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腸道是人體接觸環境物質的主要管道之一，我們日常吃入的食物成分可被腸道中的微生物叢（microbiota）進行化學轉換，形成腸道衍生的代謝物，而這些代謝物又可能散播至身體的其他器官，例如大腦，進而影響其功能。由加州理工學院（California Institute of Technology）生物與生物工程系教授馬茲馬尼安（Sarkis K. Mazmanian）領導的團隊發現，飲食中的酪胺酸（tyrosine），可經由腸道菌叢合成4－苯酚硫酸鹽（4-ethylphenyl sulfate, 4EPS）。而4EPS這種代謝物與動物的焦慮行為有關，該研究成果於今（2022）年發表於《自然》（Nature）期刊。

研究團隊表示，腸道菌叢可能帶有特定基因，可將飲食攝取的酪胺酸轉換為4EPS，而後4EPS再被吸收進入血液循環，並流至其他器官。在動物模式中，被餵食富含酪胺酸飲食（如高酪胺酸的魚類或以植物性蛋白為基礎的飲食）的小鼠，其尿液中含有較高濃度的4EPS。且研究團隊於2020年發表的研究也發現，在自閉症類群障礙（autism spectrum disorder, ASD）的患者中，可觀察到其血漿中的4EPS濃度較正常人的4EPS濃度高，而今年發表的研究則進一步利用動物模式，探討4EPS與腦部活性與情緒行為的關係。

該篇研究將老鼠分成兩組，一組植入了經過基因工程改造、能產生4EPS的細菌，另一組則植入了不會產生4EPS的相同細菌。由功能性超聲波造影（functional ultrasound imaging）及神經核葡萄糖代謝率的實驗結果指出，具有4EPS的老鼠，其大腦中一些掌管情緒或記憶相關的神經核區，如海馬迴、杏仁核、下視丘、內側前額葉皮質等，有活性較高的現象，表示4EPS的表現增高，可能與腦區異常的功能性連結以及活性的改變有關。

研究團隊也透過動物行為實驗，探討4EPS與焦慮情緒的關係。藉由老鼠探索或隱藏在新空間的意願，以及牠們在危險環境中花費的時間，研究者可以衡量老鼠的焦慮程度。例如正常老鼠會傾向探索新的空間，四處嗅探，但焦慮的老鼠會傾向躲起來，並花較少的時間探索新空間。實驗結果指出，表現4EPS的老鼠，其焦慮程度比不表現4EPS的老鼠高。

研究團隊進一步利用mRNA定序，分析4EPS影響的分子層面。結果指出，表現4EPS的老鼠，其新形成以及成熟的寡突膠細胞（oligodendrocyte，為中樞神經系統中形成髓鞘的細胞）表現量較低，由顯微鏡也可觀察到其神經細胞的髓鞘化程度較低；但若給予老鼠促進髓鞘成熟的藥物，則可減輕4EPS老鼠的焦慮行為。

該篇研究成果顯示，腸源性代謝物透過影響大腦中的寡突膠細胞功能和神經細胞的髓鞘化，造成了焦慮行為。研究團隊表示，他們下一步將探討 4EPS 影響寡突膠細胞的機制，並希望透過系列式研究，釐清腸道菌叢變化與人類複雜情緒行為相關的分子機制。

新聞來源
1. Brittany D et al., A gut-derived metabolite alters brain activity and anxiety behaviour in mice. Nature, 2022.
2. 2A microbial compound in the gut leads to anxious behaviors in mice,ScienceDaily, 2022/2/14.