小小腸道菌可左右人的命運
人體腸道的微生物主要是細菌,它們與人的健康、疾病、胖瘦等有非常密切的關係。但下面這幾點人們還知之不多。最新研究發現,腸道細菌與大腦發育有關,進而可能影響人的智商;與人的情緒有關,可以讓人愉悅或痛苦;可能與壽命有關,讓人延壽。當腸道細菌與出生和發育、生活質量以及死亡有關時,這些因素疊加起來,就可以影響一個人的命運。
腸道菌有關嬰兒大腦發育
人體內的腸道細菌是主要繼承自母親。人類出生後的第一年,是腸道微生物產生和定植的關鍵時期。嬰兒經過母親產道或經剖宮產後,鹼性厭氧的腸桿菌就成功定植在嬰兒的腸道中,成為其中的主導菌群。
等嬰兒長到兩歲時,腸道內微生物群落逐漸變得多樣化,慢慢與成人的腸道微生物群落趨同。與此同時,嬰兒大腦的容積已達到成人大腦容積的80%至90%。
嬰兒腸道細菌的變化和大腦發育幾乎同步,這引起了研究人員的注意。日前,美國北卡羅來納大學教堂山分校的麗貝卡·尼克邁耶研究團隊研究發現,人的智商的高低可能與嬰兒時期的腸道細菌有關。
尼克邁耶等人對89名健康嬰兒進行研究,採集他們在1歲時的糞便樣本,同時採用結構性磁共振成像技術評估這些嬰兒在1歲和2歲時的大腦結構。根據檢測出的腸道微生物差異,研究人員把這些嬰兒分成3組:有相對較多普氏菌的為C1組,擬桿菌較多的為C2組,瘤胃球菌較多的為C3組。同時,這3組中,C1組的微生物種類最多,C3組次之,C2組最少。
研究人員通過測試發現,嬰兒在1歲時的認知與腸道微生物群落之間沒有相關性,但在兩歲時,認知能力有很大不同。C2組(腸道微生物種類最少組)的嬰兒認知得分最高(92分);C1組(腸道微生物種類最多組)的嬰兒認知得分卻最低(72分)。當然,這些嬰兒的認知測試結果均在正常範圍內。
對於這樣的結果,研究人員感到難以理解,C2組嬰兒的腸道微生物種類最少,從理論上推測,認知能力應該更低。而且以前的研究也表明,嬰兒期的腸道微生物種類較少與不良的健康狀況,如I型糖尿病、哮喘均有關。
為了解開這個謎團,研究人員又採用宏基因組學的方法,對這3組嬰兒的腸道微生物的代謝功能進行分析。結果發現,C2組嬰兒的腸道微生物中,與葉酸、生物素代謝有關的基因增加了,但與細菌致病性相關的基因減少了。由於葉酸是神經發育中重要的代謝物,因此,腸道微生物種類少的C2組嬰兒的認知能力反而較高。同時,腸道微生物的致病性降低對神經系統的發育也有益處。
最終得出的結論是,影響嬰兒大腦發育和認知高低的腸道微生物不在於多還是少,而在於組合是否最佳。雖然這個研究只是初步結果,但能說明腸道細菌與嬰兒的大腦和認知發育相關。更重要的是,如果嬰兒腸道細菌的數量、種類和組合與大腦認知發育有關,具體是通過什麼途徑產生關係的,是今後需要弄清楚的。
細菌促進令人愉悅的血清素產生
人逢喜事精神爽!但喜事還需要轉化為體內的多種快樂物質,如血清素,才能讓人高興。
血清素最早是從血清中發現的,其化學名稱是5-羥色胺,廣泛存在於大腦、血小板、胃等組織中。它在大腦中的含量最高,除了讓人愉快外,還能收縮血管和平滑肌。
雖然大腦也可以合成血清素,但人體內絕大部分(約90%)的血清素都產生於消化道。腸道中的腸嗜鉻細胞儲存著這些分子,用來調控腸道運動。然而,研究人員發現,血清素產量的多少並非由腸嗜鉻細胞決定,而是由細菌來主導。細菌決定了血清素的產量,從而可能影響到人的喜悅與悲傷。
美國加州理工學院的生物學家伊萊恩·蕭團隊發現,腸道細菌改變的小鼠會發生行為方式的改變,這提示微生物與神經系統有相互作用。於是,他們開始研究腸道細菌是否影響腸嗜鉻細胞合成血清素的能力。
研究者在檢測正常和無菌小鼠體內血清素的水平後發現,無菌小鼠腸嗜鉻細胞產生血清素比正常小鼠減少60%,但是給無菌小鼠移植正常腸道微生物後,又能恢復小鼠腸道嗜鉻細胞產生血清素的能力。這證明,腸道微生物是腸道合成血清素的重要條件。共有近20個種類的產芽孢細菌組合能讓無菌小鼠恢復產生血清素的能力。
細菌又是如何促成血清素合成的呢?進一步研究發現,這些產芽孢細菌的代謝產物,如維生素E、丁酸鹽、膽酸鹽、脫氧膽酸、對氨基苯甲酸、丙酸鹽和酪胺等分子,能刺激腸嗜鉻細胞生產血清素。
來看看這個過程:當腸道內的菌群正常時,產芽孢細菌的代謝產物刺激腸嗜鉻細胞生產血清素,然後通過血液循環維持人體和大腦內血清素的正常濃度。因此,在有外界的喜事刺激時,人才會高興。反之,體內菌群減少或搭配比例不當,會讓血清素合成減少,即便有喜事刺激也高興不起來。
一個旁證是,部分抑鬱症患者的表現之一就是體內缺乏維生素E,所以醫生會給予補充維生素E,緩解患者的抑鬱癥狀。現在,研究人員也發現,產芽孢細菌的代謝產物之一就是維生素E,後者又能促進血清素的生成,說明細菌真的左右著人們的喜悅與悲傷。
基因突變大腸桿菌可能延壽
再來說說腸道細菌與壽命的關係。美國貝勒醫學院的研究人員發現,秀麗隱桿線蟲體內有近4000種大腸桿菌,其中有幾十種能夠延長線蟲的壽命。同時,這些大腸桿菌在實驗室試驗中能延緩腫瘤發展和β-澱粉樣蛋白積聚,而β-澱粉樣蛋白積聚被視為痴呆發生的重要原因。
秀麗隱桿線蟲以大腸桿菌等細菌為食。研究人員建立了一個大腸桿菌庫,包括3983種單基因突變菌株。他們單獨將每一種菌株飼餵線蟲,觀察其壽命。結果發現,有29種突變菌可以讓線蟲的壽命延長10%以上。
在既往對衰老的研究中,研究人員已經發現,動物和人的長壽與幾種分子信號通道有關,如胰島素/胰島素樣生長因子1(IGF-1)、雷帕黴素靶蛋白(TOR)信號通道和限制能量(即節食)。
不過,令人驚訝的是,這次研究發現了新的延壽機制。線蟲體內有兩種基因突變大腸桿菌引發壽命延長並不是通過上述信號通道實現的,一種是hns基因突變,可使線蟲延壽40%,另一種是lon基因突變,能使線蟲延壽25%。
原來,hns基因和lon基因共同參與一種代謝物的合成,即莢膜異多糖酸。而莢膜異多糖酸被認為是延長壽命的重要物質。研究人員直接將莢膜異多糖酸餵給線蟲,線蟲的壽命延長了20%;對果蠅飼餵莢膜異多糖酸,也延長了果蠅的壽命,證實了莢膜異多糖酸的抗衰老作用。
這提示,兩種基因引起的延壽作用可能是通過莢膜異多糖酸實現的。隨後,研究人員檢測發現,有腸道細菌hns基因和lon基因的培養基中,莢膜異多糖酸的含量都比其他培養基中的要高。當兩種基因與莢膜異多糖酸同時存在時,線蟲體內與衰老有關的肌肉線粒體的分解會減弱,即證明衰老在延遲。
莢膜異多糖酸抗衰老的原理與線粒體的功能有關。線粒體是所有真核生物細胞中非常重要的一種細胞器,是細胞的「能量工廠」,為細胞供能,參與細胞生長的調控。莢膜異多糖酸作為代謝產物被腸道細胞吸收後,會與細胞內的線粒體建立聯繫,維持線粒體的功能和蛋白質的穩態,由此讓線蟲、果蠅、哺乳動物的壽命延續。
由上可知,有hns基因和lon基因突變的大腸桿菌促進莢膜異多糖酸合成,莢膜異多糖酸則維持線粒體的功能,使動物延壽。下一步,研究人員還需弄清有突變基因的大腸桿菌促使莢膜異多糖酸合成增加的原因,以及是否同樣適用於人類。
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