脑机接口技术正快速走向临床，但其长期稳定性仍面临挑战。已有研究指出，微电极植入后引发的神经炎症反应可能由血脑屏障受损引起，而肠道菌群是否会通过这一通路“入侵”大脑，尚未有明确证据。近日，美国凯斯西储大学团队在《Nature Communications》上发表题为“Bacteria invade the brain following intracortical microelectrode implantation,inducing gut-brain axis disruption and contributing to reduced microelectrode performance”的研究，首次利用16S扩增子测序结合空间蛋白组和电极性能评估，发现肠道细菌DNA可在植入后短期内进入脑组织，诱导炎症反应并影响电极记录信号。这一发现为理解脑机接口的失效机制提供了新的“微生物–炎症”通路视角。

研究结果

1、微电极植入导致细菌DNA入侵脑组织，且群落结构随时间动态变化16S扩增子测序显示，未植入脑组织中几乎无细菌序列（16S/污染序列比值极低），而4周后脑组织中该比值显著升高，提示细菌DNA明显增多。12周时该比值下降，说明细菌入侵具有阶段性（见Fig.1C）。同时，植入组中可检测到189个新的菌属特征，其中101个也在粪便样本中出现，提示部分细菌来源于肠道（见Fig.1D,1E）。

2、抗生素处理可降低植入相关菌群特征丰度并影响多样性抗生素处理后脑组织中植入相关细菌显著减少，尤其是来自肠道的序列在第4周降低27.8%。Shannon多样性指数与ASV数量在植入早期显著高于对照组，抗生素可有效降低其多样性（见Fig.2B,2C）。PCoA分析中，抗生素组的脑组织样本与背景组重叠更大，表明抗生素在一定程度上抑制了植入后细菌群落的独特性（见Fig.2E）。

3、抗生素短期提升微电极性能，长期效果反转电生理记录显示，抗生素组在急性期（0–5周）电极活性位点比例（AEY）显著高于对照组（80%vs 67%，见Fig.3A–B），Vpp和spike rate指标也显著提高（Fig.3C–E）。但在慢性期（第12周），抗生素组AEY下降至42%，低于对照组（56%），提示长期使用或影响脑组织状态。

4、抗生素减少炎症相关蛋白表达，缓解早期神经炎症反应空间蛋白组显示，抗生素组在植入第4周脑组织中有28个蛋白显著下调，涉及微胶质细胞（如CD40、CD68）、自噬（ATG5、ULK1）及神经健康标志物（MAP2、NeuN）（见Fig.4）。12周时炎症相关蛋白表达差异大幅减少，仅CD163在抗生素组中上调，提示免疫表型由促炎M1向抗炎M2转变。

研究结论

本研究首次通过16S扩增子测序证实，在小鼠脑内植入微电极可导致大量非背景细菌DNA进入脑组织，其中部分来源于肠道。植入相关菌群组成随时间演变，植入初期呈现高丰度多样性，长期则趋于恢复。抗生素处理显著削弱了这种植入诱导的菌群特征，短期内有效缓解神经炎症反应并提高电极记录信号质量，但长期则可能诱发神经系统功能下降。空间蛋白组与转录组结果揭示了抗生素通过调控炎症信号通路、微胶质细胞活化与神经保护标志物表达，影响微电极与脑组织界面的整合状态。本研究首次从微生物–肠–脑轴视角揭示脑机接口性能下降的潜在机制，为提升植入设备长期可靠性提供了全新研究方向。