概要
最近の XNUMX つの論文は、脳の発達の重要な初期段階で、腸のマイクロバイオーム (腸内で増殖するさまざまな細菌) が、後の社会的スキルにとって重要な脳システムを形成するのに役立つことを示しています。 科学者はこの影響が魚にあることを発見しましたが、分子的および神経学的な証拠は、人間を含む哺乳類にも何らかの形で発生する可能性があることを示唆しています.
In 紙 XNUMX月初旬に出版された PLOS生物学、 研究者たちは、腸内微生物叢を欠いて育ったゼブラフィッシュは、コロニー化された結腸を持つ仲間よりもはるかに社交的ではなく、脳の構造が違いを反映していることを発見しました. の 関連記事 in BMC Genomics XNUMX月下旬に, 彼らは、腸内細菌によって影響を受けるニューロンの分子特性を説明しました。 これらのニューロンに相当するものはげっ歯類に見られ、科学者は現在、人間を含む他の種でそれらを探すことができます.
ここ数十年で、科学者たちは、腸と脳が強力な相互影響を持っていることを理解するようになりました. たとえば、特定の種類の腸潰瘍は、パーキンソン病患者の症状の悪化に関連しています。 また、ADHDや自閉症スペクトラム障害などの神経発達障害を持つ人では、胃腸障害がより一般的であることを臨床医は長い間知っていました.
「脳が腸に影響を与えるだけでなく、腸も脳に大きな影響を与える可能性があります。 カラ・マーゴリスニューヨーク大学ランゴン・ヘルスの小児胃腸科医である彼は、この新しい研究には関与していませんでした。 しかし、これらの解剖学的に分離された臓器がどのように影響を及ぼしているかは、それほど明確ではありません。
フィリップ・ウォッシュボーンオレゴン大学の分子生物学者であり、新しい研究の主な共著者の XNUMX 人である . しかし、彼と彼の研究室は、社会的行動を示すが、彼らの頼りになるマウスよりも繁殖が速くて簡単な新しいモデル生物を探していました. 「これを魚でできるか？」 彼は次のように考えたことを思い出します。
無菌魚
遺伝学研究でも広く使用されているゼブラフィッシュは、繁殖が早く、自然に社交的です。 生後 12 週間を過ぎると、XNUMX 匹から XNUMX 匹の魚の群れを作り始めます。 また、成体になるまで透明であるため、研究者は解剖せずに内部の発達を観察することができます。これは、マウスなどの哺乳類モデルではほぼ不可能な偉業です。
チームは、腸内微生物叢を欠くように飼育された「無菌」ゼブラフィッシュの系統からの胚を使った実験を開始しました。 小さな魚が孵化した後、研究者はすぐにそれらのいくつかに腸内細菌の健康的な混合物を接種しました. しかし、彼らは残りの魚に接種する前に丸一週間待ったため、白紙の状態で開発を開始することを余儀なくされました.
出生時に接種された魚は、生後約 15 日で予定通りに群れを成し始めました。 しかし、無菌魚の生産が開始されたとき、「驚いたことに、彼らはそれをしませんでした」と語った。 ジュディス・アイゼン、オレゴン大学の神経科学者であり、新しい研究の共著者。 魚は腸内微生物をさかのぼって投与されていましたが、仲間と同じ社会的発達のマイルストーンを達成していませんでした.
Eisen、Washbourne、および彼らのチームが魚の脳を調べたところ、明らかな構造上の違いが発見されました。 マイクロバイオームなしで生後 XNUMX 週間を過ごした魚では、社会的行動に影響を与える前脳ニューロンの特定のクラスターが、より多くの相互関係を示しました。 また、クラスターには、脳内の残骸を浄化する神経免疫細胞であるミクログリアが大幅に少なかった。 「これらは神経系の大きな、主要な変化です」と Eisen は言いました。 「私にとって、それはとても大きなことです。」
チームは、健康な腸内微生物叢が何らかの形でミクログリアをゼブラフィッシュの脳内で増殖させるという仮説を立てました。 次に、特定の重要な発達期に、ミクログリアはメンテナンス ワーカーのように機能し、ニューロンの大きく枝分かれした「アーム」を剪定します。 それらを元に戻すためのミクログリアがなければ、無菌魚の社会的ニューロンはもつれ、手入れの行き届いていない茨のように生い茂りました。
腸内微生物がどのようにして魚の発達中の脳に信号を送り、これらの効果を生み出すのかは明らかではありません. 細菌は驚異的な数の化学物質を放出し、十分に小さい化合物であれば、理論的には血液脳関門を通過できます。 しかし、腸と脳の間を移動する免疫細胞が信号分子を運ぶ可能性や、特定の信号が迷走神経に沿って腸から上に移動する可能性もあります.
多くの社交的な種
同様のメカニズムが、ヒトを含む他の脊椎動物の社会的発達にも関与している可能性があります。 社会的グループ化は、動物界全体で共通の生存戦略です。 「これは、進化の過程でより保存されている行動のXNUMXつです」と彼は言いました. リヴィア・ヘッケ・モライス、カリフォルニア工科大学の研究生物学者で、新しい研究には関与していませんでした。
実際、Washbourne と Eisen は以前、マウスでほぼ同一の社会的ニューロンを特定していました。 「魚とマウスの間で同じ細胞型を見つけることができれば、おそらく人間でも同じ細胞型を見つけることができます」とウォッシュボーンは言いました。
概要
しかし、モライス氏は、ゼブラフィッシュもマウスも、人間にとって完全な類似物ではなく、お互いにとって完全な類似物でもないと警告した. 神経経路は魚とマウスでは少し異なると彼女は言った. そして、これらの生物のそれぞれは、異なる化学シグナルを放出する可能性のある、一連の異なる腸内微生物を持っています.
それにもかかわらず、原則は生物の多様なグループに広く当てはまる可能性があります。 さまざまな微生物化学物質が、ゼブラフィッシュ、マウス、ヒト、その他の動物の脳内のミクログリアの存在量に影響を与えている可能性がある、と Eisen は述べた。 しかし、彼女は、異なる種を明確に混同することは危険であることに同意します. モデル生物は「人間とまったく同じではない」と彼女は述べた。
多数のマイクロバイオーム
将来的には、アイゼン、ウォッシュボーン、および彼らのチームは、ゼブラフィッシュの腸内微生物が脳に信号を送る方法を正確に特定したいと考えています. 彼らはまた、神経発達の敏感な期間がどのくらいの長さであるかを確立し、腸への早期介入が脳の発達を軌道に戻すことができるかどうかを確認したいと考えています. 最終的には、この研究によって神経発達障害がどのように人間に発生するかをより深く理解できるようになることを期待していますが、これは難しいかもしれません。
「問題は、仮説を人間でテストする必要があることです」とマーゴリスは言いました。「しかし、これを行うのは非常に困難です。」 自閉症スペクトラム障害のような状態は、通常、7 歳以降、おそらく重要なウィンドウが閉じてからずっと後まで診断されないため、人間の乳児の腸への介入をテストするための臨床試験を設計するロジスティクスは困難です。
マイクロバイオームは、同じ種の個体間でも大きく異なります。 ほとんどの点でほぼ同じに見える 70 人が、XNUMX% 以上異なる腸内微生物群集を持っている可能性があります。 人のマイクロバイオームを見るだけでは、神経発達障害の有用な診断ツールにはなりません。 「自閉症のマイクロバイオームは XNUMX つではありません」と Margolis 氏は言います。
ウォッシュボーン氏は、この敏感な発達期が人間に存在する場合、介入をほぼ不可能にする可能性がある. 「魔法の弾丸に近づいているとは思えません」と彼は言いました。 しかし、腸が脳に与える影響を少しでも特徴付けることができたとしても、深く複雑な人間の謎を解明するのに役立ちます. 今のところ、それで十分だと彼は言った。
