功能性脑连接：连接肠道菌群与婴儿认知心理发展的“桥梁”

重要提示：

母亲和婴儿在生命初期1000天内的最佳营养是其终生健康的基础。

我们坚信母乳喂养是婴儿最好的喂养方式。母乳为婴儿提供了理想、均衡的饮食并可以保护宝宝防止疾病。

孕期和产后的健康饮食有助于建立孕期健康所需的营养储备，准备并维持母乳喂养。

要改变不母乳喂养的决定是很困难的，而且会带来社会和经济上的影响。不必要的增加部分奶瓶喂养或添加其它食品和饮料，会对母乳喂养带来不良影响。

如果母亲选择不母乳喂养，重要的是传达上述信息并提供正确的冲调方法指导，强调未经煮沸的水、未经消毒的奶瓶或不恰当的浓度，会导致婴儿生病。

赵艾

助理教授

赵艾，博士，助理教授，博士生导师。主要专业领域为人群营养及营养流行病学。

人类肠道中定植着数以亿计的微生物，它们在婴儿早期成长及大脑功能的发展过程中起到了关键作用。肠道菌群可通过免疫通路，内分泌通路和神经通路与大脑“连接”形成脑肠轴，实现与大脑的“对话”（图1）¹。

图1：脑肠轴示意图

已有证据表明，肠道菌群的组成和多样性可以影响心理健康和认知发展。但是，我们对其背后的作用机制，特别是大脑功能性连接在其中发挥的作用依然知之甚少。

功能性脑连接可以理解为不同大脑区域会互相协作以完成某种特定的功能。比如说话这个行为就需要语言区域和运动区域的相互协作才能够完成。研究证明，功能性脑连接与视觉，听觉，气质，行为等多个感知和认知功能相关²。

最新研究发现，肠道菌群可通过功能性脑连接间接影响婴儿的气质特征和认知表现。这为研究肠道菌群影响脑功能的机制开辟了新的方向。

肠道菌群与脑连接及婴儿行为气质

婴儿从一出生就开始表现出其独特的气质特征，气质是影响婴幼儿社交情感发展（如：情绪反应、自我调节和注意力等）的重要因素。最新发表在《Brain Behavior and immunity》杂志上的一项研究揭示了肠道菌群、功能性脑连接和婴儿行为气质三者之间的关联³，提示肠道菌群多样性会影响功能性脑连接，而后者会影响婴儿行为气质。

肠道菌群多样性是反映肠道菌群状态的重要指标，根据其维度可以分为α多样性，β多样性和γ多样性。其中α多样性是衡量生物体内菌群多样性的指标，我们可以理解为反映了单一个体的肠道内细菌种类的丰富程度。研究发现，婴儿肠道菌群的α多样性与脑半球同源网络（左右侧大脑半球脑白质连接，其与情感整合相关）连接强度呈正相关性。而脑半球网络连接增强与婴儿消极情绪（如恐惧、悲伤）相关。即肠道菌群的α多样性越高，则婴儿的消极情绪更易出现。

图2：肠道菌群，功能性脑连接与行为气质的相关性

研究推测以上结果的原因，可能是由于个体肠道内菌群多样性上升伴随着有害菌的增加，这些有害菌具有较高的毒力因子（构成细菌毒力的物质）。这项研究也观察到样本中检测到的毒力因子相关基因编码水平的增高与脑连接强度和消极情绪均存在呈正相关。但由于该研究是横断面研究，所以无法确定菌群α多样性与脑连接关联的因果关系，后续研究仍然需要进一步探索。

肠道菌群与脑连接及婴幼儿认知

一项研究对39名1周岁婴儿的脑部杏仁核相关功能连接与肠道菌群组成进行相关性分析。该研究在婴儿2周岁时使用《穆林发展量表》对其认知能力进行测试，并将其与1周岁时的脑功能连接结果进行关联⁴。研究发现，肠道菌群的α多样性与大脑辅助运动区（与感觉运动协调有关）-顶下小叶功能性连接呈正相关（图3a; r = 0.41, P = 0.009）。而该功能性连接强度与认知水平呈负相关（图3b; r = −0.42, P = 0.049）。即1周岁时婴儿肠道菌群的α多样性越高，则其2周岁时的认知表现可能越差。

图3：肠道菌群α-多样性与功能性脑连接强度的相关性

在2018年另一项研究中， Carlson等发现了相似的现象：1周岁时肠道菌群α多样性最低组，其2岁时的认知成绩表现最好⁵。考虑到剖宫产及过早停止母乳喂养等因素可导致肠道菌群的过早“成人化”，在生命早期，α多样性较低可能是与婴儿期的发育特点相适应的。由此我们可以得知，个体内肠道菌群的多样性高并不一定是有利的，而适宜的菌群组合可能会更有利于婴儿的认知发展。后续更多关注功能性脑连接的研究将有助于进一步了解婴儿认知功能的发展，同时也需要明确肠道菌群在其中发挥的特定作用。

BCP-Enriched研究

有望揭示更多“脑肠联系”

为了进一步探索婴幼儿脑发育相关的影响因素，美国北卡罗莱纳大学教堂山分校于2017年启动了BCP-Enriched研究⁶。该研究是在美国国立卫生研究院（NIH）主导的Baby Connectome Project（BCP）基础上扩展的“脑与营养及其生物学机制”研究项目，旨在评价在0-3岁这一大脑发育的关键期，膳食营养、喂养状况、肠道菌群、大脑结构及功能发育、认知功能及行为（包括睡眠质量）之间的潜在关系及作用机制。目前研究已在婴儿早期大脑神经灵活性、母乳低聚糖与认知发育等方面取得初步成果。其中母乳低聚糖被发现可能通过改善肠道菌群，通过脑肠轴影响髓鞘发育和认知发展，为肠道菌群与大脑发育的关联提供了新证据。该研究将通过引入脑影像技术，深入探索肠道菌群与脑连接的关联，最终寻找到助力大脑功能发展的关键途径。

总 结

生命早期是婴儿肠道菌群建立和大脑发育的关键窗口期。研究表明，肠道菌群的组成和多样性能直接影响大脑功能性连接，并可能间接影响婴儿行为气质和认知发展。这是对肠道菌群与大脑发展相关性证据的重要补充。目前相关研究尚在起步阶段，期待未来有更多的研究来进一步验证肠道菌群、功能性脑连接和大脑功能的关系，并探索其背后的作用机制。

参考文献

1. Ihekweazu FD, Versalovic J. Development of the Pediatric Gut Microbiome: Impact on Health and Disease. Am J Med Sci. 2018;356(5):413-23.

2. Gao W, Lin W, Grewen K, Gilmore JH. Functional Connectivity of the Infant Human Brain: Plastic and Modifiable. Neuroscientist. 2017;23(2):169-84.

3. Kelsey CM, Prescott S, McCulloch JA, Trinchieri G, Valladares TL, Dreisbach C, et al. Gut microbiota composition is associated with newborn functional brain connectivity and behavioral temperament. Brain Behav Immun. 2021;91:472-86.

4. Gao W, Salzwedel AP, Carlson AL, Xia K, Azcarate-Peril MA, Styner MA, et al. Gut microbiome and brain functional connectivity in infants-a preliminary study focusing on the amygdala. Psychopharmacology (Berl). 2019;236(5):1641-51.

5. Carlson AL, Xia K, Azcarate-Peril MA, Goldman BD, Ahn M, Styner MA, et al. Infant Gut Microbiome Associated With Cognitive Development. Biol Psychiatry. 2018;83(2):148-59.

6. https://www.med.unc.edu/neurology/unc-launches-new-study-to-uncover-nutritional-impacts-on-early-brain-development/

仅供医务人员使用

P13612-COR-2103-2209