自然子刊肠肥脑满新注解！高糖高脂影响大脑胆碱能系统

　　古话说，肠肥脑满。虽然不知古人最初是如何将肠与脑关联到一起，但在今天，这个成语可以拥有新的注解了。肠与脑确实关系密切。肠脑轴具有双向通讯，肠道菌群及其代谢产物可通过多种途径直接或者间接影响神经系统，乃至相关的内分泌和免疫系统；神经系统亦可通过下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA）影响肠道功能[1]。与肠道接触时间最久的是什么？除了人类的好朋友肠道微生物，就得数我们每天吃吃喝喝的各种食物了。这么一说，食物是否也会对大脑产生影响呢？近日，广东省科学院微生物研究所陈地灵科研团队在《转化精神病学》上发表论文，研究者们发现，高糖高脂饮食会引起肠道持续的低度炎症，持续的高糖高脂饮食改变了肠道菌群的结构，且大脑也存在低度炎症以及胆碱能系统受到影响 [2]。
　　科学家很早就知道高糖高脂饮食会对肠道产生影响，能同时改变肠道微生物群落组成和肠道代谢产物[3,4]。肠道菌群与机体有着共代谢和互为影响的关系，许多物质的代谢与肠道菌群密切相关。但这些又会如何进一步影响大脑，尚且不清楚。研究者们尝试用高脂高糖饮食喂养小鼠。鼠粮中，碳水化合物占比46%，脂肪占比17%。在这么饲养了3个月之后，研究者发现小鼠的肠道菌群结构发生了显著的变化 ，酸杆菌门、疣微菌门、软壁菌门、厚壁菌门明显减少，拟杆菌门、变形菌门、脱铁杆菌门、放线菌门增加。同时，肠道中促炎标志物的表达也受到了影响。TNF-αIL-2、PPAR-γ、NF-κB增加，并导致了组织炎症和病理变化。可以发现，持续的炎症导致小肠和结肠部位的细胞边界模糊、组织损伤 。更可怕的是，在肝脏、肾脏、脊髓、脾脏、脂肪和心脏等多个器官和组织中也发现了病理变化。
　　持续高糖高脂饮食诱发肠道的轻度炎症
　　那么大脑又如何呢？研究者分析了小鼠的大脑切片，发现小鼠神经元缩小、神经纤维减少、下丘脑细胞凋亡百分比增加。与此一致的是，小鼠食欲增加、体重也直线上升。进一步分析发现，小鼠的星形胶质细胞数量显著减少、小胶质细胞激活增加，胆碱能神经也受到了影响。 中枢胆碱能系统与学习、记忆密切相关，乙酰胆碱（ACh）是中枢胆碱能系统中重要的神经递质之一，其主要功能是维持意识的清醒，在学习记忆中起重要作用。
　　高糖高脂饮食影响大脑脑胆碱能系统和引起大脑的轻度炎症
　　考虑到一些细菌可产生具有生物活性的神经递质，而这些神经递质被认为可调节宿主的神经系统和行为[5]，研究者又分析了相关的菌群。通过多组学联合分析，高糖高脂饮食下，黄杆菌科、卟啉单胞菌科、双歧杆菌科、拟杆菌科、脱硫弧菌科、肠球菌科、普雷菌科、乳酸菌科和胃链球菌科的细菌可能与大多数脑神经递质的生成相关。进一步分析，大脑中的神经递质乙酰胆碱，可能受到来自帕拉普氏菌属、瘤胃球菌属、和丛毛单胞菌科的细菌的干预。
　　脑组织神经递质与肠道菌群的相关性热图
　　最后，研究者们还发现了一个有趣的现象——吃同样的东西，对不同个体的影响也是不同的。高脂饮食的副产物氧化三甲胺（TMAO）是肠源性菌群代谢物，与心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、胰岛素抵抗等疾病密切相关。研究者们给正常大鼠和高糖高脂饮食大鼠灌胃三甲胺（TMA），在不同肠道菌群背景下，氧化三甲胺（TMAO）的转化水平不同，同时对肝组织，血脂水平以及神经系统产生影响。
　　不同肠道微生物背景对胆碱饮食转化成TMAO的影响
　　该文进一步了丰富饮食对肠脑轴影响的研究，同时进一步阐述不同肠道菌群结构背景下，将对摄入的营养物质产生不同的影响，精准营养还需关注个性化的肠道菌群结构。
　　参考文献：
　　[1] Morais LH, Schreiber HL 4th, Mazmanian SK. The gut microbiota-brain axis in behaviour and brain disorders. Nat Rev Microbiol. 2021;19(4):241-255. doi:10.1038/s41579-020-00460-0
　　[2] Guo Y, Zhu X, Zeng M, et al. A diet high in sugar and fat influences neurotransmitter metabolism and then affects brain function by altering the gut microbiota. Transl Psychiatry. 2021;11(1):328. Published 2021 May 27. doi:10.1038/s41398-021-01443-2
　　[3] Daniel H, Gholami AM, Berry D, et al. High-fat diet alters gut microbiota physiology in mice. ISME J. 2014;8(2):295-308. doi:10.1038/ismej.2013.155
　　[4] Liu Y, Yang K, Jia Y, et al. Gut microbiome alterations in high-fat-diet-fed mice are associated with antibiotic tolerance [published online ahead of print, 2021 May 20]. Nat Microbiol. 2021;10.1038/s41564-021-00912-0. doi:10.1038/s41564-021-00912-0
　　[5] Strandwitz P. Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Res. 2018;1693(Pt B):128-133. doi:10.1016/j.brainres.2018.03.015