近年来,“肠脑轴”在学术界掀起了一股研究热潮。“一个直肠通向大脑”背后的科学真理已被许多研究证实。
人类胃肠道中微生物的种类和数量非常巨大。胃肠道的独特环境为这些细菌提供了肥沃的生长环境。然而,肠道微生物不仅满足于掌握胃肠道的世界,而且还将影响力伸向人体的中心大脑。研究表明,肠道菌群不仅与人类的情绪和行为密切相关,而且自闭症、焦虑症、肥胖症、帕金森病、阿尔茨海默病等疾病也起着重要作用,因此有人将肠道菌群称为“第二脑”。
衰老是人体必要的生理过程。随着年龄的增长,我们的大脑功能逐渐衰退,我们的认知能力也下降。同时,与年轻人相比,老年人的肠道菌群也发生了很大变化。大量先前的研究已经证明,肠道菌群与学习能力和记忆能力有关,但与衰老相关的认知能力与肠道菌群之间是否存在关系。
老年大鼠的肠道菌群使幼鼠“过早衰老”
一项题为“肠道微生物群的年龄相关变化对老年人认知能力下降的影响”的研究发表在《老龄化》杂志上。动物实验证明,将老年宿主的肠道菌群移植给年轻宿主会影响年轻宿主的认知能力。本研究比较了年轻和老年大鼠的微生物群之间的差异。结果发现,老年大鼠肠道菌群多样性显著低于青年大鼠,微生物群落组成也不同。例如,老年大鼠肠道中类杆菌的相对丰度降低,而厚壁菌的相对丰度显著高于年轻大鼠。
然后,作者通过粪便移植将老年大鼠的粪便移植到年轻大鼠,以重建年轻大鼠的肠道菌群。移植2个月后,年轻受体小鼠(3个月大)的微生物群特征与老年大鼠(24个月大)相似。微生物群的变化也损害了年轻大鼠的认知能力,尤其是记忆力,并向老年大鼠靠拢。
这种衰老不仅表现在行为上,还表现在大脑结构和功能的变化上。粪便移植后,大鼠特定脑区神经元功能活动减少,突触间隙增宽,密度降低,突触素表达减少,这与老年大鼠的情况一致。
年轻小鼠的肠道菌群促进了“老年”小鼠的“再生”
这篇文章真正强调了老年宿主的肠道菌群可以使年轻宿主的大脑功能老化。那么,年轻生物体的肠道菌群能否逆转老生物体的衰老?最近,爱尔兰科克大学(cork University)的研究人员发表了一项研究,题为《年轻小鼠的微生物群对抗自然衰老中与年龄相关的选择性行为缺陷》,该研究是《自然》杂志的一份分刊。
为了深入探讨这个问题,作者将3~4个月龄小鼠的粪便移植到19~20个月龄小鼠体内:收集年轻小鼠的粪便,制备粪便匀浆,通过食道喂给老年小鼠。试验前三天,小鼠每两周口服一次粪便匀浆,然后每周两次。四周后,他们测试了小鼠的肠道菌群,发现老年小鼠的微生物组成与年轻小鼠相似,证明粪便移植是成功的。之后,作者检查了粪便移植引起的小鼠免疫系统的变化。对幼鼠粪便移植后老年小鼠肠系膜淋巴结免疫细胞的研究表明,粪便移植对免疫衰老有一定的调节作用,免疫系统中T细胞、树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞等细胞群的比例发生了一定程度的变化,这也影响了某些细胞因子的分泌。总之,移植后老年小鼠的免疫系统变得更“年轻”。
此外,接受粪便移植的老年小鼠的认知相关海马区域也发生了变化,这在代谢组和转录组的特征上与年轻小鼠更相似。海马体的变化也促进了行为的改变,与同龄正常小鼠相比,这些老年小鼠的学习能力和记忆能力都有所提高。
本研究证明,粪便移植不仅可以恢复老年小鼠的肠道相关免疫功能,还可以减弱与年龄相关的认知行为损伤。在未来,肠道菌群可能成为治疗由年龄引起的海马功能下降引起的疾病的潜在治疗靶点。本文介绍的两项研究可以说是相辅相成的。肠道菌群对人脑和免疫功能的影响确实值得关注,其背后的神奇机制有待进一步研究。这些动物实验是否同样适用于人体尚不清楚,但无论如何,这项研究仍然带来了希望。