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Cell:肠道菌为何能影响我们的健康

尽管众所周知血清素(又称5-羟色胺)是一种大脑神经递质,但据估计人体90%的血清素都是在消化道中生成。实际上,血清素调控了我们的各种生理功能,外周血清素的水平改变与肠激惹综合征、心血管疾病和骨质疏松症等许多疾病相关联。加州理工学院在4月9日《细胞》(Cell)杂志上发表的一项新研究,证实了肠道中的某些细菌对于外周血清素的生成极为重要。


论文的资深作者、生物学和生物工程系助理教授Elaine Hsiao说:“越来越多的研究表明,肠道微生物发生改变的小鼠或其他模式生物表现出行为改变。我们对微生物与神经系统的沟通机制很感兴趣。一开始,我们探讨了正常肠道微生物可以影响宿主体内神经递质水平这一观点。”


消化道中的肠嗜铬(enterochromaffin ,EC)细胞和一些特殊的免疫细胞及神经元都可生成外周血清素。Hsiao和同事们首先想知道的是肠道微生物是否影响了肠道中的血清素生成,如果确是如此,是在哪些细胞类型中?他们一开始检测了具有正常肠道菌群和无菌小鼠体内的外周血清素水平。


研究人员发现相比于拥有常规细菌菌群的小鼠,无菌小鼠中ES细胞生成的血清素减少了约60%。当让正常肠道微生物重新移居到这些无菌小鼠体内时,血清素水平恢复——表明血清素缺乏可以逆转。


论文第一作者Jessica Yano说:“EC细胞是肠道中血清素的丰富来源。在这项实验中我们看到它们似乎依赖微生物来生成血清素——或至少大部分血清素。”


接下来研究人员想要弄清楚居住在肠道的各种微生物库中,是否有一些特定的细菌种群与EC细胞互作生成了血清素。


在测试了几种不同的物种和数组已知肠道微生物之后,Yano、Hsiao和同事们观察到在一种情况下,即存在一组近20个种类的产芽孢细菌时,无菌小鼠体内的血清素水平会升高。用这组细菌处理的小鼠相比于无菌小鼠显示胃肠活动增加,血小板活化改变——众所周知,血小板利用了血清素来促进凝血。


由于想追踪与微生物和宿主之间这种有趣的合作的相关机制,研究人员开始寻找可能的关键分子。他们发现几种特殊的微生物代谢产物受到产芽孢细菌的调控,它们提升了培养物中的EC细胞生成血清素。此外,在无菌小鼠体内增加这些代谢物可以提高它们的血清素水平。


Yano说,该领域以往的一些研究工作表明,一些细菌自身可以生成血清素。而新研究表明了,体内大多数血清素的生成都依赖于一些特殊细菌与宿主相互作用。“我们的工作证实,正常存在于肠道中的一些微生物刺激了宿主肠细胞来生成血清素。”


论文的合著者、微生物学教授Sarkis K. Mazmanian说:“人们已充分认识到了微生物组和免疫及代谢系统之间的联系,有关肠道微生物在塑造神经系统中所起作用的研究是生物科学一个令人兴奋的前沿。这项研究工作很好地扩展了加州理工学院以往在这一新兴领域开展的血清素研究。”


论文的合著者、化学和化学工程系教授Rustem Ismagilov补充说:“这项工作证实了宿主和微生物群落之间化学互作的丰富性。”


尽管血清素对于人类健康的许多方面都极为重要,Hsiao谨慎地表示在将这些研究成果转化至临床之前还需要开展更多的研究工作。


她说:“我们发现了一组细菌,除了增加血清素之外,有可能还有其他的一些影响有待探索。并且在一些情况下过量的外周血清素似乎是有害的。”


虽然这项研究仅限于肠道中的血清素,Hsiao和她的研究小组现正在调查这一机制对于发育大脑的重要性。“血清素是一种重要的神经递质和激素,参与了多种生物学过程。发现肠道微生物调节了血清素水平,提出了利用它们来驱动生物学改变的有趣的前景,”Hsiao说。


原文链接:Indigenous Bacteria from the Gut Microbiota Regulate Host Serotonin Biosynthesis


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