摘要：为理解肠道微生物组如何影响人脑功能，科学家们在模式生物——秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中解码了细菌感知的"硬机制"。
该研究确定了触发神经元向大脑发送信号的特定糖类化学物质。这些发现超越了肠道健康与抑郁症或帕金森病等疾病的简单关联，提供了细菌如何"与"神经系统"对话"的化学蓝图，这一通路在人类中很可能也存在。
关键突破
- 机制清晰度：尽管许多研究仅显示细菌与大脑之间的"关联"，但本研究首次确定了跨越这一鸿沟的"确切分子"（肽聚糖和灵菌红素）和"确切传感器"（酸敏感离子通道ASICs）。
- 进化保守性：由于人类拥有类似的离子通道，研究人员认为这些基本通路也存在于人类肠道与大脑的通信中。
- 治疗潜力：理解这些机制将有助于开发更精确的医疗干预手段，例如设计用于操控特定细菌信号以改善心理健康或治疗神经退行性疾病的药物或补充剂。
来源：麻省理工学院皮考尔研究所
近期研究表明，动物和人类都与周围及体内的细菌有着密切而复杂的关系。例如，人类肠道微生物组已被关联到抑郁症和帕金森病。
为了超越简单关联，深入理解细菌微生物组影响大脑功能的实际机制，麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的神经科学家进行了一项新研究，聚焦于一种模式"细菌专家"——秀丽隐杆线虫（C. elegans）中的工作机制。
发表在《当代生物学》（Current Biology）上的这项新研究中，由麻省理工学院皮考尔研究所Steven Flavell副教授实验室的皮考尔博士后研究员Cassi Estrem领导的团队，确定了秀丽隐杆线虫中一个关键神经元如何感知它食用的细菌以及需要避免摄入的细菌中的特定化学物质。
Flavell表示："在我们体内，细菌细胞的数量超过了我们自身的细胞。人们越来越认识到这对人类健康有着深远影响。"Flavell是霍华德·休斯医学研究所的研究员，也是麻省理工学院脑与认知科学系的教员。
"虽然早就知道存在联系，但我们的研究旨在确定宿主神经系统如何受到消化道中细菌影响的硬机制。"
Flavell表示，实现对神经元如何与细菌相互作用的基本机制理解，将有助于改进使用治疗性药物或补充剂来干预或操纵这些相互作用的方法。
嗯……糖
Flavell称秀丽隐杆线虫为"细菌专家"，因为这种微小透明的蠕虫已经进化到以细菌为食，同时也需要避免可能对其造成伤害的致病细菌。这使得它发展出特别适合区分食物和敌人的神经系统。
2019年，该实验室发现NSM神经元延伸至蠕虫的消化道，使用两种"酸敏感离子通道"（ASICs）来检测是否摄入了特定细菌。值得注意的是，这些离子通道与人类神经元中发现的类似。
当NSM检测到美味的细菌时，它会释放血清素，导致蠕虫增加进食速率并减慢爬行，以便留在周围用餐。
为了真正理解这是如何工作的，Flavell和Estrem意识到他们需要确切知道离子通道在细菌中检测到什么。为此，他们将蠕虫暴露于20种已知蠕虫会遇到的不同细菌，并发现它们都以不同程度激活了NSM活动。
然后，他们将细菌分解成越来越具体的化学成分，以查看哪些成分触发了NSM。实验排除了许多成分，包括DNA、脂质、蛋白质和简单糖类，而是发现正是覆盖许多细菌的多糖糖类驱动了NSM的激活。特别是，在革兰氏阳性细菌中，一种称为肽聚糖（peptidoglycan）的化学物质激活了NSM。在革兰氏阴性细菌中，似乎有不同的多糖在起作用。
Estrem和Flavell的团队还进行了实验，表明来自细菌的多糖以及特定的肽聚糖不仅触发NSM的电活动，实际上还促进进食和减慢行为。他们还表明，通过基因敲除ASICs会消除这些反应。总的来说，他们证明多糖和肽聚糖的检测足以触发蠕虫的行为，且这一过程需要ASICs的参与。
最好不要吃这个
在展示了确切触发蠕虫识别其细菌食物的机制后，研究人员想知道他们是否也能确定蠕虫在有害细菌中发现的危险信号。在这些实验中，他们使用了粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens），这是一种对人类也有感染性的细菌。某些菌株的细菌呈红色，而其他菌株则不呈红色。
那些含有称为灵菌红素（prodigiosin）色素的红色菌株对蠕虫往往更具致命性。在测试中，研究人员发现，当NSM检测到非色素细菌时，神经元被激活，蠕虫仍然摄入细菌，但当存在灵菌红素时，NSM不会激活，蠕虫也不会将其吞入或减慢进食速度。
将灵菌红素添加到通常美味的细菌中也抑制了NSM的常规反应。换句话说，蠕虫已经进化出其消化行为（以及NSM内的检测器），以避免摄入与危险相关的特定化学物质。
Flavell表示，新论文中强调的一些基本机制很可能将为其他动物中类似机制的研究提供信息。
Flavell说："我们通过研究这种专门进行细菌检测并显示强烈反应的生物体，开发了一种识别这些通路的方法。但没有理由认为这些通路应该局限于秀丽隐杆线虫。我们确定的分子参与者在包括哺乳动物在内的许多物种中都存在。"
除Estrem和Flavell外，论文的其他作者还包括Malvika Dua、Colby Fees、Greg Hoeprich、Matthew Au、Bruce Goode和Lingyi Deng。
资助：美国国立卫生研究院、McKnight基金会、Alfred P. Sloan基金会、霍华德·休斯医学研究所和The Freedom Together基金会为该研究提供了支持。
关键问题解答：
问：为什么研究小蠕虫来理解人类抑郁症？
答：秀丽隐杆线虫是一种具有简化神经系统的"细菌专家"。因为它已经特别进化到将细菌判断为食物或毒药，所以它的感知机制非常强大且易于绘制。由于人类共享相同的"ASIC"传感器，这种蠕虫就像我们自身生物学的简化电路板。
问：这是否意味着"肠道健康"实际上只是关于糖？
答：具体来说，是关于覆盖细菌的"多糖"。这些复杂糖类就像条形码，你的神经元"扫描"它们来决定肠道中的细菌是有益还是有害。
问：我们能否利用这一发现阻止"坏"细菌让我们感到抑郁？
答：这就是目标。通过识别开启和关闭这些神经元的特定化学信号，科学家可以寻找使用靶向益生菌或新型药物来阻断"危险"信号或增强"健康"信号的方法。
编辑说明：
- 本文由神经科学新闻编辑编辑。
- 期刊论文已全面审阅。
- 我们的工作人员增加了额外的背景信息。
关于此神经科学研究新闻
作者：David Orenstein
来源：麻省理工学院皮考尔研究所
联系方式：David Orenstein – 麻省理工学院皮考尔研究所
图片：图片由神经科学新闻提供
原始研究：开放获取。
"秀丽隐杆线虫中调节肠道感觉神经元以影响行为的细菌信号识别"，作者：Cassi E. Estrem, Malvika Dua, Colby P. Fees, Greg J. Hoeprich, Matthew Au, Bruce L. Goode, Lingyi L. Deng, 和 Steven W. Flavell，《当代生物学》
DOI:10.1016/j.cub.2026.03.070
摘要
秀丽隐杆线虫中调节肠道感觉神经元以影响行为的细菌信号识别
细菌微生物组影响动物健康和疾病的许多方面。细菌可以具有有益功能，例如提供营养，而其他细菌可以作为病原体。宿主细胞感知细菌信号以诱导生理和行为的适应性变化。
虽然免疫和肠道细胞通过特征明确的机制检测细菌信号，但最近的研究表明神经元也可以直接感知细菌。
然而，神经元中的细菌感知机制了解较少。在秀丽隐杆线虫中，肠道感觉神经元NSM支配咽腔，由细菌摄入直接激活；反过来，NSM释放血清素以诱导与进食相关的行为。
然而，激活NSM的细菌信号的分子身份尚不清楚。为了识别它们，我们使用生化方法探测了来自营养细菌的细菌大分子。
我们发现来自细菌的多糖足以激活NSM。我们进一步确定了来自革兰氏阳性细菌的肽聚糖是能够激活NSM的特定成分。NSM对多糖的反应需要酸敏感离子通道DEL-3和DEL-7，它们定位于NSM在咽腔中的感觉树突。
摄入细菌多糖增强了进食并减少了运动，这与NSM对行为的已知影响相符。我们还检查了由致病细菌产生的信号。
这种方法将来自致病性粘质沙雷氏菌的灵菌红素确定为一种阻止NSM被营养细菌信号激活的代谢物。
本研究确定了在消化道中神经元识别营养细菌的基础分子信号，以及来自致病细菌菌株的竞争信号，这些信号可以掩盖这种识别形式。
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