私たちの脳は腸から物理的に遠く離れているように見えるかもしれませんが、近年の研究では、消化管に集中している微生物の広大なコミュニティが 2 つの間のコミュニケーション ラインを開いていることが強く示唆されています。腸内マイクロバイオームは、認知と感情に影響を与え、気分や精神障害の状態、さらには情報処理に影響を与えることが示されています.しかし、それがどのようにできるかは、とらえどころのないものでした.
最近まで、腸と脳の関係に関する研究では、マイクロバイオームの状態と脳内の働きとの間の相関関係のみがほとんど示されていました。しかし、新しい発見は、ストレスへの反応におけるマイクロバイオームの関与を実証する研究に基づいて、より深く掘り下げられています.恐怖に焦点を当て、特に恐怖が時間の経過とともにどのように消えるかに焦点を当てて、研究者は現在、マイクロバイオームが減少したマウスで行動がどのように異なるかを追跡しました.彼らは、細胞配線、脳活動、遺伝子発現の違いを特定し、マイクロバイオームを回復することで成体の行動障害を防ぐことができる出生後の短い期間を特定しました。彼らは、これらの変化を説明するのに役立つ可能性のある4つの特定の化合物を追跡しました.マイクロバイオームと脳のこの関係を理解した後、どのような治療法が生まれるかを予測するのは時期尚早かもしれませんが、これらの具体的な違いは、2 つのシステムが深く絡み合っているという理論を裏付けています。
コロラド大学ボルダー校の統合生理学准教授である Christopher Lowry は、脳との相互作用のこれらのメカニズムを特定することがマイクロバイオーム研究の中心的な課題であると述べています。 「彼らには興味をそそる手がかりがあります」と彼は付け加えました。
新しい研究の筆頭著者であり、Weill Cornell Medicine の博士研究員である Coco Chu は、私たちの体に生息する微生物が私たちの感情と行動の両方に影響を与える可能性があるという概念に興味をそそられました。数年前、彼女は精神科医、微生物学者、免疫学者、および他の分野の科学者の助けを借りて、これらの相互作用を詳細に調べることに着手しました.
研究者たちは、マウスに対して古典的な行動訓練を行いました。その中には、マイクロバイオームを劇的に減少させるために抗生物質を投与したものもあれば、マイクロバイオームをまったく持たないように隔離して飼育したものもありました。すべてのマウスは、電気ショックが続くトーンの音を恐れることを等しくよく学習しました。科学者がショックをやめると、普通のマウスは徐々に音を恐れないことを学びました。しかし、マイクロバイオームが枯渇した、または存在しないマウスでは、恐怖は持続し、未処理のマウスよりもトーンの音で凍りつく可能性が高くなりました.
恐怖反応を処理する外側脳の領域である内側前頭前皮質の内部を覗いてみると、研究者はマイクロバイオームが不足しているマウスに明確な違いがあることに気付きました。あるタイプのグリア細胞は、適切に発達しませんでした。学習に関連するニューロンのとげのある突起は、あまり成長せず、より頻繁に除去されました。あるタイプの細胞は、より低いレベルの神経活動を示しました。健全なマイクロバイオームを持たないマウスは恐れを知らないことを学ぶことができず、研究者はそれを細胞レベルで見ることができたかのようです.
研究者たちはまた、腸内のマイクロバイオームの状態がこれらの変化をどのように引き起こしたかを知ることにも着手しました. 1つの可能性は、消化管から脳幹に感覚を伝える長い迷走神経を介して、微生物が脳に信号を送ることでした.しかし、迷走神経を切り取ってもマウスの行動は変わりませんでした。また、マイクロバイオームが脳に影響を与える免疫系の反応を引き起こす可能性もあると思われましたが、すべてのマウスの免疫細胞の数と割合は類似していました.
しかし、研究者らは、マイクロバイオームが損なわれたマウスの血清、脳脊髄液、および便でははるかに一般的ではない、神経学的影響を持つ4つの代謝化合物を特定しました.一部の化合物は、すでにヒトの神経障害に関連していました。 Weill Cornell Medicine のジル・ロバーツ炎症性腸疾患研究所所長である微生物学者 David Artis 氏によると、チームは、マイクロバイオームが特定の物質を豊富に生成し、一部の分子が脳に侵入する可能性があると推測しました。
カリフォルニア大学デービス校の解剖学、生理学、細胞生物学の准教授である Melanie Gareau 氏は、多くの研究室で、神経系のシグナル伝達に関与する特定の細菌物質を追跡することに関心が高まっていると述べています。このようなプロセスには、おそらく多数の代謝産物と経路が関与しています。
うつ病などの他の疾患に関する研究でも、微生物によって作られる特定の化合物の関与が指摘されていますが、どの化合物が何らかの状態に寄与するかについては、まだコンセンサスが得られていないと、医学教授で G. オッペンハイマー神経生物学センターの所長であるエメラン メイヤーは述べています。カリフォルニア大学ロサンゼルス校でストレスとレジリエンスの研究を行っています。また、腸内マイクロバイオームは、脳に疾患を持つ多くの人で明らかに変化していますが、その変化が原因なのか結果なのかは不明なことが多いと彼は言いました.マイクロバイオームの違いは神経学的問題を引き起こす可能性がありますが、条件によってマイクロバイオームが変化する可能性もあります.
この分野では、病気のマイクロバイオームの結果だけでなく、健康なマイクロバイオームについても意見の相違があります。 「私たちは長い間、ストレス関連障害のリスクまたは回復力を提供する特定の種類の細菌を特定できるという考えに注目してきました。特定の微生物である必要はないかもしれません。 」 ラウリーは言った。健康な人でも、マイクロバイオームは大きく異なります。マイクロバイオームに十分な多様性がある場合、特定の微生物は問題にならないかもしれません — 繁栄する森林には多くの種類があり、1 つの種類の木は必要ないかもしれないのと同じです.
それでも、神経系に対する微生物の影響の研究はまだ始まったばかりであり、影響が何であるかについては不確実性さえあります.これまでの実験では、マイクロバイオームの変化が動物の恐怖反応の学習を止めるのに役立つかどうかについて、矛盾した、または矛盾した結論に達していました。 Chu と彼女の同僚の調査結果に特に重みを与えるのは、彼らが観察した行動を引き起こす特定のメカニズムの証拠を示すことができるということです。このような動物実験は、人間の治療法を指していなくても、神経系とマイクロバイオームの間の明確なつながりを固めるのに特に役立ちます、と UCLA の David Geffen School of Medicine の医学教授である Kirsten Tillisch は言いました。 . 「人間が脳内で感情、身体感覚、認知を処理する方法は、動物とはまったく異なるため、翻訳するのは非常に困難です」と彼女は言いました.
理論的には、特定の微生物物質の存在は、心的外傷後ストレス障害のような障害に最も脆弱な人を予測するのに役立つ可能性があります.このような実験は、治療の対象となる可能性のある脳とマイクロバイオームの間の通信経路を特定することさえできます. 「これらのマウス実験からは常に、介入に近づいているという大きな希望があります」とメイヤー氏は述べ、研究はしばしば厳密な方法によって驚くべき結果を生み出します.しかし、人間の脳の働きがマウスに完全に反映されているわけではありません。さらに、脳と腸のマイクロバイオームの相互作用はヒトとマウスで異なり、それぞれのマイクロバイオーム間の食事による違いが格差を拡大しています。
人間の場合、マイクロバイオームを標的とした介入は、マイクロバイオームがまだ発達しており、初期のプログラミングが脳内で行われている乳児期および小児期に最も効果的である可能性がある.この新しい研究では、科学者は、マウスが成長したときに恐怖を正常に消すために典型的なマイクロバイオームを必要とする幼少期の特定の時間帯を見ました.最初の 3 週間、微生物から完全に隔離されたマウスは、典型的なマイクロバイオームを持つマウスと混合されました。無菌マウスは他のマウスの微生物を拾い上げ、豊富なマイクロバイオームを発達させましたが、成長して同じ恐怖無学習実験を行ったとき、それらは依然として欠損を示しました.生後わずか数週間で、彼らはまだ年を取りすぎていたため、普通に恐怖を消す方法を学ぶことができませんでした.
しかし、里親に預けられた後に豊富なマイクロバイオームを獲得した新生マウスでマイクロバイオームが回復すると、幼生マウスは正常に行動するように成長しました.出生後最初の数週間で、マイクロバイオームは重要であるように見えました — これは、恐怖感受性を支配する回路が幼少期に影響を受けやすいというより大きな考えにスムーズに適合する洞察です、とティリッシュは言いました.
研究者がテストした恐怖の学習解除の種類は、進化的な意味での基本的なスキルである、と Artis は述べた。何が恐怖に値するかを知り、それが脅威ではなくなったときに適応することは、生き残るために非常に重要です。恐怖を消すことができないことは PTSD にも存在し、他の脳障害と結びついているため、この回路に影響を与えるメカニズムに関する科学的知識を深めることで、人間の中核的な行動を明らかにし、潜在的な治療法への道を開くことができます.
進化のタイムスケールでは、より多くの人々が都市に住むようになり、脳障害がますます顕著になるにつれて、人間のマイクロバイオームは変化しました.私たち一人一人に生息する微生物の群れは、私たちの種とともに進化してきました。微生物が身体と精神の両方の健康にどのように影響するかを理解することが重要です、と Lowry 氏は述べています。私たちの環境は、マイクロバイオームを介して神経系に影響を与え、脳の健康と病気の研究に新たな複雑さを加える可能性があります.
