研究发现，在⼤脑发育的早期阶段，肠道微⽣物群有助于塑造⼤脑系统，这对于个体⽇后在⽣活中展现出社交技能⾄关重要。⽬前科学家已在鱼类中发现并证实了这种影响，分⼦和神经学证据似乎表明，同样的影响或许也会发⽣在⼈类⾝上。
近⼏⼗年来，科学家们已逐渐认识到，肠道和⼤脑间有着强⼤的相互影响。例如，某些类型的肠道溃疡与帕⾦森患者的症状恶化有关。临床医⽣也早已知道，胃肠道疾病在注意缺陷多动障碍（ADHD）和孤独症谱系障碍（ASD）等神经发育障碍的患者中更为常见。
美国纽约⼤学朗格尼健康中⼼的⼉科胃肠病学家卡拉·马⼽利斯说，“不仅⼤脑对肠道有影响，肠道同样也可以深刻地影响⼤脑。”然⽽，这两个在解剖学上独⽴的器官究竟如何彼此影响，尚不清楚。
在今年11⽉初发表在PLOS Biology上的⼀篇论⽂中，研究⼈员发现，和肠道定植了微⽣物群的斑马鱼相⽐，那些缺少肠道微⽣物群的斑马鱼的社交能⼒要弱得多，⽽且它们的⼤脑结构也反映了这种差异。另⼀篇今年9⽉下旬发表在BMC Genomics的相关⽂章也描述了受肠道菌群影响的神经元分⼦特征。
美国俄勒冈⼤学的分⼦⽣物学家菲利普·沃什伯恩是这项新研究的主要研究⼈员之⼀，过去⼆⼗年来，他⼀直致⼒于研究与孤独症和社会⾏为发展相关的基因。他和他的实验室团队当时正在寻找⼀种新的模式⽣物，要求既要能表现出社会⾏为，繁殖起来又要⽐⾸选实验对象——⼩⿏——更快、更容易。
斑马鱼早已被⼴泛⽤于遗传学研究，它们繁殖迅速，且天然就是群居⽣物，两周⼤后的斑马鱼会开始以4⾄12只为⼀组的鱼群形式游来游去。直到成年之前，斑⻢⻥都是透明的，因此研究⼈员不必解剖就能观察它们的内部发育情况，⽽这在哺乳动物模型（如⼩⿏）中是完全不可能的。
研究团队⽤于实验的胚胎来⾃缺乏肠道微⽣物群的“⽆菌”斑马鱼，这些⼩鱼孵化后，研究⼈员⽴即给其中⼀部分鱼接种了健康的肠道细菌混合物。剩下的鱼则在⼀周后才接种，因此这部分鱼在发育早期处于“⽆菌”阶段。
⼀出⽣就接种菌群的斑马鱼在⼤约15天⼤时如期开始聚群，⽽那些以⽆菌状态开始发育的斑马鱼“令⼈震惊地没有成群”，这项研究的作者之⼀，俄勒冈⼤学的神经科学家朱迪思·艾森说道。即便这些鱼后续也接种了肠道微⽣物，它们还是⽆法达到和同龄鱼同样程度的社会性。
艾森、沃什伯恩和团队成员研究这些鱼的⼤脑，发现两组鱼的⼤脑结构间有明显差异。那些⽣命的第⼀周处于“⽆菌”状态的斑⻢⻥的⼀簇前脑神经元间显示出了更多相互连接，⽽这些神经元会影响⻥的社会⾏为。同时，这簇细胞中的⼩胶质细胞也明显减少。⼩胶质细胞是⼀种神经免疫细胞，负责清理⼤脑中的垃圾。艾森说，“这些是神经系统的重⼤改变。”
该研究团队猜测，健康的肠道微⽣物会以某种⽅式促进斑马鱼⼤脑中⼩胶质细胞的蓬勃发展。之后，在发育的特定关键时期，这些⼩胶质细胞就像园艺⼯⼈⼀样，修剪神经元上疯狂分⽀的“⼿臂”。如果没有⼩胶质细胞修剪这些分枝，鱼⼤脑中的社会神经元就会变得纠缠不清、过度⽣⻓，就像⽆⼈打理的灌⽊丛那样。
肠道微⽣物如何向发育中的⼤脑发送信号以产⽣这些影响尚不清楚。细菌能释放⼤量各种各样的化学物质，⽽理论上任何⾜够⼩的化合物都可以穿过⾎脑屏障。不过，也可能是免疫细胞在肠道和⼤脑之间游⾛的同时携带了信号分⼦，又或是某些信号沿着迷⾛神经由肠道向⼤脑传播。
同样的机制也可能在包括⼈类在内的其他脊椎动物中发挥作⽤。社群是动物世界中⼀种共同的⽣存策略。“这是⼀种在演化过程中被保留下来的⾏为，”美国加州理⼯学院的⽣物学家利维娅·赫克·莫赖斯这样说道。
今年11⽉发表在《微⽣物学前沿》上的⼀篇⽂章中，研究⼈员采集了波多黎各海岸附近圣地亚哥岛上⼀个恒河猴群体的粪便样本，并⽤互相梳⽑的时长和伙伴个数作为社交能⼒的评估指标。研究发现⼀些对宿主免疫有益的细菌（如粪杆菌属、普⽒菌属）在社交能⼒更强的恒河猴粪便中更多，⽽典型的致病菌属——链球菌在不善交际的恒河猴粪便中更为丰富。同时，⼀些在⼈类孤独症患者中减少的肠道细菌属在不善交际的猕猴中也更少。
不过，究竟是社交能⼒影响了猕猴的肠道微⽣物群，还是肠道微⽣物群反过来影响了社交能⼒，又或是⼆者相互影响，在这篇⽂章中并未阐明。但沃什伯恩和艾森之前在⼩⿏⾝上发现的与斑马鱼中⼏乎同样的社交神经元，或许意味着斑马鱼肠道菌群对社交能⼒的影响也可能以同样⽅式发⽣在哺乳动物中。沃什伯恩说，“如果你能在鱼和⼩⿏中找到相同类型的细胞，那么你也很可能会在⼈⾝上找到同样的细胞类型。”
然⽽，莫赖斯警告说，⽆论是斑马鱼或是⼩⿏，都⽆法完美地类⽐到⼈类身上。她说，鱼和⼩⿏的神经通路有点⼉不同，并且这些物种都有各⾃不同的肠道微⽣物群，可能会释放不同的化学信号。
尽管如此，该原则可能⼴泛适⽤于不同的⽣物群体。艾森说，不同微⽣物产⽣的化学物质仍有可能影响斑马鱼、⼩⿏、⼈或其他动物⼤脑中的⼩胶质细胞数量。不过她也同意，将不同物种直接混为⼀谈是件很危险的事，模式⽣物“和⼈并不完全相同”。
未来，艾森、沃什伯恩和他们的研究团队希望能查明斑马鱼的肠道微⽣物究竟是怎样向⼤脑传递信号的。他们还想确定神经发育的敏感期有多长，以了解早期对肠道的⼲预是否能使⼤脑发育重回正轨。最终，他们希望这项研究能够使⼈们更深⼊地了解神经发育障碍是如何在⼈群中产⽣的，尽管这也许会很困难。
“问题在于这个猜想必须在⼈体中测试，”马⼽利斯说，“但这实⾏起来颇具挑战性。”设计⼀项对⼈类婴⼉进⾏肠道⼲预的临床试验会很困难，因为孤独症谱系障碍等疾病通常要到患⼉7岁或更⼤年龄才被诊断出来，这很可能是在⼲预幼⼉并产⽣相应影响的关键窗⼜期关闭很久之后。
不过，⼀项于2017年在18名7⾄16岁的孤独症谱系障碍患⼉中进⾏的临床试验表明，经过持续10周的微⽣物群转移疗法，通过⼜服或直肠给予⼀定剂量的标准化⼈类肠道微⽣物群，这些患⼉的孤独症谱系障碍相关⾏为有了显著改善，并且在结束治疗的8周内未出现病情逆转。这或许提⽰这⼀⼲预的窗⼜期⽐⼈们预想的要长。
这项临床试验使⽤的标准化⼈类肠道微⽣物群由健康个体的粪便作为起始材料进⾏制备，但哪怕是同⼀物种，不同个体的微⽣物群也会有显著差别。两个在各⽅⾯看上去都完全⼀样的⼈，其肠道微⽣物群⽅⾯的差异也可能在70%以上。仅观察个体的微⽣物群也并不⾜以作为诊断神经发育障碍的依据，马⼽利斯说，“并不存在⼀个微⽣物群是孤独症微⽣物群。”
对沃什伯恩来说，如果⼈类确实存在这样⼀个对肠道微⽣物敏感的发育时期，那么对其进⾏⼲预也⼏乎是不可能的，他说，“我并不认为我们离所谓的灵丹妙药更近了⼀步。”不过，哪怕只是能以某种微⼩的⽅式描述肠道对⼤脑影响，也有助于解开这极其复杂的⼈类之谜。他说，就⽬前⽽⾔，这已经⾜够了。