大脑能否实时感知细菌？
杜克大学的研究团队发现，肠道中的特殊细胞能够检测一种微生物蛋白质，并发送快速信号到大脑以抑制食欲。这项发表在《自然》杂志上的研究揭示了一条从结肠到大脑的直接神经通路，该通路对细菌作出反应，而无需涉及免疫系统。
肠道如何感知微生物
肠道不仅消化食物，还向大脑发送信号，影响我们的饮食和感觉。研究人员已经研究了肠道如何利用称为神经足细胞的特殊细胞来感知营养，并通过迷走神经传递信息给大脑。然而，这些工作主要集中在食物上，对于微生物的研究相对较少。
虽然已知微生物组可以通过激素或免疫系统等缓慢、间接的途径影响食欲、压力和情绪，但此前尚未发现能够实时响应微生物信号的快速神经通路。
一些微生物成分已经被证实会影响代谢和炎症。例如，全球删除小鼠中鞭毛蛋白受体TLR5会导致肥胖和代谢疾病，但这些变化是随着时间的推移逐渐积累的。此前尚未证实的是，身体是否能够实时感知微生物信号，快到足以改变进食等行为。
“我们好奇，身体是否能够实时感知微生物模式，而不仅仅是作为免疫或炎症反应，而是作为指导行为的神经反应。”该研究的通讯作者、杜克大学副教授迭戈·博尔克斯（Diego V. Bohórquez）博士说道。
这项新研究聚焦于结肠，这是身体大多数微生物的栖息地。研究人员假设，结肠中的神经足细胞可能能够检测常见的微生物蛋白质，并立即向大脑发出信号。
鞭毛蛋白让肠道微生物控制食欲
博尔克斯和团队关注了一种名为鞭毛蛋白的细菌蛋白质，这种蛋白质存在于细菌用于移动的尾状结构中，是免疫系统经常检测到的常见信号。他们想知道肠道是否也能通过神经系统检测鞭毛蛋白。
研究人员观察了结肠中产生PYY（一种已知能减少食欲的激素）的神经足细胞。这些细胞表达一种称为TLR5的受体，该受体可与鞭毛蛋白结合。当它们感知到鞭毛蛋白时，细胞会释放PYY，通过一种称为Y2R的受体激活附近的迷走神经元，从而形成从结肠中的微生物到大脑的直接联系。
研究人员使用一系列小鼠模型测试了这一通路的工作原理。缺乏PYY细胞中TLR5的小鼠进食量更大，体重增加更多，但没有表现出炎症或代谢问题的迹象。它们的行为表明，饮食变化是由于神经信号中断，而不是疾病或免疫激活。
当禁食的小鼠直接在结肠中给予鞭毛蛋白时，它们的进食量减少，但只有在TLR5和Y2R都活跃的情况下才会发生这种情况——阻断其中任何一个都会阻止这一效果。
无菌小鼠（缺乏微生物组）仍然对鞭毛蛋白有反应，表明这一感知系统不需要其他微生物输入。
利用光遗传学和成像技术，团队确认这些PYY细胞与迷走神经形成了直接连接。鞭毛蛋白触发了快速的迷走神经信号，而当这些细胞被关闭时，信号消失。
超过60%的响应性迷走神经元在结肠灌注时对鞭毛蛋白而非营养物质作出反应，表明存在专门的微生物感知网络。
为什么这种肠道微生物信号很重要
这项研究引入了研究人员称之为“神经生物感觉”的概念——一种让大脑直接快速响应微生物信号的方式，而无需依赖免疫系统或激素。研究表明，微生物模式可以通过肠道-大脑神经通路实时影响行为。
研究结果表明，像鞭毛蛋白这样的细菌蛋白质不仅仅是免疫触发因素，它们可能通过神经信号帮助调节进食，甚至可能影响情绪和其他行为。TLR5-PYY-Y2R通路可能为治疗肥胖或食欲障碍提供新的靶点。
然而，这项研究仅使用了一种来自常见实验室菌株沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的鞭毛蛋白，这并不完全代表生活在人类肠道中的多种细菌物种。不同的鞭毛蛋白可能会有不同的表现。此外，这项工作也是在小鼠中进行的，不一定能直接转化为人类。
未来的研究需要测试这种通路对微生物多样性作出反应的方式。
“一个明确的下一步是研究特定饮食如何改变肠道中的微生物景观。这可能是肥胖或精神障碍等疾病拼图中的关键一环。”博尔克斯说道。
“展望未来，我认为这项工作将特别有助于更广泛的科学界解释我们的行为是如何受到微生物影响的。”她补充道。
参考文献： Liu WW, Reicher N, Alway E, et al. A gut sense for a microbial pattern regulates feeding. Nature. 2025. doi: 10.1038/s41586-025-09301-7
这篇文章是对杜克大学发布的新闻稿的改写。材料已经过编辑，以适应长度和内容的需求。
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