大脑与肠道的对话：“吃啥？”
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图文作者：李方周 ， 赵明来（复旦大学）
脑科学世界（brainnews团队）经授权发布
一个人体内 ， 大约有37万2千亿个细胞 ， 日复一日地努力工作着 。 可他们并不孤独 ， 因为同一时刻 ， 约40万亿的细菌陪伴着他们 。
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图1. 肠道内环境 ， 图片源自动漫《工作细胞》
这些细菌绝大部分分布在宿主的胃肠道 ， 他们凭借食物消化的产物稳定地定居在人体之中 ， 形成了肠道微生物群（gut microbiota） 。 比人体细胞总数还要庞大的肠道微生物 ， 非但不是身体“看不见的客人” ， 甚至还会向主人主动“点餐” ， 以满足自身生长所需的营养 。
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图2. 肠道益生菌 ， 图片源自动漫《工作细胞》
2006年Turnbaugh等人的研究显示 ， 给无菌小鼠种植来自肥胖小鼠或相对肥胖人群的肠道微生物群导致了这些小鼠的体脂增高 ， 表明肠道微生物菌群对肥胖的发展起到了重要的作用 。
然而 ， 肠道微生物如何影响营养偏好或食物渴望等进食行为 ， 其具体的机制和通路仍不清楚 。
其实 ， 在进行肠道微生物对进食影响的进一步探索之前 ， 科学家已经对摄食行为的神经生物调节有了丰富的认识 。
摄食行为的神经生物调节十分复杂 ， 科学家将调节摄食行为的神经通路分为“为了体内能量平衡”的保持内稳态（homeostatic）和“激励过程”的非保持内稳态（non-homeostatic）两大类 。
【大脑与肠道的对话：“吃啥？”】控制内稳态平衡的通路会对能量和其他代谢失衡做出反应 ， 主要参与该通路的有下丘脑和脑干核团；非内稳态调节的通路 ， 比如进食的享乐主义和认知调节 ， 由额皮质区、中脑边缘系统和海马体等更高级的脑区域进行处理 。 若抛开人为划分的脑区 ， 上述各个部位之间也能够相互联系 ， 互相调节对能量状态作出的反应和习得的摄食行为 。
除此之外 ， 迷走神经在起到双向传递脑和胃肠道之间信息作用的同时 ， 也通过在调节高级脑功能区时传递胃肠道的饥饿与饱腹信号的方式 ， 将内稳态相关与非内稳态相关的进食行为联系了起来 。
基于以上神经生物对摄食行为调节通路的认识基础 ， 与微生物对摄食行为确有影响的发现 ， 越来越多的研究开始探究肠道微生物群与摄食行为的关系 ， 并发现——肠道微生物群能够调节宿主的代谢和胃口 ， 对肥胖和进食障碍等疾病治疗的临床转化意义；微生物群的代谢物和细菌组分可以通过肠道饱腹途径影响宿主食欲等等 ， 更有许多文献报道了肠道微生物菌群对特定脑区内稳态相关和非内稳态相关具体通路及机制的影响 。
在2021年5月17日 ， Journal of Clinical Investigation杂志上发表的一篇综述：Roles for the gut microbiota in regulating neuronal feeding circuits中, 总结了目前为止“微生物-肠-脑轴”调控进食行为的相关研究发现：如产乳酸的肠道菌群能够改变宿主的饮食偏好、部分肠道微生物通过改变宿主嗅觉影响宿主食物选择、肠道微生物群的多样性能够调节下丘脑活性从而调节对食物的渴望等（图3）；也有微生物的代谢能够影响迷走神经的兴奋性 ， 如微生物代谢产物能和内分泌细胞与神经细胞作用改变摄食行为等（图4） 。
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图3. 肠道微生物群介导的稳态和非稳态神经基质的变化
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图4. 微生物代谢物影响迷走神经活动的拟作用位点
未来 ， 为了确定微生物群、神经通路和摄食行为这三者的关系 ， 我们需要证明肠道微生物群对进食相关的神经通路产生影响的普适性与可重复性 ， 并在确定神经通路受到微生物群影响的基础上 ， 研究下游的摄食行为相对应的改变 。
上述整合式的研究 ， 应以对脑肠轴上微生物作用的特定信号通路及作用的特定神经元的了解为基础 。 这一部分知识目前仍然存在大量空白 。 单细胞测序最新的进展可能成为未来研究肥胖人群肠微生物类型和其作用的神经元亚型的着力点 。
对特定微生物和代谢物进行相应的人体研究 ， 对于评估发生在人体中的宿主-微生物相互作用及其与代谢和饮食紊乱潜在的相关性十分重要 。 了解肠道微生物群对稳态和非稳态摄食行为的影响 ， 可能会为食物选择的生物学基础提供新的见解 ， 并在以后 ， 或许能为肥胖和饮食失调患者的食物偏好调整提供新方法 。
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