Science综述︱胃肠道微生物群和社会大脑之间的关系

来源：逻辑神经科学

撰文︱王思珍（逻辑神经科学）

越来越多的证据表明，胃肠道微生物可以影响大脑的生理和行为。胃肠道微生物群可以通过多种途径向大脑发出信号，包括免疫激活、微生物代谢物和肽产生、迷走神经的激活、以及肠道内各种神经递质和神经调节剂的产生等。这个双向通路被称为是微生物群-内脏-脑轴（the microbiota-gut-brain axis）。

在没有微生物群（/微生物区系）（microbiota）的情况下，经无菌和抗生素处理过的小鼠表现出了包括神经递质转换、神经炎症、神经发生、以及神经形态学在内的几个重要的生理过程的改变。或许是因为这些神经系统的病变，所以缺乏微生物群的啮齿动物的行为（尤其是社会行为）与被细菌寄生的啮齿动物的行为明显不同。相反地，补充某些有益活菌（如双歧杆菌（Bifidobacterium）和乳酸菌（Lactobacillus））可以显著改善动物的早期和成年期社会行为。

总的来说，这些结果表明，微生物对健康的神经发育和大脑中社会行为的规划是重要的。尽管对自然种群中肠道微生物群的功能和生态影响的研究在不断深入，然而，从生物进化的层面而言，微生物与社会大脑（social brain）之间的关系为什么会出现以及何时出现，仍是不清楚的。 

在于2019年11月2日以Microbiota and the social brain为题发表在Science（最新IF=41.037）上的前沿性综述文章中，Eoin Sherwin（爱尔兰科克大学）、 Seth R. Bordenstein（美国范德堡大学）及John F. Cryan（通讯作者，爱尔兰科克大学）等人综述了肠道微生物群和社会大脑之间潜在联系的机制，并讨论了动物界（animal kingdom）中的这种联系的多样性。这种跨物种分析有助于我们理解人类的社会性。而且，这些联系可能有助于解释为什么微生物群与社交障碍有关，以及如何将其作为影响大脑健康的靶标。

社交能力包含了一系列的复杂的互动行为，可以是协同（/合作）的（cooperative），中立的（neutral），也可以是敌对的（antagonistic）。在整个动物界中，动物表现出的社交能力是不同的。有些动物是高度群居的，如灵长类动物、白蚁和蜜蜂等，生活在合作的群落中；而其他大多数动物，如熊等，则是独居的。因此，尽管对无菌和抗生素处理过的动物的研究已经对微生物群如何影响社会行为产生了深刻的见解，但是，从更广阔的动物学角度来看，它们可能过于简化，无法充分理解胃肠道中共生细菌与宿主社会性之间的复杂关系。

一些社会相互作用已经进化到促进微生物群的水平传播。对无脊椎动物和脊椎动物的观察表明，饮食和免疫等因素会产生选择压力，从而推动微生物群和社会行为之间的关系。虽然微生物群可能通过调节内脏-大脑轴来影响行为，然而一些动物物种可能已经进化到使用共生细菌来调节同种成员之间的交流。比如，鬣狗（hyenas，也称土狼）的气味腺会产生一种气味膏体，其中含有发酵细菌，其被认为有助于同种动物之间的社会凝聚力。

基于动物和微生物群之间的这种复杂关系，学者们提出了一种假设：微生物可能影响了社会大脑和行为的进化，继而作为传播自身遗传物质一种手段。

微生物-内脏-脑轴与社会行为的关系。肠道菌群和中枢神经系统之间的双向通道，即菌群-内脏-大脑轴，影响着动物王国中各种复杂的社会行为。一些动物已经进化出了它们与肠道菌群的独特关系，这可能有助于它们与同种动物相互作用。肠道菌群和社会行为之间的关系可能有助于解释在自闭症谱系障碍等情况下观察到的社会缺陷，并可能导致针对这些情况的新疗法的发展。

因此，了解影响发展的因素和编程整个动物界的社会行为，不仅对于重新思考大脑生理和行为的进化方面及其重要，而且提供对人类社会大脑紊乱（包括自闭症谱系障碍（autism spectrum disorders），社交恐惧症（social phobia）以及精神分裂症（schizophrenia）等）的更深入见解方面也很重要。 

越来越多的证据显示了微生物群与这些疾病之间的这种联系，同时，基于临床前和新出现的临床数据，学者们提出了这样一种假设：通过饮食或生物治疗干预来靶向微生物群可以改善此类神经发育障碍相关的行为症状。

然而,在将来需要更大规模的临床试验来证实这些干预措施的有效性，然后才能确认它们是否是神经发育障碍的一线治疗手段（first-line treatment）。 

虽然目前肠道菌群和神经发育障碍之间的这种联系是一个有趣的研究领域，然而微生物群在动物社会行为进化中的任何作用都不能取代其他因素。但是这种联系可以帮助我从不同的角度来理解这些复杂行为是如何产生的。

文献参考

E. Sherwin et al., Science 366, eaar2016 (2019). DOI: 10.1126/science.aar2016