海綿體是什麼位置圖
腸道菌群（Gut microbiota）指在人類及人類以外動物（包括昆蟲）的消化道內生存的微生物複雜群落。腸道宏基因組（metagenome）是腸道微生物群的所有基因組的聚集體。 在人體內，腸道是人類微生物群系中的一個利基生態位。與一般商業上應用單一物種的益生菌相比，人類腸道微生物的生物多樣性一旦降低，會影響其宿主的消化功能。所以現時有研究利用多種益生菌的活生物製劑去模擬腸道菌群的多樣性，以加強益生菌對人體的功效。人體內的細菌種類多達3萬種、數量約100兆至1000兆。
對魚類的新研究表明，腸道微生物可以對大腦的社會發展產生
至關重要
的早期影響。
從頂面看斑馬魚的詳細掃描。新的研究表明，在生命的早期，腸道微生物群的存在會影響斑馬魚的大腦發育和成年社會行為。
最近的兩篇論文表明，在大腦發育的早期關鍵時期，腸道的微生物群，生長在其中的各種細菌，有助於塑造大腦系統，這對以後的社會技能很重要。科學家們在魚類身上發現了這種影響，但分子和神經學證據似乎表明，它的某種形式也可能發生在哺乳動物身上，包括人類。
在11月初發表在《
公共科學圖書館生物學
》
（PLOS Biology）
上的一篇論文中，研究人員發現，在成長過程中缺乏腸道菌組的斑馬魚的社交能力，遠遠低於它們的結腸定植的同伴，而且它們的大腦結構反映了這種差異。
在9月底BMC基因組學（
BMC Genomics）的一篇相關文章中，他們描述了受腸道細菌影響的神經元的分子
特徵。這些神經元的等價物出現在齧齒類動物中，科學家現在可以在其他物種中尋找它們，包括人類。
近幾十年來，科學家們認知到，腸道和大腦有著強大的相互影響。例如，某些型別的腸道潰瘍與帕金森病患者的症狀惡化有關。臨床醫生早就知道，胃腸道疾病在同時患有神經發育障礙的人中更為常見，如
注意缺陷與多動障礙（
ADHD
）
和
自閉症譜系障礙（
autism spectrum disorder
）
。
紐約大學朗格尼健康中心（Langone Health）的兒科胃腸病學家、卡拉-馬戈利斯（Kara Margolis）表示說：“不僅大腦對腸道有影響，而且腸道也能深刻地影響大腦。然而，這些在解剖學上獨立的器官是如何發揮其作用的，還遠不清楚。”
俄勒岡大學的分子生物學家、新研究的主要合著者之一、菲利普-沃什本（Philip Washbourne），二十多年來一直在研究與自閉症和社會行為發展有關的基因。他的實驗室正在尋找一種新的模式生物，一種顯示社會行為但比他們的首選小鼠更快、更容易繁殖的生物。他回憶說，“我們能在魚身上做到這一點嗎？”然後。他回憶說：“讓我們對它進行真正的量化，看看我們是否可以測量魚。”
無菌的魚
斑馬魚被廣泛用於遺傳學研究，它們的繁殖速度很快，自然地具有社會性。兩週大之後，它們開始在4到12條魚的魚群中閒逛。它們在成年之前也是透明的，這使得研究人員可以觀察它們的內部發育，而不必解剖它們，這在哺乳動物模型（如小鼠）中是完全不可能的。
該團隊開始用來自“無菌”斑馬魚系列的胚胎進行實驗，這些斑馬魚被培育成缺乏腸道菌組。在這些小魚孵化後，研究人員立即給其中一些魚接種了健康的腸道細菌組合。但是他們等了整整一個星期才給其餘的魚接種，迫使它們從一張白紙開始發育。
出生時被接種的魚在大約15天大的時候開始按計劃進行。但當無菌魚開始時，俄勒岡大學神經科學家、該研究的共同作者朱迪斯-艾森說，“令人震驚的是，它們沒有這樣做，即使這些魚被追溯性地注入了腸道微生物，它們也沒有達到與同齡一樣的社會發展程度。”
當艾森、沃什本和他們的團隊檢查這些魚的大腦時，他們發現了明顯的結構差異。在沒有微生物群的情況下度過生命第一週的魚，影響社會行為的前腦神經元的一個特定叢集顯示出更多的相互聯絡。該叢集的小膠質細胞也明顯較少，這種神經免疫細胞負責清理大腦中的垃圾。“艾森說：”這些是神經系統的重大變化。“對我來說，這是相當顯然的。”
線條描繪斑馬魚在一個特殊的實驗水箱中游泳的路徑。在正常微生物群中長大的魚，大部分時間都在一個透明的隔板附近，以接近另一邊的魚。在第一週內“無菌”的魚不太合群，遊得更隨意。
研究小組假設，健康的腸道微生物組在某種程度上使小膠質細胞在斑馬魚大腦中蓬勃發展。然後，在某些關鍵的發育時期，小膠質細胞像維修工一樣，修剪神經元上瘋狂的分支“手臂”。沒有小膠質細胞的修剪，無菌魚的社會性神經元變得糾纏在一起，像一個未被打理的荊棘。
腸道微生物如何向魚的發育中的大腦傳送訊號以產生這些影響尚不清楚。細菌釋放出一系列驚人的化學物質，任何足夠小的化合物理論上都可以穿過血腦屏障。但也有可能是在腸道和大腦之間移動的免疫細胞攜帶了訊號分子，或者某些訊號從腸道沿著迷走神經向上傳播。
許多社交物種
加州理工學院的研究生物學家、莉維亞·赫克·莫萊斯（Livia Hecke Morais）說：“類似的機制可能在包括人類的其他脊椎動物的社會發展中起作用。社會群體是整個動物王國的一個共同的生存策略。這是一種在進化過程中儲存得比較好的行為。“
事實上，沃什伯恩和艾森之前已經在小鼠身上發現了幾乎相同的社交神經元。“沃什伯恩說：”如果你能在魚和老鼠之間找到相同的細胞型別，你可能也能在人類中找到相同的細胞型別。
一群斑馬魚緊密地遊在一起。當斑馬魚大約兩週大時，它們通常開始在被稱為魚群的群體中進行社交。
然而，莫萊斯提醒說，斑馬魚和小鼠都不是人類的完美類似物，或彼此的完美類似物。她說，魚和小鼠的神經通路有些不同。而且這些生物中的每一個都有一套獨特的腸道微生物，它們可能釋放不同的化學訊號。
儘管如此，這一原理可能廣泛適用於不同的生物群體。艾森說，不同的微生物化學物質仍有可能影響斑馬魚、小鼠、人類和其他動物大腦中的小膠質細胞丰度。但她同意，明確地將不同物種混為一談是危險的。她說，模型生物 “與人並不完全相同”。
多種微生物組
在未來，艾森、沃什伯恩和他們的團隊希望準確地確定斑馬魚的腸道微生物如何向其大腦傳送訊號。他們還想確定神經發育的敏感期有多長，以瞭解對腸道的早期干預是否能使大腦發育回到正軌。最終，他們希望這項研究將使人們更深入地瞭解神經發育障礙是如何產生的，儘管這可能很困難。
馬戈利斯說，“問題是，這個假設需要在人類身上進行測試，但這是非常具有挑戰性的工作。設計一項臨床試驗來測試人類嬰兒的腸道干預措施的後勤工作將是艱難的，因為像自閉症譜系障礙這樣的疾病通常在7歲或以後才被診斷出來，很可能是在關鍵視窗關閉很久之後。
即使在同一物種的個體之間，微生物組也有很大差異。兩個在大多數方面看起來幾乎相同的人，其腸道微生物群落的差異可能超過70%。簡單地看一個人的微生物組並不是一個有用的神經發育障礙的診斷工具。馬戈利斯說：”不存在一個自閉症的微生物組“。
對沃什本來說，如果人類存在這種敏感的發育期，它可能使干預幾乎不可能。”他說：“我不認為我們離
靈丹妙藥
越來越近。
但是，即使能夠以某種小方式描述腸道對大腦的影響，也有助於揭開一個極其複雜的人類之謎。他說，就目前而言，這就足夠了。