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在人体复杂的生理机制中，大脑与肠道之间的相互作用一直是科学家们研究的热点领域之一。近期，西班牙IDIBAPS生物医学研究所的研究团队与来自比利时、瑞士、德国的研究团队联合，在《自然·代谢》杂志上发表了一项开创性的研究成果，《Rapid modulation of gut microbiota composition by hypothalamic circuits in mice》，首次证实了大脑能够通过下丘脑神经元的活动在短时间内迅速改变小鼠肠道菌群的组成，这一发现为脑肠轴的研究开辟了全新的视角，也为理解大脑与肠道微生物群之间的双向交流提供了直接证据。
研究背景与意义
过去的研究多集中于肠道菌群对大脑及其他器官的调节作用，而大脑对肠道菌群的直接影响尚不明确。大脑与肠道之间的相互作用对于维持人体的健康状态至关重要，例如肠道细菌产生的代谢产物可以进入血液循环，进而影响大脑的功能。
此外，大脑通过调节胃肠道的运动性、通透性、pH 值等关键功能来间接影响肠道环境，但是否能直接改变肠道菌群的组成一直未得到证实。
此次研究填补了这一空白，揭示了大脑通过神经通路快速调控肠道菌群的机制，为未来相关疾病的治疗提供了潜在的新靶点。
实验设计与结果
研究人员采用化学遗传方法，选择性激活或抑制小鼠下丘脑中的AgRP和POMC神经元。在激活或抑制这些神经元后的2小时和4小时，分别收集小鼠十二指肠、空肠、回肠和盲肠的肠腔内容物，进行肠道微生物群落分析。
结果显示，激活POMC神经元主要影响十二指肠的菌群组成，而抑制 POMC 神经元则对空肠、回肠和盲肠中的菌群组成产生影响。这表明下丘脑神经元的活动能够快速且特异性地改变不同肠段的肠道菌群结构。
进一步的实验中，研究人员利用食物感官刺激模拟生理状态下的下丘脑神经元激活，但1小时后取样分析发现肠道菌群未发生显著变化。随后，他们给小鼠脑室注射代谢激素生长素释放肽和瘦素，发现生长素释放肽仅引起轻微的菌群组成变化，与AgRP神经元激活类似；而瘦素则显著改变了各个肠段的菌群组成。
这一结果提示，食物刺激时间较短可能不足以引起肠道菌群的显著变化，而强中枢刺激如瘦素注射能够更有效地驱动菌群组成的变化。
在高脂饮食诱导小鼠瘦素抵抗的实验中，研究人员发现注射瘦素不再能影响小鼠的肠道菌群，这说明大脑中的功能性瘦素信号转导是驱动肠道菌群组成变化的必要条件。此外，瘦素可以显著抑制肠道蠕动，这可能是其调节菌群组成的一个重要机制。
为了深入了解瘦素影响下十二指肠微生物群落的代谢和功能特征，研究人员进行了RNA测序分析，并以抗生素处理的小鼠作为对照以排除肠道菌群变化的干扰。结果显示，在瘦素给药后2小时，十二指肠中与神经信号传导和突触发生、细胞信号传导、发育和分化过程、激素调节等相关通路活跃，且这一效应不依赖肠道菌群。
同时，瘦素注射后小鼠十二指肠中的肾上腺素水平升高，提示交感神经活性增强，而在瘦素抵抗小鼠中未发现肾上腺素水平升高，说明瘦素信号阻断破坏了脑肠轴交感神经通路。
研究结论与展望
该研究揭示了一种新的脑 – 肠轴通路，大脑可以通过下丘脑神经元的活动在2-4小时内快速调整肠道微生物组成。这一发现不仅为大脑与外周通讯方式提供了新的研究维度，也代表了微生物代谢研究的新观点和新范式。
这种快速的脑 – 肠轴调节机制可能参与饮食适应和全身能量平衡的调控，对于理解大脑如何通过神经通路影响肠道微生物群的组成具有重要意义。
未来的研究可以进一步探索这种脑 – 肠轴通路在不同生理和病理状态下的具体作用机制，以及如何通过调节这一通路来预防和治疗相关疾病。例如，在肥胖、糖尿病等代谢性疾病中，肠道菌群的紊乱与疾病的发生发展密切相关，通过调节大脑对肠道菌群的调控机制，或许可以为这些疾病的治疗提供新的思路和方法。
此外，还可以研究其他神经递质或激素是否也参与了大脑对肠道菌群的调节，以及这种调节机制在人类中的具体表现和应用前景。
”
01
亮 点
研究揭示大脑活动通过瘦素信号通路迅速改变小鼠肠道菌群组成，并证实脑肠轴存在双向交流，瘦素可能通过中枢神经系统调节肠道神经元通讯，影响交感神经活性。
大脑活动可以迅速改变肠道微生物群的组成。
大脑中的功能性瘦素信号转导是驱动肠道菌群组成变化的必要条件。
瘦素可能通过中枢神经系统改变肠道菌群，减少向大脑的信号传递。
瘦素通过中枢神经系统调节十二指肠中与神经元通讯相关通路，且这一效应不依赖肠道菌群。
研究揭示了一种新的脑–肠轴通路，可以在短时间内快速调整肠道微生物组成，可能参与饮食适应和全身能量平衡调控。
02
大 纲
研究核心发现：大脑活动可迅速改变肠道微生物群组成
研究表明，选择性激活或抑制小鼠下丘脑神经元可在2-4小时内迅速改变小鼠肠道菌群。
该研究揭示了一个此前未被验证的脑肠轴双向通路，首次直接证明大脑与肠道之间存在双向交流的可能性。
大脑影响肠道菌群的机制研究
通过化学遗传方法激活或抑制小鼠下丘脑AgRP和POMC神经元，发现激活POMC神经元影响十二指肠菌群，抑制POMC神经元影响空肠、回肠和盲肠菌群。
功能性瘦素信号转导是驱动肠道菌群组成变化的必要条件，瘦素可能通过中枢神经系统改变肠道菌群，减少向大脑的信号传递。
瘦素调节肠道菌群的具体机制
瘦素可能通过中枢神经系统调节十二指肠中与神经元通讯相关通路，且这一效应不依赖肠道菌群。
瘦素注射后，小鼠十二指肠中的肾上腺素水平升高，提示交感神经活性增强，说明瘦素信号阻断破坏了脑肠轴交感神经通路。
03
精 彩 内 容
泰克：最近看到个研究，说大脑活动几个小时就能把肠道菌群给改了，这…这靠谱吗？感觉有点天方夜谭啊，细说说？
佰傲：嗨，这事儿还真不是瞎说。是西班牙IDIBAPS生物医学研究所和来自比利时、瑞士、德国的研究团队们合作开展的，他们用了个叫化学遗传学的手段，挺高科技的，控制小鼠下丘脑里两种神经元，AgRP和POMC，然后就盯着菌群，看它两到四个小时里会咋变。
泰克：等等，化学遗传学？这词儿听着就晕，能先给解释下呗？
佰傲：其实不难理解，你就把它当成给神经元装了个遥控器，想开就开，想关就关，用化学物质来控制，就像你家的灯，安了个智能开关。
泰克：明白了，遥控神经元！那…结果呢？菌群真听话，说变就变？
佰傲：变化还挺有意思。他们发现，激活POMC神经元，主要是十二指肠那儿的菌群结构变动大；但要是抑制POMC，影响更多的就是空肠、回肠和盲肠这些地方的菌群了。
泰克：哎？这就有意思了，都是下丘脑发号施令，为啥不同地儿反应不一样啊？难道是…信号不好？
佰傲：哈哈哈，信号不好！这比喻挺逗。其实是因为POMC和AgRP这两类神经元，它们是通过不同的自主神经通路，分别投射到肠道的不同区域。就好比一个公司，总部给不同的分公司下指令，指令内容肯定不一样，对吧？
泰克：哦！分公司模式！这下清楚了。对了，研究里还提到了瘦素，这又是啥？跟菌群有啥关系？
佰傲：瘦素啊，就是脂肪细胞分泌的一种激素，你也可以理解成，它就是个信使。它传递的信号，对大脑和肠道之间的这种“对话”至关重要。研究发现，要是把瘦素信号给阻断了，前面说的那些菌群变化，它就不会发生了。
泰克：这么说，瘦素就像…就像电路上的那个电源开关？没电，啥也白搭？
佰傲：你这比喻挺到位！更具体点说，他们给小鼠注射瘦素后，发现十二指肠里的肾上腺素水平升高了，说明交感神经变得更活跃。这就说明，瘦素是通过中枢神经系统，调动交感神经，然后去影响肠道环境。
泰克：捋一捋，这线路是：下丘脑神经元，然后传给中枢处理的瘦素信号，再到交感神经，最后到肠道菌群？
佰傲：差不多就是这么个流程。更重要的是，这个研究第一次直接用实验证明了大脑对肠道菌群的影响，可不是过去那种“肠道影响大脑”的单向推测了。
泰克：哎呦，这就像俩人打电话，以前我们只能听见一个人说话，现在终于能听到对方回话了！
佰傲：没错，意义就在这儿！这为我们理解肥胖、肠道炎症，甚至是神经精神疾病这些领域，打开了新的思路。
泰克：听你这么一说，感觉大脑和肠道就像俩隐形的聊天伙伴。今天就先聊到这儿，太感谢你的解读了，期待以后能看到更多这方面的新发现！
佰傲：不客气，我也很期待后续的研究进展。
参考资料：
2025-05-30
2025-05-30
2025-05-29
2025-05-28
2025-05-27
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