与其他灵长类动物相比，人类在体型相近的情况下拥有相对更大的大脑，这一特征被认为伴随极高的能量消耗，尤其是对葡萄糖的需求。一项新研究提出，人类大脑的这一高能量需求，可能部分由肠道微生物群的变化所支持。

研究团队在最新发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的论文中报告，通过动物实验，他们发现不同灵长类动物的肠道微生物能够以不同方式影响宿主大脑的代谢和基因表达模式，并与灵长类动物间的大脑体积差异相对应。

三种灵长类肠道微生物移植至无菌小鼠

研究由西北大学研究人员等开展。作者之一 Alex R. DeCasien 等人首次提供了实验证据，显示肠道微生物组在塑造不同灵长类动物大脑功能差异方面可能发挥直接作用。

在一项受控实验中，研究人员选取了三种脑容量不同的灵长类动物：两种脑容量较大的灵长类——人类和松鼠猴，以及一种脑容量较小的灵长类——猕猴。团队将这三种灵长类动物来源的肠道微生物分别接种到无微生物（无菌）小鼠体内，以构建不同来源的肠道微生物组。

在改变宿主微生物组约八周后，研究人员对小鼠大脑进行分析，比较不同微生物来源对大脑功能的影响。

大脑基因表达与能量代谢出现差异

研究显示，接种人类和猕猴肠道微生物的小鼠，其大脑基因表达差异与人类和猕猴真实大脑中观察到的模式相呼应。具体而言，携带来自脑容量较大灵长类动物（如人类和松鼠猴）微生物的小鼠，其大脑中与能量产生和突触可塑性（被认为是大脑学习的物理基础）相关的基因表达水平升高。

相对地，携带来自脑容量较小灵长类动物（猕猴）微生物的小鼠，在上述过程相关基因上的表达水平较低。

论文资深作者、西北大学研究员 Katie Amato 表示，研究团队能够将小鼠大脑的数据与真实的人类和猕猴大脑数据进行对比，结果显示，小鼠脑内基因表达的多种模式与相应灵长类动物大脑中观察到的模式相似。她称，从某种意义上看，小鼠的大脑在基因表达层面“表现得更像”其所接种微生物来源的灵长类动物的大脑。

研究还发现，在接种脑容量较大灵长类动物微生物的小鼠中，人类肠道微生物能够刺激小鼠大脑中葡萄糖的生成和利用。作者据此提出，物种间肠道微生物群的差异可以影响大脑代谢，并可能在满足灵长类动物较大脑容量所需的能量需求方面发挥作用。

与神经精神疾病相关的基因表达模式

除与能量代谢和突触可塑性相关的变化外，研究人员还在携带脑容量较小灵长类动物微生物的小鼠中观察到一类引人关注的基因表达模式。这一模式与多动症、精神分裂症、双相情感障碍和自闭症等疾病相关的基因表达特征相吻合。

此前已有研究提示，自闭症等疾病与肠道微生物组组成之间存在相关性，但关于肠道微生物是否在这些疾病的发生中具有直接因果作用，数据仍然有限。

Amato 表示，这项研究为微生物可能在这些疾病中发挥因果性作用提供了更多证据，尤其是肠道微生物组在发育过程中对大脑功能塑造的潜在影响。她指出，基于本研究结果，可以推测，如果人类大脑在早期发育阶段暴露于“错误”的微生物，其大脑发育轨迹可能发生改变，并出现上述疾病的相关症状；相反，若未在关键时期接触到“合适”的人类微生物，大脑功能也可能因此不同，从而与这些疾病的症状相关联。

建立在既有研究基础之上

本次研究建立在此前工作的基础之上。早期研究曾显示，当来自脑容量较大灵长类动物的肠道微生物被引入小鼠体内时，宿主微生物组可产生更多代谢能量，而大脑发育和功能对能量的需求极高。

在此基础上，新研究进一步将关注点直接放在大脑本身，检验来自不同脑容量灵长类动物的微生物是否会改变宿主小鼠大脑的功能和基因表达模式。

相关成果以“灵长类动物肠道微生物诱导小鼠神经发育中具有进化意义的变化”为题发表。论文信息为：Alex R. DeCasien 等人，2026 年，刊登于《美国国家科学院院刊》（PNAS）第 123 卷第 2 期，文章编号 e2426232122，doi: 10.1073/pnas.2426232122。