Fish Have a Brain Microbiome. Could Humans Have One Too?
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这一发现表明其他脊椎动物也拥有健康的脑微生物群，这进一步促进了（尽管仍存在争议）人类也可能拥有脑微生物群的可能性。该文章《鱼类拥有脑微生物组。人类也可能有吗？》最早发表在Quanta Magazine上。</context> <raw_text>0 ♪

欢迎收听Quanta科学播客。在每一期节目中，我们都会为您带来关于科学和数学发展的故事。我是苏珊·瓦莱特。细菌存在于我们体内、周围和全身。它们几乎遍布地球的每一个角落，从深海热液喷口到高空云层，再到我们耳朵、嘴巴、鼻子和肠道的缝隙中。但科学家们长期以来一直认为细菌无法在人脑中存活。但事实是这样吗？

接下来就讲这个。量子杂志是一个由西蒙斯基金会支持的、编辑独立的在线出版物，旨在增强公众对科学的理解。

人们认为强大的血脑屏障使大脑免受外部入侵者的侵害。但我们能确定健康的人脑没有自身的微生物组吗？在过去的十年里，初步研究的结果相互矛盾。这一观点一直存在争议。毕竟，很难获得健康的、未受污染的人脑组织来研究可能的微生物居民。

最近，《科学进展》杂志发表的一项研究提供了迄今为止最强的证据，证明脑微生物组确实存在于健康的脊椎动物中，至少在鱼类中是这样。新墨西哥大学的研究人员发现，鲑鱼和鳟鱼的大脑中繁衍着细菌群落。许多微生物物种都具有特殊的适应性，使它们能够在大脑组织中生存，并能够穿过保护性血脑屏障。

马修·奥姆是一位研究人类微生物组的生理学家，就职于科罗拉多大学博尔德分校，他没有参与这项研究。他天生就对微生物群能够在大脑中生存的观点持怀疑态度，但他发现这项新的研究令人信服。这是具体的证据，证明

脑微生物组确实存在于脊椎动物中。因此，人类拥有脑微生物组的想法并非异想天开。我的意思是，这显然不会告诉你任何关于脑微生物组本身的信息，但它确实告诉你，在这篇论文发表之后，如果我们发现这种情况，我们就不应该感到太惊讶，我们应该投入更多资源来探索这一想法。我认为在这篇论文发表之前，这种认为存在脑微生物组的想法有点离谱。我个人认识很多科学家，他们只是把它当成一种笑话，认为是

那些这样想的人有点古怪，但我认为这让我们对这个问题有了更坚实的把握。在许多方面，鱼类的生理机能与人类相似，但也有一些关键的区别。

克里斯托弗·林克研究神经退行性疾病的分子基础，就职于科罗拉多大学博尔德分校。他没有参与这项工作。这无疑为我们思考这是否与哺乳动物和我们人类相关增加了砝码。人类肠道微生物组在人体中发挥着关键作用，通过肠脑轴与大脑沟通并维持免疫系统。

因此，认为微生物可能在我们神经生物学中发挥更大的作用并非完全牵强附会。多年来，艾琳·萨利纳斯一直对一个简单的生理事实着迷：鼻子和大脑之间的距离非常小。萨利纳斯是一位进化免疫学家，就职于新墨西哥大学。

她研究鱼类的粘膜免疫系统，以更好地了解这些系统的人类版本（如我们的肠道内壁和鼻腔）的工作原理。很明显，鼻子充满了细菌。我的实验室长期以来一直在研究鼻免疫以及微生物群如何影响嗅觉功能。我们一直都在思考这样一个问题，即这些微生物群是否能够

潜在地定植于大脑的嗅球或大脑的其他区域，仅仅是因为鼻子和大脑之间的距离非常近，就像一个单突触，这是一条直接的途径，许多病原体都利用这条途径侵入大脑，所以在我脑海深处，我一直认为嗅球可能是

直接取样外部微生物群，或者有一些微生物群直接到达嗅阀。在多年的好奇之后，她决定在她最喜欢的模式生物——鱼类身上验证她的怀疑。

萨利纳斯和她的团队（包括芝加哥大学医学部的阿米尔·马尼）首先从鳟鱼和鲑鱼的嗅球中提取DNA。一些鱼是在野外捕获的，一些是在她的实验室里饲养的。他们计划在一个数据库中查找DNA序列，以识别任何微生物物种。问题是，这些类型的样本很容易受到实验室细菌或鱼体其他部位细菌的污染。

这就是为什么科学家们难以有效地研究这个课题。如果他们在嗅球中发现了细菌DNA，他们就必须说服自己和其他研究人员，它确实是起源于大脑。

为了确保万无一失，萨利纳斯的团队也研究了鱼类的全身微生物组。他们对鱼类的其余大脑、肠道和血液进行了取样。他们甚至从大脑的许多毛细血管中抽取血液，以确保他们发现的任何细菌都存在于大脑组织本身。一开始，你知道，我们得到了这些数据，但我们不得不反复多次地重新进行实验，只是为了确保，好吧，现在让我们

从同一只动物身上取样，从同一只动物身上取肠道，从同一只动物身上取大脑，只是为了看看我们是否能匹配，肠道中的东西是否与大脑中的东西不匹配。渐渐地，我们开始改进我们的整个系统，这花了很多时间，因为我们以前从未做过这样的事情。这个项目花了五年时间，但即使在早期，也很明显鱼脑并非贫瘠的。

正如萨利纳斯预期的那样，嗅球中存在一些细菌。我认为大脑的其他部位不会有细菌，但事实证明我的假设是错误的，因为嗅球确实有一些细菌，但大脑的每个部位都有，而且事实证明它们的含量实际上比嗅球更高。鱼脑中存在如此多的细菌，只需几分钟就能在显微镜下找到这些细胞。

作为额外的一步，萨利纳斯的团队证实了这些微生物正在大脑中活跃地生存。它们并没有休眠或死亡。

奥姆对他们周密的方法印象深刻。我认为这实际上非常令人信服。我一开始对能够相信存在脑微生物组持怀疑态度。到最后，我的意思是，他们进行的实验数量之多，所有这些实验都围绕着同一个问题，从所有这些不同的角度，使用所有这些不同的方法，所有这些都产生了非常令人信服的数据，证明鲑鱼的大脑中确实存在

活的微生物。但如果大脑中存在活的微生物，它们是如何到达那里的呢？长期以来，研究人员一直怀疑大脑可能存在微生物组，因为所有脊椎动物，包括鱼类，都具有血脑屏障。这些血管和周围的脑细胞得到了加强，充当看门人，只允许某些分子进出大脑，并阻止入侵者，尤其是像细菌这样较大的入侵者。

因此，萨利纳斯自然想知道她研究中的大脑是如何被定植的。通过比较来自大脑的微生物DNA与从其他器官收集的微生物DNA，她的实验室发现了一组在身体其他部位没有出现的物种。萨利纳斯假设这些物种可能在它们发育早期，在血脑屏障完全形成之前就定植于鱼脑。早期，任何东西都可以进入。

这是一个自由竞争的时代。但许多微生物物种也存在于全身。她怀疑鱼脑微生物组中的大多数细菌都起源于它们的血液和肠道，并不断渗漏到大脑中。在那第一波定植之后，你需要具备特定的特征才能进出。这就是我们看到的。萨利纳斯能够识别出让细菌能够穿过的特征。

有些细菌可以产生被称为多胺的分子，这些分子可以打开和关闭连接。这些就像屏障中允许分子通过的小门。其他细菌可以产生帮助它们逃避身体免疫反应或与其他细菌竞争的分子。萨利纳斯甚至抓到了一只细菌正在行动。

在显微镜下观察，她捕捉到一张细菌在血脑屏障内被冻结在时间中的图像。细菌的一半在血管的腔内，一半在血管内。就像，我们真的在它穿过的时候抓住了它。微生物可能不会

自由地生活在大脑组织中，生理学家马修·奥姆说。这篇论文中一件有趣的事情是，他们非常明确地表明那里存在微生物，但有一点他们谈到的是，他们无法最终排除这些微生物的存在……

在免疫细胞内。因此，这篇论文最无聊的解释是，有一些微生物持续存在于大脑中，但这些微生物实际上是被巨噬细胞或其他类型的免疫系统捕获的，是的，它们技术上在大脑中，它们技术上是活的，但它们被隔离在大脑之外，这纯粹是……

这仅仅是一个功能，即它们无法将它们从大脑中清除，而是将它们隔离在大脑中的其他一切之外。这将是对这些数据的解释之一，作者试图得到但无法最终排除。在这种情况下，它只会指出，好吧，鲑鱼无法将它们从大脑中清除，所以你只能学会适应拥有它们而不造成问题。但如果细菌是自由生活的，它们可能参与身体超越大脑的过程。

塞利纳说，微生物可能积极地调节生物体的生理机能，就像人类肠道微生物组帮助调节消化和免疫系统一样。当然，鱼类不是人类，但塞利纳说它们允许进行公平的比较。她的研究表明，如果鱼类的大脑中存在微生物，那么我们也可能存在。

人们已经发现细菌生活在几乎所有的人体器官系统中。但对许多科学家来说，大脑是迈出的一步太远了。

贾诺斯·海勒研究血脑屏障，就职于都柏林城市大学，他没有参与这项新的研究。它是具有保护性的，但它并不是一个什么东西都无法穿过的不可逾越的屏障或墙壁。我的意思是，它是昼夜节律调节的，所以你确实会在白天看到这些紧密连接的打开和关闭。还有一个月度周期。此外，大脑的免疫细胞加班加点地消灭任何潜在的有害入侵者。

当在人脑中发现微生物时，它们与活动性感染有关，或者通常与由于阿尔茨海默病等疾病导致的屏障破坏有关。

科学家们在2013年挑战了这一假设，当时他们正在研究艾滋病毒/艾滋病的神经影响。他们在患病和健康人群的大脑中都发现了细菌的遗传线索。这些发现首次表明，即使在没有疾病的情况下，人类也可能拥有脑微生物组。以下是海勒的观点。检测方法已经改进。

改进。所以十年前没有人相信它。没有多少后续研究，现有的研究结果也不明确。你还记得前面提到的生理学家马修·奥姆吗？过去有很多例子

我们作为科学界，认为我们可能会看到低丰度的微生物。我最熟悉的是关于人类子宫内，比如胎儿中的争论。关于胎儿是否具有微生物组存在一场大辩论？或者每当我们感知到微生物组的这些信号时，它是否被污染了？因为很容易欺骗自己认为微生物存在，因为微生物DNA几乎无处不在。因此，如果你做最简单的实验，只是观察

对样本进行测序，发现那里存在微生物，并假设那里存在微生物组。你可以在非常无菌的东西中做到这一点。因此，要让我相信它确实存在，需要大量的证据。鱼类实验确实让奥姆和其他研究人员相信，人类脑微生物组并非不可能。然而，几乎不可能的是在不伤害健康人的情况下证实这一点。

为了建立一个案例，林克建议在啮齿动物身上重复鱼类实验。萨利纳斯的团队开始研究这个问题。所以我们实际上从一位研究小鼠肿瘤微生物组的专家那里获得了方案，他们裂解这些肿瘤并恢复其中存在的细菌，这与我们用于大脑的方案完全相同。这个方案应该很容易适应小鼠大脑。

萨利纳斯的团队已经发现了早期迹象，表明微生物存在于健康小鼠的嗅球中，在较小程度上也存在于整个大脑中。克里斯托弗·林克说，如果微生物已经适应穿过鱼类的血脑屏障并在鱼脑中生存，它们也可能在我们体内做到这一点。我们真的不知道健康的大脑或其他肺部或肝脏等器官中是否存在常驻微生物。

但有证据表明它们可能存在。有趣的是，它们似乎明显存在于鱼类中。我们组织中可能存在的任何微生物水平都不太可能与鱼类相比，因为鱼类似乎有很多微生物。但这并不意味着没有。即使是少量微生物，无论是细菌还是病毒，也可能肯定会改变我们大脑的新陈代谢或激发我们的免疫系统

进入对我们不利的状态。

当我们年纪更大时，这对我们尤其不利。如果微生物确实存在，这将表明我们不知道存在的神经调节的额外一层。我们已经知道微生物会影响我们的神经生物学。现在，你肠道中的微生物通过肠脑轴调节你的大脑活动，方法是产生被穿过消化系统的肠神经元感知的代谢物。

这是一个引人入胜的，尽管未经证实的命题，即大脑中的细菌正在直接影响我们的生理机能。

然而，由于塞利尼斯等人的研究，越来越多的科学家开始接受健康的人脑也可能存在微生物的观点。海勒想知道为什么不呢？在生物学中，“为什么”的问题总是有点愚蠢，但它有什么有益的影响呢？我不再对它们的存在感到震惊，但它们在那里到底做了什么？似乎有很多不同类型。

它们都在那里是有原因的，还是它们在那里是错误的？

阿琳·桑塔纳帮助制作了本期节目。我是苏珊·瓦莱特。要了解更多关于这个故事的信息，请阅读Yasmin Sapakoglu的完整文章《鱼类拥有脑微生物组，人类也可能有吗？》，网址为quantamagazine.org。在Quanta的书籍《质数阴谋》中探索数学奥秘，该书由麻省理工学院出版社出版。现在可在amazon.com、barnesandnoble.com或您当地的书店购买。