消化

婴儿的认知发展水平与肠道微生物相关

作者:王鑫英 来源:奇点原创 日期:2017-11-29
导读

          相信很多宝妈们在给宝宝擦屁屁时,顺便会看一眼宝宝的便便,看看的它的形状、颜色,以判断宝宝是否健康。

        相信很多宝妈们在给宝宝擦屁屁时,顺便会看一眼宝宝的便便,看看的它的形状、颜色,以判断宝宝是否健康。

 

        最近,由北卡罗来纳大学教堂山分校开展的一项研究表明,婴儿1岁时便便中的微生物,还与2岁时的认知有关呢!具有某一特定细菌群落的婴儿,在2岁时的认知测试中会表现得更好!相关的研究结果刊登在精神病学顶级期刊,《生物精神病学》杂志上[1]。

        该研究的通讯作者,Rebecca Knickmeyer ,兴奋地说道“这是第一次发现肠道微生物群落与人类认知发展之间具有联系!”[2]

 

        肠道微生物与大脑之间的联系已经毋庸置疑了,科学家们也总结出了数条肠脑交流的途径,或是通过迷走神经,或是通过血液循环,或是通过免疫系统[3]。总之,条条大路通罗马!

        然而,肠脑交流的联系是何时建立起来的?目前,还没有那项研究能回答这个问题。

        科学家们已经知道,人类出生的第一年,是肠道微生物定植的关键时期。婴儿从母亲产道或经剖宫产后,碱性厌氧的肠杆菌就成功定植在婴儿的肠道中,成为婴儿肠道中的主导菌群。

        之后,伴随母乳喂养或配方奶喂养、以及添加辅食等,婴儿的肠道菌群种类变得越来越丰富,占主导地位的菌群也会发生动态变化。到2岁时,婴儿的肠道微生物群落逐渐趋向于成人的肠道微生物群落,变得更加多样化、更适应环境的变化[4]。

 

        0-2周岁婴儿肠道微生物种类的动态变化图:不同颜色代表不同种类的微生物,同一柱状图的颜色种类越多代表微生物的种类越多

        与此同时,1到2岁也是儿童脑部发育最具活力和最关键的时期。这一时期,婴儿的脑部体积迅速增加,到2岁时,大脑的体积可达到成人脑体积的80%-90%![5]

        其中,与认知有关的大脑灰质增加量可达149%,与运动相关的小脑增加量更是高达240%。脑部的这些变化为婴儿的认知和运动提供了结构基础。不过,这一时期,脑部发育如果出现异常,也会导致儿童出现自闭症、精神分裂症等精神疾病[6]。

        那么,婴儿的肠道微生物与婴儿的认知发展之间,是不是也存在某些联系呢?为了验证这个想法,Knickmeyer副教授就带领团队开展了相关的研究。

        他们跟踪调查了89名健康婴儿,采集了他们在1岁时的粪便样本;利用结构核磁共振成像(sMRI)评估了这些婴儿在1岁及2岁时的大脑结构;还利用马伦早期学习量表(Mullen Scales of Early Learning),从大动作、精细动作、视觉感知、语言表达和语言接受能力等共5个方面,评估了这些婴儿在1岁及2岁时的认知能力。

        首先,研究人员对这些婴儿的粪便样本进行了测序分析。就像每个人都有一种血型一样,根据肠道微生物之间的差异,这些婴儿可分成三组:C1组有相对较多的普氏菌(Faecalibacterium),C2组有相对较多的拟杆菌(Bacteroides),C3组有相对较多的瘤胃球菌(Ruminococcaceae)。这3组中,C1组的微生物种类最多,C3组次之,C2组最少。

 

        之后,研究人员对婴儿脑部的sMRI图像进行了分析。他们发现婴儿在1岁时,与视觉感知有关的脑部区域体积,在3个组别中是有差别的,其中C2组婴儿的最大;2岁时与运动有关的脑部区域体积也有差别,C2组婴儿的最小。其他脑区并无差别。

        接下来,研究人员又对这3组婴儿的认知测试结果进行了分析。他们发现1岁时的婴儿认知与肠道微生物群落之间并没有相关性。这可能跟此时婴儿认知发育的速度有关,也可能是由于此时的测试高度依赖婴儿父母,导致出现了偏差。

        但2岁时的婴儿认知却表现出很大的不同:C2组的婴儿,认知得分最高(92分);C1组的婴儿,认知得分最低(72分)。当然,这些婴儿的认知测试结果均在正常范围之内。

        不同微生物群落的婴儿认知得分结果

        这让研究人员很吃惊!因为C2组的微生物的种类更少,理论上推测,认知能力应该更低才对。毕竟,之前的研究表明,婴儿期的肠道微生物种类较少与不良的健康状况(如1型糖尿病和哮喘)有关[7,8]。

        为什么会出现这样的结果呢?研究人员又采用宏基因组学的方法,对这3组的微生物的代谢功能进行了预测分析。

        原来,C2组肠道微生物中,与叶酸、生物素代谢有关的基因增加了,而与细菌致病性(如细菌的趋化性、细菌的运动)相关的基因减少了。这就解释了为何C2组婴儿的认知能力会更高了,因为叶酸是神经发育中重要的代谢物[9],而肠道微生物的致病性降低对神经系统的发育也是有好处的。

        如此看来,认知能力的“最佳”肠道微生物组合可能与其他健康状况的“最佳”肠道微生物组合不同。

        然而,“肠道菌群是否真的与发育中的大脑进行沟通吗?” Knickmeyer副教授也提出了疑问。她表示“这是我们现在正在开展的工作,我们正在寻找可能涉及到的信号通路。”[2]

        虽然,当前的这些发现只是初步的,但研究人员认为早期干预肠道微生物群落的发展,可能是优化儿童认知发展或减少自闭症风险的关键。

        需要指出的是,这项研究只是找到了肠道微生物与儿童认知发展的相关性,并不意味着因果关系。另外,对婴儿粪便样本的采集,仅限于1岁时的1次取样。研究人员表示,采用多重测量的纵向研究将弥补这个不足,并有助于描绘肠道微生物群落变化与婴儿认知发展之间的动态联系。

        我们也期待,他们开展的后续研究,能够发现肠道微生物对人类大脑的具体影响,找出最优的肠道微生物组合,破解人类健康之谜!

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