一种揭示肠道微生物与大脑之间交流的新颖强大的工具

在过去的十年中，研究人员开始意识到胃肠道和大脑微生物之间发生的双向交流的重要性，这种双向交流被称为肠脑轴。这些“对话”可以改变这些器官的工作方式，并涉及一个复杂的微生物和大脑衍生化学信号网络，科学家很难解耦这些信号以获得理解。

“目前，很难确定哪些微生物物种驱动活生物体的特定大脑改变，”第一作者、贝勒医学院和德克萨斯儿童医院病理学和免疫学讲师Thomas D. Horvath 博士说。“在这里，我们提出了一种有价值的工具，可以用来研究肠道微生物和大脑之间的联系。我们的实验室方案允许在细胞和整个动物水平上鉴定和全面评估代谢物——微生物产生的化合物。”

胃肠道拥有丰富多样的有益微生物群落，统称为肠道微生物群。除了它们在维持肠道环境方面的作用外，肠道微生物还因其对其他远处器官(包括大脑)的影响而越来越受到人们的认可。

“肠道微生物可以通过多种途径与大脑交流，例如通过产生代谢物，如短链脂肪酸和肽聚糖，神经递质，如γ-氨基丁酸和组胺，以及调节免疫系统的化合物以及其他”共同第一作者、南卡罗来纳医科大学再生和细胞医学助理教授Melinda A. Engevik 博士说。

肠道微生物组与焦虑、肥胖、自闭症、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病之间的联系凸显了微生物在中枢神经系统健康中的作用。

“动物模型在将微生物与这些基本神经过程联系起来方面至关重要，”共同作者、贝勒和德克萨斯儿童医院微生物组中心病理学和免疫学助理教授Jennifer K. Spinler 博士说。“当前研究中的方案使研究人员能够采取措施阐明肠-脑轴在这些情况下的具体参与及其在健康中的作用。”

了解肠脑轴复杂交通系统的路线图

研究人员用来深入了解单一类型的微生物如何影响肠道和大脑的一种策略包括首先在实验室中培养微生物，收集它们产生的代谢物并使用质谱法和代谢组学对其进行分析。质谱法是一种实验室技术，可用于通过确定未知化合物的分子量来识别未知化合物，并量化已知化合物。代谢组学是一种大规模研究代谢物的技术。

“然后在小肠中研究了代谢物的影响，小肠是一种人类肠道细胞的实验室模型，它保留了小肠的特性并且具有生理活性，”Engevik 说。“此外，可以在活体动物身上研究微生物的代谢物。”

“我们可以将研究扩展到微生物群落，”Spinler 说。“通过这种方式，我们研究了微生物群落如何协同工作、协同作用和影响宿主。该协议为研究人员提供了一个路线图，以了解肠道和大脑之间复杂的交通系统及其影响。”

“由于涉及临床医生、行为科学家、微生物学家、分子生物学科学家和代谢组学专家的大型跨学科合作，我们能够创建这个协议，”Horvath 说。“我们希望我们的方法将有助于创建有益微生物的设计师社区，这些微生物可能有助于维持健康的身体。当肠道和大脑之间的沟通不畅导致疾病时，我们的协议还提供了一种识别潜在解决方案的方法。”