本篇刊登在自然期刊來自牛津大學的作者對於微生物與宿主間的關係，提出了一系列總攬以及假說來解釋在演化上的宿主與共生者的互利、片利、同進化等相關行為來解釋之間的關係 [1]。
一般對於微生物操縱宿主行為的概念來自於一寄生蟲，透過寄生方式釋放一些干擾素影響宿主神經傳遞的訊號，神經系統進而影響行為最終來提升自身的適應程度。舉例來說，偏側蛇蟲草菌（Ophiocordyceps unilateralis）透過感染昆蟲如螞蟻，在孢子形成前先引導宿主（如: 螞蟻）到特定高度並把自己的下顎骨固定到葉脈並停留在那邊直到死亡。
由於其透過次級代謝，產生一種抗菌劑活化物質用來避免宿主在真菌生長期間的發病。雖然該菌能影響螞蟻的行為，但反之它也依賴宿主到達特定高度來幫助生長。透過了解他們之間的關係，也幫助科學家發現這種真菌具有許多天然化學物質，並應用在研發人類免疫調節，抗感染等方面。雖然目前已有許多證據顯示這些寄生行微生物能影響宿主行為，但對於是否透過影響宿主而使這些寄生者得到長期性的益處仍是有待確認 [2]。
再者，不只是微生物具對於宿主具有行為上的改變。在恆溫動物上，致死率超高的狂犬病病毒也能透過影響中樞神經的發炎機制，以及增加宿主的侵略（如咬傷）使病毒增加其傳播能力也被認為是一種改變宿主行為，進而最終達到目的（生長和傳播）的手段。
大腦與腸道之間的複雜性從環境，飲食、性別、基因都具有影響 [3]。他們之間的傳遞涉及迷走神經，免疫系統、 內分泌系統、以及微生物、其重要性不言而喻。目前一些腸道菌叢如乳桿菌屬（lactobacillus）與雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）已被顯示對於小鼠以及人類的社交行為，有改善低落焦慮等相關情緒，這樣行為上的轉變也可以被解釋成為了為了增加自身的傳播能力，透過提升宿主的社交能力操縱行為上的轉變最終達到目的。再者，當移植自閉症患者的糞便移植到小鼠上，發現小鼠也出現自閉相關症狀，種種結果都顯示微生物對於宿主行為的轉變和影響。
對此作者對於這些共生者如何操控宿主行為提出了四種操控的觀點:
1.全面性操控: 如果宿主體內只具有單一特定細菌，其具有能產生特定酵素分解產生特定化合物來影響宿主或是影響宿主專門的攝取特定養分來提供給自己，那麼就不難預想該菌對宿主行為的影響。但若這些共生者需要與其他共生者分享或是競爭資源的話，其複雜程度就會變得非常高。
2.局部性操控: 一些腸道細菌能透過其代謝物如短鏈脂肪酸和膽汁酸影響腸道蠕動和血清素在宿主中的合成。腸道蠕動又可以反向來影響特定菌種的競爭能力。再者透過局部操控,這些共生者也對宿主的免疫反應減少發炎反應有所影響，雖然還不清楚是否是共生者的操控還是在演化上宿主產生的能力，但免疫與神經系統的關聯仍是顯而易見，因此在腦腸軸研究常常與免疫反應有關。
3.微生物代謝所生的副產物: 腸道細菌也可透過分解膳食纖維產生:短鏈脂肪酸如:乙酸（acetate）則能穿越血腦屏障進入大腦當中，丙酸（propionate）與調節體內葡萄糖的恆定有關，以及丁酸（butyrate）具有維持血腦屏障完整性且為結腸細胞的主要能量來源。此外，這些代謝物能影響宿主內血清素（serotonin）的合成。宿主體內的血清素大多在腸道中合成對於腸道蠕動，與宿主免疫反應多種生理行為有關進而調節宿主體內的平衡。在小鼠體內中的乳桿菌屬（lactobacillus）與雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）能夠產生GABA（一種對於哺乳類重要的中樞神經抑制性神經傳遞物質）以調節小鼠內臟疼痛反應，且對腸道細菌（Evtepia gabavorous）而言，GABA更是不可缺少的生長因子。
4.進化依賴性: 在不斷的演化下，宿主可能會進化出特定行為來對應其體內的微生物。當缺少該微生物時，宿主便產生了不適應等生理反應。即便該共生體對宿主可能不是有益的，但宿主為了適應該共生體的特殊行為。如黃蜂（Asobara tabida）透過利用Wolbachia （一種常見寄生於昆蟲的細菌）使其卵母細胞能夠正常發育。
從上述所言，微生物對於人類的影響甚鉅。在2012年美國也發布人類微生物組計畫Human Microbiome Project，在今年五月底也更新此計畫的第二階段-整合型人類微生物組計畫（Integrative Human Microbiome Project, iHMP），The Investigator也對此有所報導，詳情請看 NEWs。
隨著微生物逐漸被世人所重視，透過理解這些共生者與人類或是其他宿主的關係，或許能幫助我們對於生理及疾病上有更多的認識及有效的治療，我們也期待看到大腦與腸道微生物間各種新奇的證據顯示他們之間的交互關係。
微生物對宿主影響的潛在途徑: 藍色顯示在演化下微生物群的影響
腦腸軸間的交互關係是微生物為了適應環境在演化下透過影響腸道環境（局部性操控）和宿主行為（全面性），微生物所產生的代謝物進而影響宿主雖然產生的代謝物並非為了去操控宿主的直接理由。紫框顯示宿主可能在演化下，透過共生的微生物群來發揮特定功能幫助自己對於免疫以及養分的吸收利，而凸顯出若缺少某一特定菌種造成宿主生理的不適應反映。圖片來源：Johnson, K. V. A., & Foster, K. R. (2018). Why does the microbiome affect behaviour?. Nature Reviews Microbiology, 16(10), 647-655.
參考文獻：
[1] Johnson, K. V. A., & Foster, K. R. (2018). Why does the microbiome affect behaviour?. Nature Reviews Microbiology, 16(10), 647-655.
[2] Poulin, R. (1995). “Adaptive” changes in the behaviour of parasitized animals: a critical review. International journal for parasitology, 25(12), 1371-1383.
[3] Sherwin, E., Bordenstein, S. R., Quinn, J. L., Dinan, T. G., & Cryan, J. F. (2019). Microbiota and the social brain. Science, 366(6465).
撰文｜高唯真
審稿｜戴安順
