一项新研究揭示了在秀丽隐杆线虫（C. elegans）中，肠道细菌产生维生素B12与神经递质乙酰胆碱之间的分子联系。乙酰胆碱对记忆和认知功能至关重要。研究发现，某些细菌能够减少突变线虫的癫痫发作，而这些细菌的共同点是能够产生维生素B12。B12帮助调节胆碱水平，进而影响乙酰胆碱的产生。这一发现凸显了肠道微生物群、营养物质和大脑健康之间的复杂关系，可能为偏头痛和抑郁症等神经系统疾病提供新的见解。

关键发现

1. 肠道细菌与神经递质：产生维生素B12的肠道细菌影响乙酰胆碱的产生，乙酰胆碱是一种关键的神经递质。

2. 乙酰胆碱与神经平衡：降低乙酰胆碱水平可以恢复神经系统的兴奋/抑制平衡。

3. 潜在应用：这项研究可能为与B12和兴奋/抑制失衡相关的人类神经系统疾病提供新的研究方向。

研究背景

越来越多的科学家认识到，饮食和肠道微生物群可能在大脑健康中发挥重要作用。微生物群组成的变化与焦虑、抑郁、偏头痛和神经退行性疾病等神经系统疾病有关。然而，梳理单个细菌或营养物质对大脑功能的影响仍然具有挑战性。

研究方法

UMass的神经生物学教授Mark Alkema博士及其团队在《自然·细胞生物学》上发表了一项研究，揭示了秀丽隐杆线虫肠道中特定产生B12的细菌与乙酰胆碱产生之间的分子联系。研究团队通过给突变线虫喂食单一细菌的饮食，观察其癫痫发作频率的变化。在测试的40种细菌中，有18种减少了癫痫发作。进一步实验表明，这些细菌的共同点是能够产生维生素B12。

研究结果

1. B12与胆碱代谢：B12通过调节胆碱水平影响乙酰胆碱的产生。胆碱是一种存在于多种食物中的化合物，对肝脏脂肪代谢至关重要，同时也用于神经系统中乙酰胆碱的合成。

2. 乙酰胆碱与神经平衡：过多的乙酰胆碱会导致兴奋性失衡，从而引发突变线虫的癫痫样行为。B12通过增加胆碱在Met/SAM循环中的使用，减少乙酰胆碱的产生，从而恢复神经系统的兴奋/抑制平衡。

3. 环境与遗传压力：这种微生物群、维生素B12、大脑功能和行为之间的“交互作用”仅在生物体受到遗传或环境压力时才会显现。

研究意义

1. 神经系统疾病的潜在机制：人类B12缺乏与精神分裂症、抑郁症和偏头痛等以兴奋/抑制失衡为特征的神经系统疾病有关。研究发现的分子机制可能为这些疾病提供新的解释。

2. 未来研究方向：通过使用其他人类疾病的线虫模型并测试其他代谢物和细菌，研究人员希望揭示更多肠道微生物群与大脑功能之间的联系，从而改善人类健康。

研究团队与资助

这项研究由Riccio神经科学基金和美国国立卫生研究院部分资助，是UMass的Alkema实验室、Walhout实验室与康奈尔大学化学与化学生物学教授Frank C. Shroeder博士实验室的合作成果。

结论

这项研究揭示了肠道细菌、维生素B12和神经递质之间的复杂关系，为理解神经系统疾病的机制提供了新的视角。未来，进一步的研究可能为相关疾病的治疗和预防开辟新的途径。