眾所周知，被稱為“第二大腦”的腸道微生物組（腸道菌群）是人體中最大的細菌“蓄水池”。越來越多的研究證實它們對健康具有包括從心理到生理的一系列深遠影響。

腸道細菌釋放的化合物存在于血液中，可以調節宿主的生理過程，如免疫、代謝和大腦功能。這一系列操作正是通過“腸-腦軸”來實現的。

“腸-腦軸”是一個復雜的網絡。它將腸道功能與大腦的情感和認知中心聯系起來。宿主與其腸道菌群相互依賴，“腸-腦軸”雙向交流系統也受神經活動、激素和免疫系統的調節。此前的研究證實，“腸-腦軸”發生改變會導致應激反應和行為改變。但大腦神經元是否可以直接感知細菌成分，以及細菌是否可以通過調節大腦神經元來調節宿主生理過程還是未知的。

北京時間4月16日，發表在《Science》上的一項最新研究中，來自法國巴斯德研究所、法國國家健康與醫學研究院（INSERM）和法國國家科學研究中心（CNRS）的聯合科學家團隊證明了一個驚人的事實：腸道細菌與大腦之間發生了直接對話，神經元可以直接感知細菌，并相應地調整食欲和體溫控制。這一發現有望為治療大腦疾病、糖尿病和肥胖等代謝紊亂疾病帶來新方法。

在這項新研究中，研究人員將注意力集中在核苷酸寡聚結構域（NOD2）受體上。

NOD2是一種模式識別受體，它可以幫助免疫系統識別被稱為胞壁肽（muropeptides）的細菌細胞壁片段。先前對小鼠的研究表明，NOD2在小鼠的整個大腦中均有表達。當NOD2在抑制性GABA能神經元中被特異性敲除時，小鼠（尤其是老年雌性小鼠）會明顯表現出進食行為和體溫調節的改變。

此外，先前已經確定NOD2受體的基因變異與消化系統疾病（克羅恩病），以及神經系統疾病和情緒障礙有關。然而，這些數據不足以證明大腦神經元活動和腸道細菌活動之間的直接關系。

在該研究中，通過使用腦成像技術，研究人員最初觀察到小鼠的NOD2受體由大腦不同區域的神經元表達，特別是在下丘腦區域。眾所周知，下丘腦管理著諸如體溫、生殖、饑餓和口渴等重要功能。

他們隨后觀察到，當這些神經元與腸道中的muropeptides接觸時電活動會受到抑制。

研究人員還發現，在抑制GABA能神經元中缺乏NOD2表達的老年雌性小鼠比正常小鼠吃得更多，因此體重增加得更多。隨后，這些小鼠還表現出筑巢意愿降低，這是一種與保存熱量有關的行為特征，以及響應晝夜節律、禁食和腎上腺素能刺激的溫度調節降低。

研究人員解釋道，腸道、血液和大腦中的muropeptides被認為是細菌增殖的標志物。相反，如果沒有NOD2受體，這些神經元就不再受到muropeptides的抑制。因此，大腦失去了對食物攝入和體溫的控制。

進一步的實驗觀察到，敲除NOD2的雌性小鼠最終發展成為糖尿病表型，壽命也明顯減少。這表明，NOD2在調控雌性老年小鼠進食行為和體溫等能量代謝中發揮關鍵作用。

總之，這項新研究確定了一種調節攝食行為和宿主代謝的細菌感應機制，研究結果表明，腸道細菌的結構成分可以被下丘腦神經元直接感知到，從而調節攝食行為、筑巢行為和體溫控制（但這種信號調控可能受到性別和年齡依賴）。通過這種方式，大腦可以用腸道細菌作為間接的食物攝入量衡量標準，也可以直接衡量食物攝入導致的細菌增至或死亡情況。

因此，過量攝入某種食物可能會刺激某些細菌或病原體不成比例地生長，從而危及腸道生態平衡，進而可能會導致肥胖、糖尿病，并在不知不覺中縮短了壽命。

這一新發現為神經科學、免疫學和微生物學前沿的新跨學科項目鋪平了道路，并最終為開發大腦疾病和代謝性疾病（如糖尿病和肥胖癥）的治療方法開辟了新途徑。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3986