手機掃碼訪問本站
微信咨詢
腸道里發生的事情能影響你的大腦？其實，這已不是什么新鮮事。近年來，隨著人們對于腸道菌群的了解越來越深入，科學家們對于腸道菌群與大腦間的聯系，興趣越來越高漲。陸陸續續涌現的研究表明，腸道微生物或許能改善自閉、減少焦慮、降低壓力……而最近，科學家們的一項研究揭示，動物腸道細胞自身的內源基因——而不是外來的微生物群——便可以影響大腦，起到調節睡眠的作用。腸與腦間更為密切的聯系正在漸漸浮出水面，讓我們一起走進今天的文獻導讀吧。
盡管過去人們通常認為生物體內只天然存在L氨基酸，近年的研究卻屢次發現了生物組織內D型氨基酸的存在。20年前動物體內已經檢測到了天然的D-絲氨酸，但對于D-絲氨酸生理方面的功能認識尚屬空白。這項研究便揭示了D-絲氨酸對于睡眠調節的作用。
研究者們發現了一個睡眠較為紊亂的果蠅突變體。其CG3011基因發生了變異，而這個基因編碼的正是絲氨酸羥甲基轉移酶（SHMT）——一種參與合成L-絲氨酸的酶。而L-絲氨酸又可通過絲氨酸消旋酶（SR）的轉換生成D-絲氨酸。他們因此猜想L-絲氨酸或D-絲氨酸的缺乏會引起睡眠紊亂。于是，他們分別建立了shmt和sr突變體果蠅，并用含D-絲氨酸或L-絲氨酸的蔗糖培育，而后通過攝像記錄，分析它們的睡眠時間，以及受刺激時醒來的果蠅比例，從而評估果蠅的睡眠水平。結果顯示，D型或L型絲氨酸都可以緩解shmt突變果蠅的睡眠缺陷。但對于sr基因敲除的果蠅，只有D-絲氨酸可以消除果蠅的睡眠缺失。
D-絲氨酸的合成途徑，由SHMT合成L-絲氨酸，再由SR轉化為D-絲氨酸
他們還研究了一種降解D-絲氨酸的酶——DAAO，及編碼它的兩個基因：CG12338 和CG1123636。研究發現，這兩個基因的突變可導致D-絲氨酸的增加，從而改善果蠅的睡眠。因此，綜合來看，D-絲氨酸對于睡眠調節具有重要作用。
D-絲氨酸的降解途徑，daao兩個基因及突變，及兩個基因敲除后果蠅睡眠的提升
D-絲氨酸是NMDAR1這種受體的激活劑，而NMDAR1被認為與睡眠調節有關。對于NMDAR1敲除的果蠅，其睡眠時間及睡眠質量均有顯著下降。研究者用了兩個實驗來研究他們之間的關系：在第一個實驗中，他們用D-絲氨酸和L-絲氨酸分別處理nmdar1敲除的果蠅，兩者的睡眠均沒有改善；在第二個實驗中，他們建立了nmdar1和daao的兩個基因三重敲除的果蠅，使NMDAR1的合成及D-絲氨酸的降解均受阻。結果發現，三重敲除果蠅的表現型與nmdar1敲除的果蠅表現型相似，即兩者的睡眠水平均有下降。這兩個實驗都說明了NMDAR1在D-絲氨酸作用的下游，D-絲氨酸通過作用于NMDAR1起到調節睡眠的作用。
Nmdar1、daao兩種基因敲除實驗的實驗數據
與D-絲氨酸合成、降解相關的酶以及其受體在中樞神經系統與腸道中均存在，但具體是哪一部位的D-絲氨酸才能起到調節睡眠的作用呢？研究者們將研究放在了SR的表達上。他們驅動神經元中的sr表達，發現突變體果蠅的睡眠并未改善；在非神經元的sr表達細胞中引入sr，睡眠卻被改善了。這說明神經元中的sr表達對于調節睡眠既不有效也不必要。之后，他們又阻斷了神經元中的sr表達，但腸道中的sr表達依舊可以消除果蠅夜間睡眠減少的問題。一系列的實驗均表明，雖然sr在腦和腸內均有表達，但只有腸道細胞的sr表達對于睡眠調節有重要的意義。
各相關基因在腦、腹神經索和腸中的表達
這項研究揭示了D-絲氨酸對于睡眠的重要生理作用，同時顯現了腸道對于神經調節的重要意義。這也是首次在動物體內發現腸道中的某個內源基因表達對睡眠調節有作用。但SR作用的具體機制是什么樣的，以及D-絲氨酸如何通過NMDAR1調節睡眠等問題，仍有待探討，體內其他器官是否也能產生SR也尚待進一步研究。
毫無疑問，這樣的發現想要拓展到哺乳動物和人類身上，還有很長的路要走。人和動物的睡眠紊亂已經被越來越多地發現與胃腸道生理變化相關，腸內分泌細胞和神經元間通過神經肽信號的溝通也已經被證實可以調節一些生理活動。人們仍在積極研究腦-腸-微生物網絡的具體功能，希望未來，更多的腸道與神經系統調節間的密切聯系能被發現、被闡明，特別是在哺乳動物和人體中的腦腸聯系。希望在不久的將來，我們能夠依此開發出一條全新的大腦功能調節方式，更好地造福于廣大人類。