修补肠道微生物可以提高大脑的可塑性！

一项研究得出结论，肠道细菌有助于刺激环境对大脑适应能力的影响。

　　

在丰富的环境中长大的小鼠比在标准笼子中长大的小鼠更能适应和改变，但是为什么它们表现出这种更高的大脑可塑性还不清楚。现在，1月11日发表在《细胞报告》(Cell Reports)上的一项研究发现，环境可能间接起作用:生活在丰富的环境中改变了动物的肠道微生物群，而这些微生物群似乎可以调节可塑性。

这项研究“提供了非常有趣的新见解，说明了环境富集对大脑可能产生的有益影响，这些影响可能通过肠道发挥作用。这项新的研究对我们如何理解环境丰富的有益影响以及它与人类认知训练和体力活动干预的相关性具有重要意义。”

在之前的研究中，在科学家所说的“强化环境”中长大的小鼠——在这个环境中，它们有更多的机会去探索，与他人互动，与在更小、更平淡的笼子里饲养的小鼠相比，在标准的实验室环境中接受感觉刺激的小鼠能够更好地修改其神经元回路以响应外部刺激。比萨大学神经科学家Paola Tognini是这项新研究的主要作者，她想知道内源性因素（来自身体内部而不是外部世界的信号），比如来自肠道的信号，也会影响大脑的可塑性。

为了评估可塑性，研究小组使用了单眼剥夺法，通过缝合一只眼睛来阻断对它的输入，从而促使视觉皮层中的神经元转向对另一只眼睛作出反应。在浓缩笼中饲养的小鼠，在剥夺几天后可以观察到这种变化，而在标准笼中饲养的小鼠的神经元则从未发生这种变化。

在第一步中，研究人员分析了在标准笼子和浓缩笼子中饲养的小鼠肠道中存在的细菌谱。尽管这两组小鼠的饮食相同，但随着小鼠的成长，它们肠道中的微生物群组成开始不同，并且在出生后90天内发生了显著的差异。

为了研究来自肠道的信号是否会导致可塑性的差异，研究小组通过向母鼠及其后代的水中添加抗生素混合物来去除肠道微生物群。在富含抗生素的笼子里，4个月大时测试的右眼单眼剥夺的可塑性反应消失。

最后，研究人员探索了这些观察的潜在机制。他们集中研究树突棘，树突棘是神经元上接收邻近细胞信号的连接点，其动力学与神经元可塑性有关。研究人员观察到，环境富集诱导了视觉皮层中新树突棘的生长，但给小鼠喂食抗生素混合物阻止了这种棘密度的增加。相反，当在标准笼中饲养的小鼠被喂食由肠道微生物产生的短链脂肪酸（SCFA）混合物时，用单眼剥夺法测量的可塑性得到了提高。

伦敦国王学院（King’s College London）的神经学家桑德琳·瑟雷特（Sandrine Thuret）写道：“我们知道[环境富集]会影响大脑可塑性，该领域一直致力于寻找与神经可塑性相关的已知基因/途径。令人信服地揭示了来自肠道微生物群的信息有助于[环境富集]驱动的皮层可塑性。”

肠道微生物群如何驱动树突棘的变化是下一个问题。研究人员认为这可能与神经系统免疫细胞小胶质细胞的变化有关。在生活在浓缩笼中的小鼠中，小胶质细胞的树状轴（tree-like arbor of microglia）（从细胞体延伸出来的可移动结构）比生活在标准笼中的小鼠分支更多。当研究人员在标准笼中喂食短链脂肪酸的小鼠时，小胶质细胞更加复杂和分支。“我们推测，来自肠道微生物群的信号，例如代谢物短链脂肪酸（但我们不能排除肠道中的其他信使），可以与小胶质细胞“对话”，诱导它们重塑特定的突触，从而重塑树突棘，从而促进皮质可塑性，”Tognini说。

下一步可能需要进行代谢组学或转录组学分析来确定这些介质。