神经生物学教授 Mark Alkema 博士在《自然细胞生物学》上发表的一项新研究发现 ，线虫肠道中特定的产生 B12 的细菌 与乙酰 胆碱的产生之间存在重要的分子联系，乙酰胆碱是一种对记忆和记忆很重要的神经递质。认知功能。
科学家们越来越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。微生物组组成的变化与焦虑、抑郁、偏头痛和神经退行性疾病等神经系统疾病有关。然而，弄清楚单个细菌或营养素对大脑功能的因果关系一直具有挑战性。
“肠道中的细菌数量比体内的细胞数量还多，”阿尔科玛实验室博士后、本研究的第一作者 Woo Kyu Kang 博士说。“大脑的复杂性、构成肠道微生物组的数百种细菌种类以及代谢物的多样性使得几乎不可能辨别细菌如何影响大脑功能。”
为了隔离单个细菌对特定大脑功能的影响，康博士将由单一细菌种类组成的饮食喂给具有突变的线虫，这种突变会导致大脑中兴奋/抑制信号失衡，并导致癫痫样行为在蠕虫中。人类的类似基因突变会导致偏头痛。
康给这些突变线虫喂食 单一 细菌种类的食物，并观察癫痫发作频率的变化。在他测试的 40 种不同的细菌饮食中，有 18 种减少了癫痫发作的次数。进一步的实验表明，许多细菌的共同属性是它们能够产生维生素 B12。
根据 Alkema 和 Kang 博士的说法，B12 可以降低体内胆碱的水平。胆碱是一种存在于各种食物中的化合物，对肝脏中的脂肪代谢至关重要，可用于 B12 依赖性蛋氨酸/S-腺苷蛋氨酸 (Met/SAM) 循环，这是一种产生蛋氨酸(一种由 B12 获得的氨基酸)的代谢途径。人类通过饮食(对于新陈代谢至关重要)在肠道中。然而，胆碱也用于在神经系统中制造神经递质乙酰胆碱。过多的乙酰胆碱会导致兴奋性失衡，从而导致突变蠕虫出现癫痫样行为。
当存在更多的 B12 时，Met/SAM 循环中会使用更多的胆碱，从而留下更少的胆碱来产生乙酰胆碱。减少乙酰胆碱的量可以恢复神经系统的兴奋/抑制平衡，并减少 线虫的癫痫发作活动。
研究人员指出，微生物组、维生素 B12、大脑功能和行为之间“串扰”的影响只有在生物体受到遗传或环境压力的情况下才会变得明显。人类缺乏 B12 与以兴奋/抑制失衡为特征的神经系统疾病有关，例如精神分裂症、抑郁症和偏头痛。
“确定在线虫中发现的分子机制是否也能解释维生素 B12 对几种人类神经系统疾病的兴奋性信号传导的影响，这将是一件很有趣的事情，”Alkema 说。
通过使用其他蠕虫模型来治疗其他人类疾病并测试其他代谢物和细菌，Alkema 和同事希望揭示肠道微生物组与大脑功能之间的其他联系，这些联系也可用于改善人类健康。
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