插圖描繪了人體的微生物構(gòu)成。圖片來源:國家人類基因組研究所

為了學(xué)會社交，斑馬魚需要相信自己的直覺（Gut）。俄勒岡大學(xué)對斑馬魚的新研究表明，腸道微生物會促使特定細(xì)胞修剪大腦回路中控制社會行為的額外連接。修剪對于正常社會行為的發(fā)展至關(guān)重要。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，斑馬魚和小鼠的這些“社會”神經(jīng)元是相似的。這表明，這些發(fā)現(xiàn)可能會在不同物種之間轉(zhuǎn)化，并可能為治療一系列神經(jīng)發(fā)育疾病指明道路。

“這是向前邁出的一大步，”俄勒岡大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Judith Eisen說，她與神經(jīng)科學(xué)家Philip Washbourne共同領(lǐng)導(dǎo)了這項工作。“它還揭示了大型、多毛動物身上發(fā)生的事情。”

研究小組在兩篇新論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)，分別發(fā)表在《PLOS Biology》和《BMC Genomics》上。

雖然社會行為是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，涉及大腦的許多部分，但Washbourne的實驗室之前在斑馬魚的大腦中發(fā)現(xiàn)了一組神經(jīng)元，它們是一種特殊的社會互動所必需的。通常情況下，如果兩條斑馬魚通過玻璃隔斷看到對方，它們會靠近對方，肩并肩游泳。但是沒有這些神經(jīng)元的斑馬魚不會表現(xiàn)出興趣。

在這里，研究小組發(fā)現(xiàn)了一條將腸道中的微生物與大腦中的這些神經(jīng)元連接起來的途徑。在健康的魚類中，腸道微生物刺激一種叫做小膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞修剪掉神經(jīng)元之間的額外鏈接。

修剪是健康大腦發(fā)育的正常部分。就像柜臺上的雜物一樣，額外的神經(jīng)連接會妨礙真正重要的信息，導(dǎo)致信息混亂。在沒有這些腸道微生物的斑馬魚中，修剪不會發(fā)生，魚表現(xiàn)出社交缺陷。        

Washbourne說:“我們早就知道，微生物群在發(fā)育過程中會影響很多東西。但關(guān)于微生物群如何影響大腦，還沒有很多具體的數(shù)據(jù)。我們在這方面已經(jīng)做了很多努力。”

在第二篇論文中，研究小組確定了這組社會神經(jīng)元的兩個決定性特征，這可能是小鼠和斑馬魚共有的。一種是，這些細(xì)胞可以通過開啟相似的基因來識別——這一線索表明，它們可能在兩種物種的大腦中扮演類似的角色。這些標(biāo)志性的信號可以用來識別在不同大腦中扮演這一角色的神經(jīng)元。Eisen說，另一個是“小鼠中具有相同基因特征的神經(jīng)元與斑馬魚的社會神經(jīng)元在大約相同的大腦位置。”

這一發(fā)現(xiàn)加強了研究人員的信念，即他們在斑馬魚上的工作可以轉(zhuǎn)化為小鼠或人類。科學(xué)家們可以通過斑馬魚透明的身體觀察神經(jīng)回路的形成，從而更容易研究斑馬魚大腦發(fā)育的具體細(xì)節(jié)。然后，研究人員可以從斑馬魚身上獲得這些見解，并將其作為了解其他物種的起點。

腸道微生物群破壞和神經(jīng)突觸修剪不良都與自閉癥譜系障礙等一系列神經(jīng)精神疾病有關(guān)。       

Eisen和Washbourne實驗室的博士后、PLOS Biology論文的第一作者Joseph Bruckner說:“如果我們能把這些結(jié)合在一起，可能會促進(jìn)對各種疾病的更好治療。”他的下一步是弄清楚是什么分子將細(xì)菌與小膠質(zhì)細(xì)胞連接起來，更詳細(xì)地繪制出微生物和行為之間的路徑。