研究團隊透過模擬寄生蜂是果蠅幼蟲天敵的生存威脅,發現當母果蠅只要看到寄生蜂時,就會產生「痛苦記憶」,接下來數天大幅減少產卵,並尋找更安全的環境保護下一代。這種「因恐懼而停止產卵」的行為,正是果蠅的長期趨避記憶。
當研究人員利用抗生素或無菌培養方式,清除果蠅腸道中的共生菌後,果蠅雖然在當下仍會因寄生蜂出現而短暫受到驚嚇,但隔天就恢復正常產卵,無法維持長期記憶。王培育指出,這代表腸道菌對於宿主形成特定記憶具必要性。
為了找出是哪些腸道菌在其中扮演關鍵角色? 研究團隊進一步移植菌群,證實當無菌果蠅補充益生菌後,記憶力得以恢復,特別是植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum, LP菌),能讓果蠅的記憶重啟,若再搭配果實醋酸桿菌(Acetobacter pomorum, AP菌),效果更顯著且持久。研究結果顯示,不同菌株之間的協同作用,能為大腦記憶功能帶來一加一大於二的效果。
研究團隊發現,腸道菌其實會透過「養分」來和大腦對話。當果蠅失去腸道菌後,體液中的胺基酸濃度大幅下降,而胺基酸是大腦維持運作與記憶的關鍵養分。范守仁形容,腸道菌像是持續將食物轉換成大腦所需原料的工廠,一旦工廠停工,大腦因缺乏養分就難以維持記憶功能。
為了驗證這一點,研究團隊在「沒有腸道菌的果蠅」飼料中直接添加支鏈胺基酸(BCAAs),結果成功讓果蠅恢復記憶力。這也代表,胺基酸是腸道菌和大腦之間的關鍵信使。
這項研究繪製出「腸道菌–胺基酸–TOR訊息通路–記憶」鏈結,TOR路徑是細胞內負責感應營養與能量、像「總開關」一樣控制細胞生長與修復的關鍵訊號通道,一旦出現異常,就可能影響大腦與記憶功能。
范守仁指出,阿茲海默症、憂鬱症等疾病皆與腸道菌失衡及TOR路徑異常有關。這次研究顯示,未來或許能透過調整腸道菌組成或補充特定營養素,作為延緩或改善認知衰退的輔助策略。