有真核生物細(xì)胞中非常重要的一種細(xì)胞器，是細(xì)胞的“能量工廠”，為細(xì)胞供能，參與細(xì)胞生長的調(diào)控。莢膜異多糖酸作為代謝產(chǎn)物被腸道細(xì)胞吸收后，會與細(xì)胞內(nèi)的線粒體建立聯(lián)系，維持線粒體的功能和蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，由此讓線蟲、果蠅、哺乳動物的壽命延續(xù)。

由上可知，有hns基因和lon基因突變的大腸桿菌促進莢膜異多糖酸合成，莢膜異多糖酸則維持線粒體的功能，使動物延壽。下一步，研究人員還需弄清有突變基因的大腸桿菌促使莢膜異多糖酸合成增加的原因，以及是否同樣適用于人類。