美国阿拉巴马大学（University of Alabama）的罗莎琳达 罗伯茨（Rosalinda Roberts）已经习惯了在大脑中看到奇怪的形状。在电子显微镜下观察脑组织超过三十年，她经常会在图像中发现一些 “未知物体”——那些亮斑和斑点原本不该出现在那里，并且似乎与她正在研究的突触和结构没有关系。她解释说：“过去我只会说，‘好吧，不管它’。”现在，这一切都改变了。

       在大脑中发现细菌通常是非常坏的消息。大脑受到血脑屏障的保护，免受人体细菌的侵扰，被认为是一个无菌器官。一旦边界被打破，就会导致脑炎和脑膜炎等疾病。当罗伯茨、夏琳 法默（Charlene Farmer）和考特尼 沃克（Courtney Walker）意识到切片上的不明物体是细菌时，这一切变得更加令人惊讶。

       许多细菌正要进入神经元或深入轴突，就被抓了个正着。还有一些细菌正在分裂。但它们也很挑剔，尤其偏爱大脑的某些区域。周围的脑组织并没有出现炎症迹象。如果这些细菌在人活着的时候就存在于大脑中，那么它们就不会致病。

       科学家目前还没有完全排除污染的可能，但一旦这项工作得到证实，它将为研究微生物菌群和疾病开辟新的途径。在 11 月举行的神经科学学会年会（Society for Neuroscience）年会上，研究小组展示了他们的研究结果。Nautilus 于 11 月采访了罗伯茨。

       “现场”实拍：人脑中的轴突旁边的细菌（红色箭头）。最左边的细菌似乎正在钻进一个轴突体。图片来源：罗莎琳达 罗伯茨

您认为您的照片为什么会引起这么大的轰动呢？

       如果真的有细菌在一个人活着的时候从肠道进入大脑，那么这是一个真正的颠覆性发现，因为相比于其他器官，大脑被认为是无菌的。在非创伤性、非感染性样本中发现细菌真的是完全出乎意料的。

这项研究是如何开始的？

       我的整个职业生涯几乎都在研究**分裂症。我研究的主要手段就是分析**分裂症患者死后的大脑标本，从中寻找可能存在的突触的差异和病理变化。我看到这些未知的物体已经很多年了，但是我无视了它们。后来，我有一个本科生考特尼 沃克（Courtney Walker），她是阿拉巴马大学荣誉项目的一员。她正在研究黑质（substantia nigra），大脑中的一个含有多巴胺神经元的区域。她不断地看到这些物体（我们管它们叫“那些东西”），并一直追问这个问题。于是它开始成为实验室的谜团。

您是怎么知道神秘物体就是细菌的呢？

       根据形态学标准，我开始怀疑它们是细菌。我向一个细菌学家展示了照片，他说：“这就是细菌。”然后我们继续进行核糖体分析，发现它们是肠道细菌。这是非常有趣的，因为最近人们对肠道-大脑的研究特别感兴趣。

我们对肠道-大脑的行为了解多少？

       你可以用微生物菌群操控行为和认知，甚至是结构。如果你取一些没有微生物菌群的无菌小鼠，并用常规老鼠的粪便进行粪便移植来定殖，那它们的许多行为症状会将都会得到改善。如果你把幽门螺杆菌植入小鼠体内，它们会产生新的认知和行为问题。不同疾病人群的粪便菌群（即从粪便中获得的肠道菌群）是不同的。帕金森病患者与健康人的微生物群不同。

 存在哪些已经提出的机制，能够描述微生物菌群如何影响大脑？

       你知道，我从没见过这样的机制。无论有什么猜测，都和信息到达大脑的途径有关。一种推测是它通过支配胃的神经向上传播。其中一条叫做迷走神经。有一项研究，科学家切断了迷走神经，然后他们就无法通过改变微生物菌群来操纵大脑行为了。这项研究表明细菌对大脑的影响都是通过迷走神经来完成的，但是他们从来没有说过具体是什么。

如果细菌确实从肠道来到了大脑，那它们是如何到达那里的呢？

       我不是微生物学家，所以请谨慎对待我的推测。如果细菌沿迷走神经进入大脑，那它就必须钻入髓鞘，并通过内部运输到达背核，然后离开，进入大脑的其他地方。细菌也可能通过血脑屏障进入大脑。大脑中有些地方并没有那么严密。其中一个区域被称为化学敏感触发区（chemo-sensitive trigger zone），它位于脑干，是血脑屏障漏洞最多的地方，这是因为大脑需要知道你是否吃了有毒的东西，如果有的话就会引起呕吐。由于类似的原因，脑垂体周围的血脑屏障也不是很严密。我想更仔细地观察血脑屏障有漏洞的地方，看看那里是否存在着更多的细菌。

您看到的细菌是否更偏爱大脑的某些部位？

       我们发现它们喜欢待在血脑屏障周围的星形胶质细胞内。它们也喜欢呆在轴突里，那是大脑中连接不同区域、负责传导信息的突出结构。轴突被髓鞘覆盖，那是一种脂肪沉积物。此外，在小鼠身上，细菌喜欢进入神经元的细胞核，但在人类身上就没有这种现象。目前我们还很不清楚这意味着什么。为什么它们更喜欢入侵某些类型的细胞呢？我知道有些细菌喜欢脂肪，而有些细菌喜欢糖；髓磷脂是脂肪，而星形胶质细胞中有糖。细菌的分布也表明我们的观察结果并不完全是由于污染，否则我们就会在任何地方看到细菌，而不仅仅是在特定的区域。

       含有细菌的人脑切片，细菌位于血管的左侧。这项发现令人好奇，它可能是“大脑菌群”存在的初步证据。图片来源：ROSALINDA ROBERTS, COURTNEY WALKER, AND CHARLENE FARMER

 这有可能仅仅是死后进入大脑的细菌吗？

       这确实是我最初的想法：可能是细菌入侵并开始吞噬大脑。但是在死亡后立即固定的小鼠脑中，没有任何死后人为现象或细菌侵入的时间，也发现了这些细菌。所以它不是死后腐烂的产物。此外，在处理过程中，大脑要么被放入固定剂中，要么被冷冻。我不知道如何解释细菌在处理后是如何进入大脑的。当大脑被泡在对它们极其有害的抗菌溶液里，它们怎么进得去？

你能排除其他形式的污染吗？

       目前我还不能排除污染的可能性。但即使是污染，细菌的分布也非常有特点。它们并非到处都是，而是聚集在某些细胞间隙，这本身就很有趣。我们必须通过非常系统的研究排除污染，所有的东西都经过灭菌和高压消毒，然后对无菌小鼠、常规小鼠以及人类大脑样本进行处理。

       你观察过的大脑是否有因为细菌而出现任何炎症迹象的呢？

       细菌似乎不会引起炎症反应，这很奇怪，因为我们认为它们会。这说明这些细菌要么是死后或固定后的污染，要么就是它们对大脑没有致病性。

细菌是活的吗？

       我想它们是活的。它们显然看起来很健康。死细菌看起来就像鬼魂，只是细胞的碎片形态。这些细菌看起来不是那样的。如果它们在大脑中是活的，并且在死后的大脑中立即被冻结，那将是最有趣的。我想看看我能否培养我看到的细菌，看看它们是否真的活着，然后做一些实验，试图了解为什么它们喜欢大脑的不同区域。我们进行的 16S rRNA 测序无法了解有多少细菌，或者它们是否活着。

您看到死细菌了吗？

       我没看见死细菌。如果有细菌死去，它们会被巨噬细胞以常规方式吞噬，或者通过溶酶体途径被处理。我看到的这些是结构完整的，其中许多都有横隔壁，这表明它们正在分裂。

您使用的另一个对照是无菌小鼠的大脑。你看到了什么呢

       我们分析了四只无菌小鼠的大脑。其中两个我们用电子显微镜检查，没有发现任何细菌。还有两个我们用 16S rRNA 测序检测，结果显示它们带有细菌。但是测序无法告诉你有多少细菌，它只告诉你在给定样品中不同细菌的比例。因此，有可能在无菌小鼠样品中有 0.0001 g 细菌，而在野生型小鼠样品中有 150 g 细菌，但是微生物组分析不能反映这一点。如果对食物进行 16S rRNA 测序，你也能找到死细菌的片段。我们还需要测量测序中使用的试剂，看看是否有任何试剂引入细菌。

您还想作哪些尝试呢？

       我想到的一个方法是把标记好的细菌移植到无菌小鼠体内，看看它们需要多长时间才能到达大脑。我还想分析尸体标本，看看不同的疾病是否会改变细菌在大脑中的位置或细菌的类型。有趣的是，我没有在大脑中发现任何幽门螺旋杆菌。据说这种细菌会导致认知障碍。

为什么要在海报上展示这项研究呢？

       我需要了解科学界的看法。我想看看能否联系上一些微生物学家，或者其他可能正在研究这个的人，因为这对我来说很难。结果呢，我接到一些科学家的电话说：“嘿，让我们我们交换论文，谈谈这个问题吧。”要发表一篇论文需要很长时间，等到它发表的时候，你已经在做别的事情了。因此，这种形式可以让你展示你的初步工作，和同事们谈谈他们的想法，并讨论你要做什么，而不只是坐在办公室挠头想：“这是什么呢？”

为什么你认为是你的实验室作出了这一项发现呢？

       世界上已经没有那么多电子显微镜专家了。神经科学家现在想知道分子的、细胞内的、机械的、甚至更全面的东西。人体死后电镜检查是非常少见的。实际上，除了我们就只有另一个小组在做这个。这个发现需要让电子显微镜师与脑库结合，或者其他死后间隔非常非常短的标本。而这种组合通常不会出现。

       你领导的阿拉巴马大脑标本项目（Alabama Brain Collection）听起来像是这项研究的重要资产。

       是的，但是我要提醒一下。对于电子显微镜，你需要在死亡后 8 小时内对大脑进行处理。对于一般的标本，处理的时候平均死亡时间接近 24 到 30 小时。所以可能只有 10% 或 15% 的大脑捐献者适合电子显微镜检查。

参考资料：

       https://www.sciencemag.org/news/2018/11/do-gut-bacteria-make-second-home-our-brains

       http://nautil.us/issue/66/clockwork/are-there-bacteria-in-your-brain