科学家研究肠道细菌如何直接控制特定神经元的活动

肠道微生物群副产物在血液中循环，调节宿主生理过程，包括免疫、新陈代谢和大脑功能。巴斯德研究所(巴黎城市大学的合作研究机构)、Inserm和CNRS的科学家们发现，动物模型中的下丘脑神经元直接检测细菌活动的变化，并相应地调整食欲和体温。这些发现表明，肠道微生物群和大脑之间发生了直接对话，这一发现可能会导致新的治疗方法来解决糖尿病和肥胖等代谢疾病。研究结果将于2022年4月15日发表在《科学》杂志上。

肠道是人体最大的细菌库。越来越多的证据揭示了宿主与其肠道微生物群之间的相互依赖程度，并强调了肠-脑轴的重要性。在巴斯德研究所，来自感知和记忆单位(InstitutPasteur/CNRS)的神经生物学家、来自微环境和免疫单位(InstitutPasteur/Inserm)的免疫生物学家，以及来自细菌细胞壁单位生物学和遗传学(InstitutPasteur/CNRS/Inserm)分享了他们的专业知识，以研究肠道中的细菌如何直接控制大脑中特定神经元的活动。

科学家们专注于在大多数免疫细胞内部发现的NOD2(核苷酸寡聚结构域)受体。该受体检测胞肽的存在，胞肽是细菌细胞壁的组成部分。此外，之前已经确定编码NOD2受体的基因变异与消化系统疾病有关，包括克罗恩病，以及神经系统疾病和情绪障碍。然而，这些数据不足以证明大脑中的神经元活动与肠道中的细菌活动之间存在直接关系。科学家联盟在这项新研究中揭示了这一点。

使用脑成像技术，科学家们最初观察到小鼠的NOD2受体由大脑不同区域的神经元表达，特别是在被称为下丘脑的区域。他们随后发现，当这些神经元与肠道中的细菌鼠肽接触时，它们的电活动会受到抑制。

相反，如果NOD2受体不存在，这些神经元就不再被胞肽抑制。因此，大脑失去了对食物摄入和体温的控制。小鼠体重增加，更容易患上2型糖尿病，尤其是老年女性。

在这项研究中，科学家们已经证明了一个惊人的事实，即神经元直接感知细菌的胞肽，而这项任务被认为主要分配给免疫细胞。“发现细菌碎片直接作用于像下丘脑一样具有战略意义的大脑中心，这是非常了不起的，众所周知，下丘脑可以管理体温、繁殖、饥饿和口渴等重要功能，”CNRS科学家兼负责人Pierre-MarieLledo评论道巴斯德研究所的感知和记忆单位。

因此，神经元似乎可以检测细菌活动(增殖和死亡)，作为食物摄入对肠道生态系统影响的直接衡量标准。“过量摄入特定食物可能会刺激某些细菌或病原体的不成比例生长，从而危害肠道平衡，”巴斯德研究所(Inserm)微环境和免疫部门负责人GérardEberl说。

胞肽对下丘脑神经元和新陈代谢的影响引发了对其在其他大脑功能中潜在作用的质疑，并可能帮助我们了解某些脑部疾病与NOD2基因变异之间的联系。这一发现为神经科学、免疫学和微生物学前沿的新跨学科项目铺平了道路，并最终为脑部疾病和代谢紊乱(如糖尿病和肥胖症)的新治疗方法铺平了道路。

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