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美利坚联邦合众国神经科学年会,肠道细菌大脑
2020-03-24 171

肠道细菌大脑“安家”

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我们知道肠道中的细菌群体对我们的健康有很大的影响。这些相同的细菌可能会在我们的大脑中安家吗?在美国加州圣地亚哥市举办的2018年美国神经科学学会年会上呈现的一张海报引起了人们对高分辨率细菌显微图的关注,这些显微图表明这些细菌明显地穿入和栖息在健康人类大脑的细胞中。这项研究是初步的,而且它的作者们谨慎地指出,他们从尸体中采集的组织样本可能已被污染。但是对于展厅内的许多路人而言,细菌可能直接影响大脑中的过程---可能包括神经系统疾病的产生过程---是令人振奋的。美国加州大学洛杉矶分校神经科学家Ronald McGregor说,“它就像是[大脑中的]一个全新的分子工厂,具有它自己的需求......这太令人兴奋了。”大脑是一个受到保护的环境,通过包围着它的血管的细胞网络部分地阻挡血液中的内含物。成功地穿透这种血脑屏障的细菌和病毒会导致危及生命的炎症。一些研究已提出距离较远的微生物---那些生活在我们肠道中的微生物---可能会影响情绪和行为[1],甚至影响神经系统疾病的发生风险[2],但是是通过间接方式影响的。比如,肠道微生物组平衡受到破坏可能会增加一种不好的蛋白的产生[3]。如果这种蛋白沿着将肠道与大脑连接在一起的神经向上移动时,那么它可能会导致帕金森病。

人类大脑切片图像揭示了关于“大脑微生物群”的令人好奇但极其初步的证据。

图片来自Rosalinda Roberts, Courtney Walker, and Charlene Farmer。

图片来源:ROSALINDA ROBERTS

美国阿拉巴马大学伯明翰分校神经解剖学家Rosalinda Roberts指出,如果这是真的,那么这就表明微生物与大脑之间存在着意想不到的亲密关系[4]。她的实验室研究了死后数小时内保存的脑组织切片,以便寻找健康人与精神分裂症患者之间的差异。大约5年前,神经科学家Courtney Walker,对这些脑组织切片的精细图片中出现的未被识别出的杆状物体着迷不已。Roberts之前看到过这些形状。她说,“但是我仅是对它们不予理会,这是因为我正在寻找别的东西。我会说,‘哦,这些东西又来了。’”但是Walker坚持不懈,而且Roberts开始咨询阿拉巴马大学伯明翰分校的同事们。今年,一位细菌学家给了她意想不到的消息:它们是细菌。她的团队如今已在他们检查过的每个大脑样本的某个地方发现了细菌---总共有34个大脑样本,其中大约一半来自健康人,另一半来自精神分裂症患者。Roberts想知道在人死亡和大脑移除之间的几个小时内,肠道内的细菌是否会从血管渗漏到大脑中。因此,她观察了健康的小鼠大脑,这些小鼠的大脑在它们死亡后立即被保存。她观察到更多的细菌。随后,她研究了无菌小鼠的大脑,这些小鼠经过精心培养而缺乏微生物生命。它们都是无菌的。RNA测序显示大多数细菌来自肠道中常见的三种门:厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门。Roberts并不知道这些细菌是如何进入大脑中的。它们可能已穿过血管,从肠道沿着神经向上行走,甚至通过鼻腔进入。她不能确定它们是有益的还是有害的。她没有观察到任何炎症存在的迹象,这提示着与健康的大脑相比,迄今为止不能够定量地确定它们,或者系统性地比较精神分裂症患者的大脑和健康认的大脑。如果事实证实存在重大差异,那么未来的研究可能探究这种提出的“大脑微生物组”如何维持或威胁大脑健康。在这项对这些电子显微图片的初步研究中,Roberts团队观察到常驻的细菌具有令人费解的偏好性。它们似乎栖息在星形胶质细胞中,其中星形胶质细胞与神经元相互作用并支持它们。特别地,这些细菌聚集在包围着血脑屏障中的血管的星形胶质细胞的末端中和周围。在神经元的被髓磷脂隔离的较长投射中,它们似乎也更加丰富。Roberts无法解释这些偏好性,但想知道细菌是否被这些脑细胞中的脂肪和糖所吸引。为什么没有更多的研究人员观察到大脑中的细菌?Roberts说,其中的一个原因可能就是很少有研究人员对死后大脑进行电子显微镜检查。神经科学家可能---就像她最近所做的那样---无视或未能识别他们获得的大脑样本中的细菌。Roberts承认她的团队仍然需要排除污染。比如,来自空气或手术器械的微生物是否可以在大脑样本提取过程中进入大脑组织?她计划寻找这样的证据。她还想排除储存小鼠大脑时引入细菌或让细菌滋长的解决方案。Roberts指出,在这张海报的参观者中,“有一些怀疑论者”。她说:“我也部分上对此表示怀疑。”但是即使细菌从未真正地在活的大脑中茁壮成长,它们在死后大脑中的入侵模式也是令人关注的。美国马里兰大学精神病学家Teodor Postolache说,“即便我们确实拥有Roberts提出的大脑微生物组,还有很多事情需要研究。”他研究了寄生原虫刚地弓形虫,它侵入大脑但并不总是引起明显的疾病。他说,“我对其他事物能够存在于大脑中并不感到吃惊,但是当然,如果是这样的话,这就是革命性的。”他说,如果这些常见的肠道细菌经常性和良性地存在于脑细胞内部和周围,那么它们可能在调节大脑的免疫活动中发挥关键作用。 “确切地证实这一点是一条漫长的道路,”他说,但是“这是一条激动人心的道路。”资讯出处:Do gut bacteria make a second home in our brains?参考资料:1.Mind-Altering Bugs2.Gut microbes could help trigger multiple sclerosis3.Seeds of Parkinson’s disease may hide in the appendix4.The human brain microbiome; there are bacteria in our brains!

人们知道,肠道中的微生物群对人类健康有着强大影响。相同的细菌能否在大脑中“定居”?在日前于加州圣地亚哥举行的美国神经科学学会年会上,一张海报展示了细菌入侵健康人类大脑细胞并居住于此的高分辨率显微镜图像。

大脑是一个受到保护的环境,通过一个围绕血管的细胞网络将血流中的部分成分阻挡在外。成功进入血脑屏障的细菌和病毒会引发危及生命的炎症。一些研究表明,生活在肠道中的同大脑相距甚远的微生物可能影响心情和行为,甚至是神经系统疾病的发病风险,但这些都是通过非直接方式实现的。

阿拉巴马大学神经解剖学家Rosalinda Roberts带领的实验室通过分析死亡几小时内保存下来的大脑组织切片,比较了健康人和精神分裂症患者之间的差异。约5年前,当时还是Roberts实验室研究生的神经科学家Courtney Walker迷上了出现在这些切片图像上的身份不明的杆状物体。Roberts此前见过这些形状。“但我并没有理它们,因为我要寻找的是其他东西。”

但Walker一直在坚持。于是,Roberts开始咨询UAB的同事。今年,一位细菌学家给了她意想不到的消息:它们是细菌。目前,Roberts团队在他们检查的全部34个大脑中都发现了这种细菌。其中,一半大脑是健康的,另一半来自精神分裂症患者。

Roberts想知道,来自肠道的细菌能否在一个人死亡和大脑被移除的几个小时内从血管渗透并进入大脑。为此,她分析了健康的小鼠大脑。它们在小鼠死后立即得以保存。结果是发现了更多细菌。随后,Roberts分析了无菌小鼠的大脑。这些小鼠被精心照料,以避免微生物影响。研究发现,它们的大脑中均没有细菌。

RNA测序显示,大多数细菌来自3个在肠道中常见的菌群:厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门。在对电子显微图像进行的初步调查中,Roberts团队观察到常驻细菌拥有令人困惑的喜好。它们似乎居住在同神经元互动的星形胶质细胞中。这些微生物尤其喜欢在包围血管的星形胶质细胞尾部附近聚集。与此同时,它们似乎更多地出现在名为髓磷脂的脂肪物质覆盖的神经元较长投射的周围。

相关论文信息:DOI:10.1126/science.aaw0147

《中国科学报》 (2018-11-13 第2版 国际)