吃下“年轻”的粪便后，它们的大脑也变年轻了？
图片来源：pixabay
随着年龄的增长，我们的大脑运转速度会变慢。你可能会忘记把眼镜放在哪里，或者在学习新技能时遇到困难。现在，有科学家从小鼠实验中看到了扭转这种衰老趋势的希望。近日发表在《自然·衰老》上的一项研究表明，移植年轻小鼠的肠道菌群给老年小鼠，能抵消小鼠大脑中与衰老相关的特定改变。
撰文 | 白德凡
审校 | 石云雷
来自爱尔兰科克大学APC微生物组研究所的研究人员通过粪菌移植的方式将年轻小鼠的肠道菌群移植给老年小鼠，发现老年小鼠的部分大脑和免疫系统功能得到了恢复。研究人员认为，来自年轻个体的微生物群落可能对老龄宿主产生有益的影响。
尽管结果令人振奋，APC微生物组研究所首席研究员约翰·克莱恩（John Cryan）提醒说：“这项研究还处于早期阶段，要想把这些发现转化为人类健康服务，还需要做更多的工作。”
肠道菌群：你的另一个器官
你能想象，居住在你体内的微生物的细胞总数比人体细胞还要多吗？这些微生物与人类共同生活了数十万年，它们分布在人体体内和体表各处，影响着人体的许多生理过程。其中，肠道菌群，也就是寄居在人体肠道内的微生物群落，是近年来微生物学、医学、基因学等领域的研究焦点之一。最近的一系列研究发现，这些肠道微生物能与大脑产生奇妙的关联，而作用的途径就是“肠脑轴”（gut-brain axis）
肠脑轴指的是肠道与大脑间的双向生化信号通路，包括中枢神经系统、神经内分泌和神经免疫系统中的多种复杂相互作用。而肠道菌群的代谢物中包括一些神经活性分子，例如色氨酸前体和代谢物、血清素、γ-氨基丁酸和儿茶酚胺等，这些代谢产物可以与肠道自主神经突触发生作用，从而最终影响到大脑状态。在2019年的一项研究中，研究人员将自闭症患者的肠道菌群移植到无菌小鼠的肠道中，诱发了小鼠的自闭症行为。科学界对肠道菌群的重要作用已有清晰认识，也许我们不应该把肠道菌群仅仅视作一种寄居在我们身上的外来物，在功能上，它们更接近于一种内分泌器官。
肠脑轴影响我们生活的方方面面
图片来源：Cryan, J. F. et al. The microbiota-gut-brain axis. Physiol. Rev. 99, 1877–2013 (2019).
而无论肠道菌群还是大脑，都会随着我们的衰老而发生改变，进而影响到我们的认知、代谢、免疫等功能。大脑的衰老影响尤为明显，在这个过程中我们的认知能力会衰退，记忆力、空间学习能力和注意力都会下降，严重时可能导致神经退行性疾病。考虑到全球人口的老龄化趋势，如何制定策略来维持大脑在衰老过程中的健康功能，成为医学界面临的一项挑战。
尽管通过大脑移植来让大脑变得年轻听起来还是太过科幻，但肠道细菌移植却是真实可行的技术。考虑到肠道细菌和大脑的复杂作用，科学家不免会好奇，更年轻的肠道细菌会不会重塑出一个更年轻的大脑？
年轻的粪便，年轻的大脑
这份好奇正是驱动克莱恩和他的团队进行研究的动力。此前已有研究人员利用非洲鳉鱼进行过实验，将幼鱼的肠道菌群移植进入中年鱼体内，延长了中年鱼的寿命并延缓了其行为衰退。而克莱恩想知道，以上结论能否在哺乳动物身上重复出来。
“2017年，我的团队发现，老年小鼠的微生物群、免疫系统和行为都发生了变化。2019年，我们又向前迈进了一步，证明富含益生元菊粉的以微生物为目标的饮食可以减轻中年大脑衰老的影响，”克莱恩说，“但是目前我们并不清楚微生物群本身和延缓大脑衰老与否之间的因果关系，而这正是我们最新研究的重点所在。”
为了验证猜想，研究人员从3到4个月大的年轻小鼠身上提取了粪便样本，并将它们喂食给20个月大的小鼠（以小鼠的标准来看，它们已经很老了）。粪便中富含肠道菌群，因此喂食粪便是实现肠道菌群移植的有效方法。研究人员每周给老年小鼠喂食两次，持续8周。而在对照组中，老年鼠接受来自老年老鼠的粪菌移植，年轻的小鼠接受来自年轻小鼠的粪菌移植。
研究人员注意到，获得了年轻小鼠肠道菌群的老年小鼠，其肠道菌群开始变得与年轻小鼠的相似。常见的肠道微生物肠球菌在老年小鼠体内变得更加丰富。
老年小鼠的大脑也发生了变化，其海马体中小胶质细胞与年龄相关的改变得到恢复。小胶质细胞对于调节认知、支持神经可塑性和对包括细胞因子在内的各种信号作出反应有着重要作用。这意味着，接受了粪菌移植的老年小鼠的海马体变得与年轻小鼠的更为相似。研究人员表示，这部分老年小鼠也学会了更快地走迷宫，更好地记住了迷宫的布局。而在对照组的小鼠中则没有发现这些影响。
研究人员还发现，接受粪菌移植后，老年小鼠的短链脂肪酸代谢发生变化，而短链脂肪酸参与调节免疫细胞功能、肠脑通信和衰老。研究人员推测，这些肠道微生物代谢产物跨过了血脑屏障而对海马体代谢产生影响。
这些结果表明，将年轻小鼠的肠道菌群移植到老年小鼠体内，可以减轻与衰老相关的行为缺陷。克莱恩表示，为促进健康老龄化，肠道菌群或许有作为治疗靶标的潜力。然而他并不希望人们过度解读这项研究。“我们不提倡那些想恢复大脑活力的人去尝试粪菌移植。”克莱恩说。研究仍然处在早期阶段，未来的研究需要进一步阐明肠道微生物驱动这些变化、使衰老的大脑恢复活力的具体机制。
参考来源：
https://www.eurekalert.org/news-releases/924793
https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_13967017
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s43587-021-00093-9%20%20%20
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419305021
https://elifesciences.org/articles/27014
《环球科学》8月新刊现已上市