随着生物体年龄增长，消化系统内细菌的变化可直接导致与衰老相关的常见记忆丧失。宾夕法尼亚大学研究生研究员蒂莫西·O·考克斯（Timothy O. Cox）领导的研究团队发现，通过逆转这些微生物变化或刺激连接消化道与大脑的神经，老年小鼠的记忆功能能够完全恢复。该成果近期发表于《自然》期刊。
斯坦福医学院与Arc研究所的病理学研究员克里斯托夫·A·泰斯（Christoph A. Thaiss）和玛雅·利维（Maayan Levy）担任论文资深作者。团队旨在理解支配记忆随生命周期变化的生物学机制，重点研究了"内感受"（interoception）——即大脑感知身体内部状态的能力。
与视觉或听觉等外部感官不同，内感受依赖迷走神经等内部通路。这束长神经纤维作为内脏与大脑间的高速通信线路，持续将胃和肠道信号传递至海马体——负责形成和存储新记忆的主要脑区。研究者怀疑由数百种细菌组成的肠道微生物组可能影响此内部通信。随着动物衰老，肠道内细菌种类自然转变，团队试图确定这些细菌变化是否会改变迷走神经传递的信号。
利维在新闻稿中表示："本研究强调，大脑过程可通过外周干预进行调节。"她指出，由于消化系统易于通过口服治疗接触，改变肠道细菌产生的化学物质为控制脑功能提供了理想途径。为验证肠道细菌与记忆的关系，研究者将年轻小鼠与老年小鼠同笼饲养。年轻小鼠通过摄食环境中粪便迅速获得老年小鼠的肠道细菌。一个月后，年轻小鼠的微生物群落与老年小鼠高度相似，其认知能力测试结果显著下降：在新物体识别测试中表现出对陌生物体缺乏好奇心，在空间迷宫测试中导航能力受损，行为特征与老年小鼠一致。
为排除与老年动物共居的社会压力影响，团队进行了移植实验：将老年小鼠粪便移植给无菌环境培育的年轻小鼠。这些原本无菌的年轻小鼠在接受老年细菌后同样丧失记忆形成能力；而在无菌环境中饲养、无任何肠道细菌的老年小鼠，即使高龄仍保持敏锐记忆。当研究者对获得老年微生物组的年轻小鼠施用广谱抗生素清除新引入细菌后，其记忆功能完全恢复；令研究者惊讶的是，接受相同抗生素治疗的老年小鼠记忆功能也得到逆转。
通过追踪小鼠生命周期中的微生物变化，团队发现细菌种类戈氏副拟杆菌（Parabacteroides goldsteinii）持续增加。将该单一菌种引入年轻小鼠肠道后，动物立即出现记忆缺陷，其他细菌则无此效应。分析显示，这种细菌产生大量中链脂肪酸，当将分离的脂肪分子喂食年轻小鼠时，动物迅速表现出记忆丧失症状。这些脂肪分子在肠道内与髓系细胞（巡逻肠道的白细胞）相互作用，附着于细胞表面特定受体，触发白细胞释放炎症化学物质。值得注意的是，此炎症反应仅局限于肠道及邻近脂肪组织，未扩散至全身血液循环。
局部炎症直接影响邻近迷走神经。通过高级成像技术实时监测神经电活动，研究者观察到炎症化学物质削弱了神经向大脑发送电信号的能力。因迷走神经信号减少，海马体活性降低，无法正确编码新记忆。为验证此神经通路阻断是问题根源，团队尝试绕过炎症：给老年小鼠服用辣椒素（辣椒中的活性成分，可自然刺激迷走神经感觉纤维）或已知激活相同神经通路的肠道激素。人工刺激迷走神经后，老年小鼠在记忆测试中表现与年轻小鼠无异。
团队还通过基因技术移除部分小鼠白细胞的脂肪酸受体。缺失受体的白细胞无法检测细菌脂肪分子，不触发炎症反应，这些转基因小鼠即使肠道被老年细菌定植，仍保持敏锐记忆。阻断炎症成功保护了迷走神经免受损伤。
尽管这些发现为衰老研究提供了新视角，但所有实验均在动物模型中进行。研究者指出，尚不明确相同细菌种类和脂肪酸是否在人类中驱动记忆丧失，慢性肠道炎症导致神经兴奋性降低的精确生物学链条仍需深入探索，连接脑干与海马体的解剖通路也未完全绘制。未来研究将聚焦机制向人体的转化，以及靶向疗法能否帮助认知衰退人群。科学家特别关注调整饮食或给予特定细菌治疗是否能安全降低老年人肠道炎症。
泰斯在新闻稿中表示："我们希望这些发现最终能转化为临床应用，以对抗人类年龄相关的认知衰退。"此外，已获批用于癫痫等疾病的迷走神经电刺激设备，未来或有望保护记忆功能。
该研究《肠道内感受功能障碍驱动年龄相关认知衰退》由蒂莫西·O·考克斯、阿什瓦里亚·S·德瓦桑、阿兰·德·阿劳霍等46位研究人员共同完成。
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