肠道微生物群的副产物可以调节宿主的免疫、代谢和大脑功能等生理过程。
来自巴黎大学巴斯德研究所等机构的科学家发现，动物模型中的下丘脑（hypothalamic）神经元会直接检测肠道细菌活动的变化，并相应地调整食欲和体温。这些发现表明，肠道微生物群与大脑之间存在直接对话。这一发现或许可以帮助改善糖尿病和肥胖等代谢紊乱疾病。研究结果于2022年4月15日发表在《科学》杂志上。
肠道是人体最大的细菌仓库。越来越多的证据揭示了宿主与其肠道微生物群之间的相互依赖程度，并强调了肠脑轴（gut-brain axis）的重要性。不同研究机构的神经生物学家、免疫生物学家、生物学和遗传学微生物学家通过协作共享的方式，研究了肠道中的细菌如何直接控制大脑中特定神经元的活动。
科学家们重点研究了主要存在于免疫细胞内的NOD2受体。这种受体可以检测胞壁肽（Muropeptides）的存在，胞壁肽是细菌细胞壁的组成部分。
此外，之前的研究已经证实，NOD2受体基因编码的变体与消化系统疾病（例如克罗恩病）以及神经系统疾病（例如帕金森）和情绪障碍（例如，双相情感障碍和精神分裂症）有关。然而，这些数据不足以证明大脑中的神经元活动和肠道中的细菌活动之间的直接关系。
科学家们利用脑成像技术观察到小鼠体内的NOD2受体在大脑不同区域的神经元中的表达情况。科学家发现，NOD2受体在大脑的纹状体、丘脑和下丘脑区域存在高度表达，尤其是下丘脑。下丘脑是调节内脏活动的高级中枢，而且，内脏活动与其他生理活动有着紧密的联系——可以调节体温、摄食、水平衡、血糖和内分泌腺活动等重要的生理功能。研究人员随后发现，当这些神经元与来自肠道的细菌胞壁肽接触时，其电活动就会受到抑制。
通过肠脑轴进行代谢控制
Gabanyi, I., Lepousez, G., (2022). Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature. Science (New York, N.Y.), 376(6590), eabj3986. https://doi.org/10.1126/science.abj3986
“人们认为肠道、血液和大脑中的胞壁肽是细菌增殖的标志物。”巴斯德研究所细菌细胞壁单元生物学和遗传学负责人伊沃·G·博内卡（Ivo G.Boneca）解释道。相反，如果敲除了NOD2受体，这些神经元就不再被胞壁肽抑制。因此，大脑失去了对食物摄入和体温的控制。其结果是小鼠体重增加，更容易患2型糖尿病，尤其是老年雌性小鼠。
在这项研究中，科学家们证明了一个惊人的事实，即神经元可以直接感知细菌的胞壁肽，以前认为，这项任务主要由免疫细胞完成。巴斯德研究所感知和记忆单元负责人 Pierre-Marie Lledo评论道：“我们发现，细菌碎片直接作用于大脑中枢中具有战略意义的下丘脑，这是一件非同寻常的事情，众所周知，下丘脑可以管理体温、生殖、饥饿和口渴等重要功能。”
因此，神经元似乎可以检测细菌的（增殖和死亡）活动，以此直接衡量食物摄入对肠道生态系统的影响。巴斯德研究所微环境和免疫部门负责人Gérard Eberl说：“过量摄入特定食物可能会刺激某些细菌或病原体的过度生长，从而损害肠道平衡。”胞壁肽对下丘脑神经元和新陈代谢的影响引发了人们重新思考胞壁肽在其他大脑功能中潜在作用，并可能帮助我们理解某些脑部疾病与NOD2基因变异之间的联系。
这一发现为神经科学、免疫学和微生物学前沿的新跨学科项目铺平了道路，并最终为脑疾病和代谢紊乱（如糖尿病和肥胖）的新治疗方法铺平了道路。
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