快报Nature︱肠道细菌产生的神经递质调节宿主的感觉行为

来源：逻辑神经科学

动物与复杂的生物群落（包括微生物在内）以共生、致病或互惠的关系共存【1】。一些细菌可以产生具有生物活性的神经递质，之前的一些证据表明，这些神经递质可以调节其宿主神经系统的活动和行为【2-3】。然而，这种微生物-脑信号转导（microbiota-brain signalling）的机制基础和它的生理相关性很大程度上是未知的。

此外，麻省理工学院的Dennis H. Kim教授实验室的一项研究显示：致病菌能够致使秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的嗅觉行为发生改变【4-5】。但是，其肠道共生细菌是否也能调节宿主行为，我们尚不清楚。

文章内容简要而言，首先，Michael O’Donnell博士等人发现，在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中，一种寄生于肠道的共生菌，即普罗维登斯菌（Providencia bacteria），其所产生的神经调节物酪胺（tyramine）能够绕过了宿主酪胺生物合成的需要，并操纵宿主的感官行为决定。

作者进一步发现，该细菌产生的酪胺可能被宿主酪胺β-羟化酶转化为章鱼胺（octopamine），而章鱼胺能够靶定ASH伤害性神经元（ASH nociceptive neurons），即ASH感觉神经元上的OCTR-1章鱼胺受体，进而来调节厌恶性嗅觉反应（aversive olfactory response）【注：ASH是一组纤毛神经元，这些纤毛神经元属于头感器（amphid sensilla）的一部分，而头感器则是纽虫类的化学感受器之一【6】】。 

而且，Michael O’Donnell等人也鉴定了在普罗维登斯菌中合成酪氨所需的基因，比如tyrDC、adcA等基因，并表明了这些基因是调节宿主行为所必需的。

文章模型图

（JUb39：一种产碱罗维登斯菌（Providencia alcalifaciens strain）；OA：章鱼胺；TA：酪胺）

（图片引自：O’Donnell, M.P., et al., Nature 2020）

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2395-5

参考文献

【1】Douglas, A. E. Fundamentals of Microbiome Science: How Microbes Shape Animal Biology (Princeton Univ. Press, 2018).

【2】Guo, R., Chen, L.-H., Xing, C. & Liu, T. Pain regulation by gut microbiota: molecular mechanisms and therapeutic potential. Br. J. Anaesth. 123, 637–654 (2019).

【3】Strandwitz, P. Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Res. 1693 (Pt B), 128–133 (2018).

【4】Schulenburg, H. & Félix, M.-A. The natural biotic environment of Caenorhabditis elegans. Genetics 206, 55–86 (2017).

【5】Meisel, J. D. & Kim, D. H. Behavioral avoidance of pathogenic bacteria by Caenorhabditis elegans. Trends Immunol. 35, 465–470 (2014) 

【6】Chao, M. Y., Komatsu, H., Fukuto, H. S., Dionne, H. M. & Hart, A. C. Feeding status and serotonin rapidly and reversibly modulate a Caenorhabditis elegans chemosensory circuit. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 15512–15517 (2004)