胃肠道与中枢神经系统这两个相距甚远的器官之间存在着密不可分的联系，而围绕“肠脑轴”的科学文献日益增多，不断证明微生物组在这一双向通讯中扮演的角色。
随着我们对微生物学在维持脑结构与功能中所起作用的理解不断加深，利用这些微生物来治疗神经系统疾病的潜力也愈发明显。在此，我们回顾了这一领域近期的一些临床前进展，从微生物驱动的记忆丧失，到肠道微生物组在运动影响脑健康中的作用，再到用于创伤性脑损伤的抗生素干预。
肠道微生物组可驱动年龄相关记忆丧失
宾夕法尼亚大学（美国宾夕法尼亚州）和Arc研究所（美国加利福尼亚州）的研究揭示，肠脑信号受损和衰老的微生物组与小鼠年龄相关的认知衰退有关。令人欣慰的是，研究团队进一步证明，多种干预措施有望使大脑恢复更年轻的状态。
衰老伴随记忆衰退，这极大地影响了大量老年人的生活质量。研究表明，脑外因素（如胃肠道信号）会影响年龄相关的记忆丧失；然而，其潜在机制仍不清楚。
为探究这一知识空白，研究团队将2月龄和18月龄的小鼠共同饲养，使老年小鼠的肠道微生物群移植到年轻受体中。虚弱评分显示，微生物群平衡并未改变它们的身体健康，但精神敏锐度却并非如此。
在短期新物体识别和长期空间学习与记忆任务中，拥有老年微生物组的年轻小鼠表现不佳。使用抗生素消耗其微生物组后，共同饲养的年轻小鼠的记忆能力得到恢复，甚至老年小鼠的认知能力也有所改善。
研究团队对一组小鼠的粪便样本进行了宏基因组测序和蛋白质组学分析，以表征整个生命周期中微生物组的变化。这一方法确定了戈氏副拟杆菌（Parabacteroides goldsteinii）是潜在的罪魁祸首。
他们还提出了这种关联的途径：像戈氏副拟杆菌这样的细菌通过产生中链脂肪酸，驱动外周髓系细胞炎症，损害迷走神经感觉神经元的功能，削弱大脑接收的内感受信号，最终导致海马功能下降。
研究人员随后透露，潜在的干预措施（包括针对戈氏副拟杆菌的噬菌体给药和刺激迷走神经）逆转了年龄相关的记忆缺陷。他们总结道：“这些发现表明内感受功能障碍在脑衰老中起着关键作用，并提示刺激肠脑通讯的内感受模拟物可能对抗年龄相关的认知衰退。”
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全氟和多氟烷基物质（PFAS）与肠道微生物组
某些人类肠道微生物可以吸收PFAS，从而提供针对有害“永久化学物质”的潜在保护。
抗生素重塑肠道微生物组以帮助创伤性脑损伤恢复
一项新研究表明，在动物模型中，抗生素治疗通过改变肠道微生物组，显著减少创伤性脑损伤后的神经炎症。
微生物组-肠-脑轴在调节脑功能中发挥作用，肠道细菌组成的破坏可能损害其保护功能，导致神经炎症。反之，创伤性脑损伤可引起微生物组失调；然而，短期抗生素治疗对这些过程的影响尚不清楚。
为解决这一问题，休斯顿Methodist研究所（美国得克萨斯州）和莱斯大学（美国得克萨斯州）的研究合作，首先对雄性小鼠造成脑损伤，然后给予短期口服抗生素。一些小鼠接受单次控制性皮质撞击，另一些则重复撞击。通过粪便微生物组扩增子和宏基因组测序、代谢物谱分析和神经病理学分析评估抗生素治疗的效果。
结果显示，抗生素给药改变了微生物群组成，重复脑损伤后变化更为显著。然而，尽管存在这种干扰，治疗似乎也减少了病灶大小、减弱了神经炎症反应并限制了细胞死亡，表明微生物消耗可能有助于神经保护。
长读长宏基因组测序鉴定出两种有益细菌——粪副萨特氏菌（Parasutterella excrementihominis）和约氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii），它们在抗生素治疗后仍存在，可能是修复损伤的关键。
综上所述，这些结果表明抗生素可以减少脑损伤后的脑损伤，并“支持一种肠脑机制，即微生物组变化影响外周免疫，进而影响创伤性脑损伤后的神经炎症”，研究负责人Sonia Villapol（休斯顿Methodist研究所）总结道。
接下来，研究团队希望利用生物工程改造粪副萨特氏菌和约氏乳杆菌，开发精准疗法以减少神经炎症。
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光疗显示出治疗创伤性脑损伤的潜力
近红外光疗法在轻度创伤性脑损伤大鼠模型中减轻了炎症并改善了恢复。
高脂饮食驱动肠道微生物组细菌进入大脑
埃默里大学（美国佐治亚州）的研究人员发现，当小鼠摄入高脂饮食导致肠道微生物组组成改变时，细菌可以直接从肠道转移到大脑，这对神经健康具有潜在影响。
越来越多的研究暗示肠道菌群失调与神经退行性或神经发育疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和自闭症谱系障碍）之间存在潜在联系。然而，目前已知的机制无法解释肠道微生物组如何直接影响大脑，从而引起与神经系统疾病相关的病理变化。
为寻找解释，研究团队让一组无菌小鼠连续9天摄入高脂的“Paigen饮食”，其中碳水化合物含量45%、脂肪含量35%。在人类中，这种饮食与肠道微生物组改变和肠道通透性增加（即“肠漏”）相关。
在采用这种饮食的小鼠中，迷走神经中检测到了细菌，但其他系统部位或血液中未发现；右侧颈部迷走神经切断术减少了大脑中的细菌负荷，进一步表明迷走神经是细菌从肠道转移到大脑的通道。
当科学家对小鼠进行3天抗生素处理后，他们注意到，这影响了肠道微生物组的组成，并改变了在Paigen饮食小鼠中定位于大脑的细菌种类。
随后，他们给小鼠喂食了经过工程改造、带有自然界中不常见DNA序列的阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）。当小鼠同时摄入Paigen饮食时，在肠道和大脑中均检测到了阴沟肠杆菌。
研究团队还在标准饮食喂养的阿尔茨海默病、帕金森病和自闭症谱系障碍小鼠模型中，在大脑中发现了细菌。
“这项研究强调需要进一步研究饮食变化如何对人类行为和神经健康产生巨大影响，”该研究的共同首席研究员Arash Grakoui评论道。
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地中海饮食与认知：肠道微生物组是关键吗？
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运动重塑肠道微生物组以影响大脑
我们早就知道运动对情绪和记忆有有益影响。其中一种被认为发挥作用的途径是通过肠道微生物组，它产生代谢物，可以影响脑功能。然而，我们尚不清楚哪些运动诱导的肠道微生物群变化与可能影响大脑的系统性代谢物变化相关。
为纠正这一状况，爱尔兰科克大学的研究团队让大鼠自由使用跑轮8周，研究了运动驱动的肠道微生物组组成和血清代谢物谱的变化，以及这些变化对涉及记忆和情绪的海马过程的潜在贡献。
通过对大鼠粪便材料进行16S rRNA基因扩增子测序分析，研究人员发现，运动改变了肠道微生物群的多样性。具体来说，它增加了微生物优势度：微生物组中最多物种的相对丰度。运动还降低了两个细菌属——梭菌属（Clostridium）和阿里斯特菌属（Alistipes）的相对丰度，这两个属都与色氨酸代谢相关。
接下来，研究人员进行了非靶向血清代谢组学分析，发现运动增强了色氨酸代谢，其中特别注意到血清素代谢物5-羟基色醇的显著增加。
对肠脑模块的通路分析显示，运动增强了色氨酸代谢。此外，运动降低了海马中芳烃受体的表达，该受体是色氨酸代谢肠道微生物对神经元功能影响的介质。这表明存在一条通路：运动调节与系统性色氨酸代谢相关的肠道微生物，进而可能对大脑产生有益影响。
“最让我们印象深刻的是多个分析层面证据的汇聚，”该研究的通讯作者Yvonne M. Nolan评论道。“单独来看，每个发现都值得注意。综合来看，它们表明了一条连贯的生物学通路，通过这条通路，肠道微生物群可能介导运动对记忆关键脑区的有益影响。”
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