社交包括一系列復(fù)雜的互動(dòng)行為，可以是合作的、中立的，也可以是對(duì)立的。社交可以促進(jìn)互利的結(jié)果，如勞動(dòng)分工、合作照顧和提高免疫力，當(dāng)然社交也可以導(dǎo)致消極的結(jié)果，包括侵略和脅迫。在五彩繽紛的“動(dòng)物王國(guó)”中，動(dòng)物們表現(xiàn)出的社交能力是不同的：有些動(dòng)物生活在高度社會(huì)化的合作團(tuán)體中，如靈長(zhǎng)類、白蟻和蜜蜂，而另外一些則趨于獨(dú)居，如熊。
1973年，Konrad Lorenz、Niko Tinbergen和Karl von Frisch因在哺乳動(dòng)物的遺傳起源、發(fā)育和社會(huì)行為模式啟發(fā)方面的開創(chuàng)性研究而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，他們的工作為評(píng)估影響社會(huì)行為的各種內(nèi)在和外在因素提供了基礎(chǔ)。無數(shù)研究者的努力，讓我們意識(shí)到，深入而全面地去理解調(diào)節(jié)社會(huì)行為的內(nèi)在和外在因素，對(duì)于揭示個(gè)體和群體的繁榮發(fā)展方式、確定物種進(jìn)化過程中出現(xiàn)的不同動(dòng)物之間的交際能力差異的原因、甚至對(duì)于闡明社會(huì)行為障礙疾病的潛在病因都是極其重要的。
在臨床上，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象：約50%以上患功能性消化疾病者伴有焦慮、抑郁，當(dāng)給予精神類藥物治療后，多數(shù)會(huì)取得較好的治療效果；而精神心理疾患的誘發(fā)或加重也與消化系統(tǒng)疾病有關(guān)【1】?；诖爽F(xiàn)象并經(jīng)過多年研究，科學(xué)家們逐漸提出了“腦-腸軸”及“腦-腸互動(dòng)”的概念?！澳X-腸軸”由中樞和腸神經(jīng)系統(tǒng)之間的雙向通信組成【2】，隨著對(duì)腸道微生物組成和多樣性的理解，新的發(fā)現(xiàn)表明腸道微生物群可以通過“腦-腸軸”與腸腦功能以及神經(jīng)疾患相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而形成了“微生物-腸-腦軸”這一新的概念【3】。相較于傳統(tǒng)“腦-腸軸”研究集中在心理狀態(tài)對(duì)胃腸道功能的影響而言，在“微生物-腸-腦軸”中則更加關(guān)注腸道菌群與“腦-腸軸”之間的相互影響。腸道菌群對(duì)“腦-腸軸”最重要的影響主要體現(xiàn)在對(duì)大腦發(fā)育和行為表現(xiàn)的調(diào)節(jié)上【4】，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物大腦的社交行為與微生物之間的復(fù)雜關(guān)系，提示微生物作為傳播自身遺傳物質(zhì)的一種手段，可能影響了大腦社交行為的進(jìn)化過程，那么，腸道菌群到底是如何影響社交行為的呢？
近日，來自愛爾蘭科克大學(xué)的John F. Cryan教授團(tuán)隊(duì)在Science上發(fā)表題為Microbiota and the social brain的綜述，詳細(xì)總結(jié)了腸道微生物群和大腦社交行為之間的聯(lián)系的潛在機(jī)制，并描述了動(dòng)物世界中這種聯(lián)系的多樣性，同時(shí)指出這些聯(lián)系可能有助于解釋腸道菌群與社交障礙之間相關(guān)的原因，以及如何將其作為靶標(biāo)以影響大腦健康。
一、“微生物-腸-腦軸”的作用機(jī)制
越來越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在各種動(dòng)物中觀察到的許多行為反應(yīng)可能在其生命的不同階段受到腸道菌群的調(diào)節(jié)，在這種模式下，人們?cè)絹碓街匾曣U明腸道菌群與大腦溝通的機(jī)制，本文作者從以下幾個(gè)方面介紹了微生物影響社會(huì)行為的交流途徑（圖1）。
1. 迷走神經(jīng)
迷走神經(jīng)是哺乳動(dòng)物腦干中連接胃腸道與孤束核的主要神經(jīng)通路。通過迷走神經(jīng)切斷術(shù)等方法，迷走神經(jīng)傳入最近被證明與腸內(nèi)內(nèi)分泌細(xì)胞形成突觸連接，通過谷氨酸神經(jīng)傳遞促進(jìn)腸與大腦之間的營(yíng)養(yǎng)信號(hào)交流，甚至有臨床前的證據(jù)表明迷走神經(jīng)能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)從腸道運(yùn)輸?shù)酱竽X。但是，也有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)切斷術(shù)后，輕度胃腸道感染引起的小鼠焦慮樣行為明顯，這也提示并不是所有到達(dá)大腦的微生物信號(hào)都是由迷走神經(jīng)介導(dǎo)的。
2. 微生物代謝產(chǎn)物
腸道菌群能夠產(chǎn)生大量的代謝物，如揮發(fā)性羧酸、酯類、神經(jīng)遞質(zhì)（如血清素）和各種脂肪酸，其中一些被證實(shí)可以影響大腦的生理機(jī)能和行為。例如，腸道菌群產(chǎn)生的各種短鏈脂肪酸（SCFA）代謝物可以通過它們的同源自由脂肪酸受體（FFAR）調(diào)節(jié)各種生理功能，包括某些中樞生理過程，此外，SCFA也可能通過調(diào)節(jié)參與其生物合成的酶的表達(dá)來影響大腦中神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生。當(dāng)然，作者同時(shí)也指出，由于SCFA的半衰期很短，我們需要更多的證據(jù)來確定腸道菌群產(chǎn)生的SCFA能夠到達(dá)大腦的生理相關(guān)濃度。
3. 免疫機(jī)制
研究表明，免疫在介導(dǎo)腸道菌群和大腦之間的交流中也起著至關(guān)重要的作用。一些臨床前的證據(jù)表明，腸道菌群可能會(huì)影響免疫系統(tǒng)甚至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。一方面，腸道菌群可在局部影響免疫系統(tǒng)，如派爾集合淋巴結(jié)（Peyer patch）或腸系膜淋巴結(jié)；另一方面，細(xì)菌也可以釋放各種免疫激動(dòng)劑，如脂多糖（LPS）和肽聚糖（PGN）進(jìn)入血液循環(huán)，從而進(jìn)入大腦。
4. 嗅覺機(jī)制
嗅覺——感知?dú)馕兜哪芰?，是地球上所有?dòng)物生命的基礎(chǔ)，它使動(dòng)物能夠探索食物并感知環(huán)境中潛在的毒素，還有助于社交互動(dòng)。初步證據(jù)表明，腸道細(xì)菌和環(huán)境細(xì)菌都能影響嗅覺，在整個(gè)動(dòng)物界，通過嗅覺進(jìn)行的腸道菌群和大腦之間的聯(lián)系越來越受到重視，這些物種利用腸道微生物的副產(chǎn)品，如揮發(fā)性脂肪酸和酯類來調(diào)節(jié)交流。
圖1 腸道菌群調(diào)控社會(huì)行為的生物學(xué)途徑
二、微生物和社交行為之間存在著雙向關(guān)系
1. 社交性
社交行為可以影響許多無脊椎動(dòng)物物種之間的菌群傳播，也可以通過細(xì)菌的水平轉(zhuǎn)移來塑造許多靈長(zhǎng)類動(dòng)物的微生物群，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在不同物種之間也可以發(fā)生微生物轉(zhuǎn)移。但是作者也指出，雖然腸道菌群的變化似乎與某些物種的社交性同步變化，但情況并非總是如此，這可能是不同的選擇壓力導(dǎo)致的不同的進(jìn)化過程在起作用，因此表明在尋找微生物的社交性特征時(shí)需要考慮系統(tǒng)發(fā)育的影響。
2. 交流
研究表明，對(duì)于一些無脊椎動(dòng)物，腸道菌群可以促進(jìn)同種個(gè)體之間的交流，同時(shí)，微生物群也有助于某些脊椎動(dòng)物物種之間的交流，而某些物種的微生物群可能起著鑒別同種物種的作用。
3. 社會(huì)免疫力
集體生活提供了廣泛的潛在好處，但它也伴隨著許多代價(jià)，包括接觸傳染媒介風(fēng)險(xiǎn)的增加。然而研究發(fā)現(xiàn)，暴露于具有社會(huì)性的感染源的威脅的增加可以被微生物群多樣性的增加所抵消，這使得免疫系統(tǒng)能夠與微生物群協(xié)同工作，以抵御有害微生物。免疫和宿主對(duì)入侵病原體的反應(yīng)也可能對(duì)社會(huì)行為的微生物基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)通過各種免疫信號(hào)機(jī)制充當(dāng)腸道共生細(xì)菌和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的管道。
4. 飲食和壓力
本文作者提出，社會(huì)性對(duì)動(dòng)物行為的積極影響通常伴隨著一系列負(fù)面影響，比如社會(huì)壓力，它會(huì)導(dǎo)致健康和生育能力下降，增加對(duì)疾病的易感性，從而影響物種的整體健康。雖然社會(huì)交往可能通過增加壓力對(duì)腸道微生物群有害，但它們也可能是有益的，而這之間的平衡似乎在很大程度上依賴于社會(huì)關(guān)系。與此同時(shí)，草食性或肉食性飲食及其對(duì)腸道菌群組成的影響也可能影響了某些物種的社會(huì)行為的進(jìn)化。
三、腸道菌群和社交障礙
社會(huì)行為缺陷表現(xiàn)在孤獨(dú)癥譜系障礙（ASD）、精神分裂癥、社交焦慮和抑郁等神經(jīng)精神疾病中，患者要么無法與他人互動(dòng)，要么退出社交活動(dòng)?？紤]到微生物群和大腦社交行為在動(dòng)物世界中復(fù)雜的、雙向性的影響，腸道菌群在人類社交障礙中扮演重要角色的證據(jù)越來越多也就應(yīng)該不是一件奇怪的事了。有趣的是，一些臨床前和臨床研究記錄了患有這些神經(jīng)精神疾病的個(gè)體中胃腸微生物群的紊亂（包括細(xì)菌多樣性的減少和有益細(xì)菌數(shù)量的減少），而這種失調(diào)可能與觀察到的行為癥狀有關(guān)。越來越多的臨床發(fā)現(xiàn)表明腸道菌群在諸如ASD條件下受到了影響，本文作者也指出，未來的研究需要統(tǒng)計(jì)更多的患者并引入適當(dāng)?shù)目刂?，這將可能會(huì)對(duì)腸道菌群在這類疾病中的致病機(jī)制提供更深入的了解。
四、靶向微生物群治療社交障礙
微生物群和社交障礙之間的聯(lián)系表明，以微生物群為目標(biāo)極有可能可以改善社會(huì)行為中的缺陷。基于微生物的治療策略已經(jīng)在各種臨床前模型中顯示了其改變社交行為的潛力，一些初步證據(jù)也表明了其對(duì)人類的影響，例如益生菌和飲食結(jié)構(gòu)對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)都將影響社交行為。
綜上所述，腸道菌群對(duì)社交性及其神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)的影響對(duì)生態(tài)學(xué)、進(jìn)化論和人類生物學(xué)具有潛在的巨大影響。微生物群和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的這種聯(lián)系提供了一個(gè)生物學(xué)框架，用以闡明在整個(gè)動(dòng)物界中，從群居性到非群居性的復(fù)雜行為模式是如何進(jìn)化而來的，此外，它提出了關(guān)于某些生活方式的選擇（如飲食、抗生素使用、社會(huì)關(guān)系等）對(duì)人類健康的影響的重要考慮，同時(shí)也有助于對(duì)某些神經(jīng)精神疾病的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)和未來治療的潛在發(fā)展提供了一個(gè)更好的理解。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/366/6465/eaar2016
參考文獻(xiàn)
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