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您對微生物的看法:腸道細菌分泌的分子如何促進新腦細胞的形成

您對微生物的看法:腸道細菌分泌的分子如何促進新腦細胞的形成

人們曾經認為神經發生——新神經元的產生——在生命的最初幾年後就會停止。 然而,事實證明,新腦細胞的誕生一直持續到成年期,為支持受傷、生病或老化的大腦提供了令人興奮的新選擇。 

儘管過去幾十年來我們在理解這一過程方面取得了長足的進步,但一個很大程度上尚未開發的領域是我們的腸道微生物是否參與以及如何參與。 近年來,人們發現,生活在我們胃腸道中的大量細菌(無論好壞細菌)也被稱為腸道微生物組,它們對我們的健康發揮著比以前想像的更重要的作用。 現在,一個主要位於倫敦和新加坡的研究小組發現,某些分解氨基酸色氨酸的腸道微生物會導致名為吲哚的小分子的分泌 ——這些吲哚是刺激成人大腦神經生成的關鍵因素。 

透過神經發生培育新的神經元 

神經發生是大腦健康的一個子集,被稱為可塑性,或者是成人大腦適應、改變其結構以及重新連接稱為突觸的連接以響應新體驗的能力。 可塑性高的大腦在受傷後可以更好地自我修復,從而提高認知活力並減緩老化過程。 神經可塑性也能讓大腦獲得新技能,改善情緒控制和記憶鞏固,不斷增強認知能力。 

大腦中發生神經發生的主要區域之一是海馬體的齒狀回。 大腦的海馬區也被稱為“神經源性生態位”,在學習和鞏固短期和長期記憶方面發揮著至關重要的作用。 促進神經發生的海馬細胞稱為成體神經幹細胞,主要處於休眠狀態,但可以回應外部刺激而被活化。 但, 運動和一些抗氧化化合物,如薑黃素和白藜蘆醇,可以促進神經發生 ——腸道微生物分泌吲哚可能是另一個刺激因子。  

神經發生是大腦健康的一個子集,稱為可塑性,或成人大腦適應、改變其結構以及重新連接稱為突觸的連接以響應新體驗的能力

吲哚的延長健康壽命的作用

吲哚是代謝物或代謝的小副產物化合物,是由膳食色氨酸的腸道微生物分解產生的,色氨酸是食用感恩節火雞後最常被提及的氨基酸,因其具有誘導睡眠的作用。 先前的研究 研究發現吲哚可以改善各種動物模型的健康結果,包括蠕蟲、蒼蠅和小鼠。

吲哚對健康的有益作用取決於一種稱為芳基碳氫化合物受體(AHR)的蛋白質,它控制某些基因的活化和活性水平,包括與細胞生長和成熟相關的基因。 在成人中,AHR 位於海馬迴齒狀回的成人神經幹細胞中,這使得研究人員將這種受體確定為刺激神經發生的關鍵步驟。

AHR 是色氨酸分解產生的代謝物(包括吲哚)的目標。 在老年動物的研究中,發現吲哚可以與 AHR 結合,並增強與增加健康和壽命相關的基因的活性。 儘管西蘭花和捲心菜等多種食物中都含有吲哚,但另一種生產途徑是透過腸道微生物。 

我們的腸道微生物群不斷進化,根據我們的飲食、生活方式和環境而日復一日地變化。 這些微生物分泌數百種參與各種身體功能(包括神經生成)的代謝物。 作為本文的共同作者 Paul Matthews 教授, 狀態”,“人們對我們的微生物組以及腸道和大腦健康之間的聯繫越來越感興趣。這項研究是另一個有趣的拼圖,強調了生活方式因素和飲食的重要性。” 

我們的腸道微生物如何調節神經發生

在這項發表在 美國國家科學院院刊wei 和同事的目標是從無菌小鼠進行實驗開始,揭示這些腸道微生物及其代謝物如何調節神經生長。 這些動物是微生物組研究的黃金標準,因為它們是在沒有任何細菌接觸的情況下出生和飼養的,允許在完全沒有微生物的情況下研究動物或產生專門被特定細菌定殖的動物。  

研究團隊發現,年輕的成年無菌小鼠(相當於人類年齡約30 隻)成年神經發生率降低,色氨酸水平升高(因為它們沒有可分解這種氨基酸的腸道微生物),並且吲哚水平降低。 

他們也研究了只含有一種細菌的小鼠的神經源性活動(大腸桿菌) ——其中一半 大腸桿菌 小鼠體內也含有分解色氨酸所需酵素的功能失調版本。 與具有此酵素工作版本的小鼠相比,色氨酸無法代謝為吲哚的單克隆小鼠的神經生成和吲哚水平顯著降低。 

接下來,他們在無菌小鼠和色氨酸代謝功能障礙的小鼠的飲用水中添加了吲哚。 大腸桿菌 小鼠,發現補充吲哚五週可顯著促進神經生成。 這凸顯了吲哚在產生新的成體神經元方面的重要性,並且腸道微生物對於神經發生是必需的,除非用補充吲哚繞過該途徑。

這些小鼠也表現出與大腦可塑性、突觸功能、血管形成和神經突生長相關的基因活性增加,神經突生長是神經元發育中新投射的過程。 同樣,在沒有分解色氨酸所需的酵素(這將導致吲哚產生減少)的情況下飼養的小鼠也降低了海馬體中成年神經發生率。 

最後,Wei 和同事研究了 AHR 訊息傳遞路徑在此過程中的重要性。 在沒有這種受體的小鼠中,補充吲哚未能增加神經發生,也沒有增強先前觀察到的大腦相關基因活性,這表明吲哚與 AHR 結合對於年輕成年小鼠神經發生的重要性。 

腸腦軸

增加吲哚含量對人腦有益嗎? 

鑑於我們體內的吲哚水平往往會隨著年齡的增長而下降,因此透過直接補充吲哚或消耗色氨酸來體內增加吲哚水平可能會支持更健康的衰老過程。 

作為這項研究的資深作者,Sven Pettersson 教授, 狀態”,“這一發現令人興奮,因為它提供了一個機制解釋,說明腸腦通訊如何通過腸道微生物產生的分子刺激成人大腦中新神經細胞的形成,轉化為腦細胞更新。 這些發現使我們更接近尋找減緩記憶喪失的新治療方案的可能性。”

然而,我們還不知道這些結果是否會轉化為成人大腦中神經發生的增加。 在我們確定之前,吃富含吲哚的蔬菜(如西蘭花、球芽甘藍、捲心菜、花椰菜、羽衣甘藍和蕪菁)和富含色氨酸的蛋白質(如雞肉、火雞和雞蛋)可能沒有任何壞處,而且可能會增加促進神經元生長的好處。 

參考: 

Phillips C. 神經可塑性的生活方式調節因素:身體活動、精神參與和飲食如何促進老化過程中的認知健康。 神經塑膠。 2017;2017:3589271。 土井:10.1155/2017/3589271

Sonowal R、Swimm A、Sahoo A 等。 來自共生細菌的吲哚可延長健康壽命。 美國國家科學院院刊。 2017;114(36):E7506-E7515。 土井:10.1073/pnas.1706464114

魏光正,馬丁卡,邢PY,等。 色氨酸代謝腸道微生物透過芳基烴受體調節成體神經發生。 美國國家科學院院刊 A. 2021;118(27):e2021091118。 土井:10.1073/pnas.2021091118



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