肠脑连接是如何工作的

近年来，肠道微生物群的兴起成为生物学研究的一个重要课题。研究表明，我们的大脑影响我们的肠道健康，我们的肠道也能影响我们的大脑健康。越来越多的数据表明，肠道微生物群也与中枢神经系统沟通。这种肠道和大脑之间的通讯系统关系被称为肠脑轴。这种相互作用不仅在胃肠功能中起着重要作用，而且在某些感觉状态和直觉决策中也起着重要作用，这一概念在我们的语言中根深蒂固。最近对这种肠脑串扰的神经生物学研究揭示了一个复杂的双向交流系统，它不仅能确保胃肠道内稳态和消化的正常维持，而且可能对情感、动机和更高的认知功能（包括直觉决策）产生多方面的影响。肠道和大脑这两个器官以多种不同的方式在生理和生化上连接在一起。

1、迷走神经和神经系统

神经元是在我们的大脑和中枢神经系统中的细胞，它们告诉我们的身体如何行为。人类大脑中大约有1000亿个神经元和10倍以上的胶质细胞。有趣的是，我们的肠道中含有5亿个神经元，它们通过神经系统中的神经与我们的大脑相连。

肠道微生物群、肠道和大脑通过微生物群-肠-脑轴进行双向沟通，涉及自主神经系统。迷走神经是副交感神经系统的主要组成部分，由80%的传入纤维和20%的传出纤维组成。迷走神经是连接肠道和大脑的最大的神经之一。它向两个方向发送信号。迷走神经代表着副交感神经系统的主要组成部分，它监督着一系列重要的身体功能，包括控制情绪、免疫反应、消化和心率。它建立了大脑和胃肠道之间的联系，并通过传入纤维将有关内脏器官状态的信息传送给大脑。压力会抑制通过迷走神经传递的信号引起胃肠道问题。而肠道问题，如肠易激综合征或克罗恩病患者的迷走神经张力降低。

爱尔兰科克大学科克学院消化药物中心神经胃肠病学实验室的研究人员在老鼠身上进行的一项有趣的研究发现，给它们喂食益生菌可以减少它们血液中应激激素的含量。然而，当切断老师的迷走神经后，益生菌不起任何作用。这表明迷走神经是暴露于肠道和大脑的细菌之间的主要调节组成性通讯途径。这些发现强调了细菌在肠-脑轴双向交流中的重要作用

2、神经递质

我们的肠道和大脑通过被称为神经递质的化学物质连接起来。大脑中产生的神经递质控制感觉和情绪。例如，神经递质血清素有助于幸福感，也有助于控制我们的生物钟。有趣的是，这些神经递质中的许多也是由我们的肠道细胞和生活在那里的数万亿微生物产生的。很大一部分血清素是在肠道产生的。美国加州理工学院生物与生物工程系和芝加哥大学病理学系和医学系的研究人员报道胃肠道含有大量的人体血清素（5-羟色胺，5-HT），微生物群在调节宿主5-羟色胺中起着关键作用。来自小鼠和人类微生物群的本土孢子形成细菌促进结肠嗜铬细胞的5-HT生物合成，促进结肠嗜铬细胞向粘膜、管腔和循环血小板供应5-羟色胺。重要的是，肠道5-羟色胺的微生物群依赖性效应显著影响宿主生理，调节胃肠运动和血小板功能。肠道微生物向促进结肠嗜铬细胞发出直接代谢信号。此外，提高特定微生物代谢物的管腔浓度可增加无菌小鼠的结肠和血液5-羟色胺。这些发现表明孢子形成细菌是宿主5-羟色胺的重要调节因子，并进一步强调了宿主-微生物群相互作用在调节基本的5-羟色胺相关生物过程中的关键作用。

我们的肠道微生物还会产生一种叫做γ-氨基丁酸（GABA）的神经递质，它有助于控制恐惧和焦虑的感觉。对实验小鼠的研究表明，某些益生菌可以增加GABA的产生，减少焦虑和抑郁样行为。意大利都灵大学的研究人员在“微生物谷氨酸和GABA信号的神经内分泌作用” 对肠道微生物群影响肠脑轴和多种细胞和分子通讯回路（即神经、免疫和体液）的机制进行最新的描述。从基础科学的观点来看，“微生物内分泌学”涉及的理论是，多细胞生物和原核生物产生的神经化学物质（如血清素、γ-氨基丁酸、谷氨酸盐）被认为是一种共同的语言，可以实现王国间的交流。就其应用而言，该领域的研究为将来使用产生神经活性分子的益生菌作为治疗神经胃肠和/或精神疾病的治疗剂开辟了道路。

3、肠道微生物产生影响大脑的其他化学物质

生活在我们肠道中的数以万亿计的微生物也会产生影响我们大脑工作方式的其他化学物质。我们的肠道微生物通过消化进入大肠的纤维产生大量短链脂肪酸，如丁酸盐、丙酸盐和醋酸盐。短链脂肪酸通过多种方式影响大脑功能，如减少食欲。食用丙酸盐可以减少食物摄入，减少大脑中与高能量食物奖励相关的活动。另一种短链脂肪酸，丁酸盐和产生它的微生物对形成大脑和血液之间的屏障也很重要，这就是所谓的血脑屏障。英国多个研究机构的研究人员联名在2016年的《美国临床营养学杂志》报告了他们的研究结果。结肠来源的短链脂肪酸通过中枢机制调节摄食行为。在人类，增加结肠生产的丙酸急剧减少能量摄入。肠丙酸盐升高会通过刺激厌食性胃肠激素分泌减少奖赏反应和随意的能量摄入。

控制胃肠道的微生物成分可调节血浆色氨酸的浓度，色氨酸是一种必需氨基酸，也是5-羟色胺的前体，5-羟色胺是肠道和中枢神经系统中的关键神经递质。肠道微生物群通过未知的机制间接控制下丘脑-垂体-肾上腺轴。对肠道微生物群进行靶向性治疗可能有助于治疗应激相关疾病和代谢性疾病。

肠道微生物还会代谢胆汁酸和氨基酸，产生影响大脑的其他化学物质。胆汁酸是由肝脏产生的化学物质，通常参与吸收膳食脂肪。然而，它们也可能影响大脑。对小鼠的研究发现，应激和社交障碍会减少肠道细菌产生胆汁酸，并改变胆汁酸产生的相关基因。爱尔兰科克大学学院APC微生物研究所和俄罗斯莫斯科人类形态学研究所的研究人报告了他们在小鼠自闭症模型中探讨了肠道微生物群、肠道生理学和社会行为之间的相互作用的研究结果。小鼠肠道中非常特殊的负责胆汁代谢的双歧杆菌和Blautia属相对丰度的降低与肠道中胆汁酸和色氨酸代谢不足、胃肠功能障碍以及社会交往受损有关。他们提出这些数据支持有针对性地控制肠道微生物群以逆转自闭症的胃肠道和行为症状，并在这方面提供了具体可行的目标。

4、肠道微生物影响炎症

我们的肠脑轴也通过免疫系统连接。肠道和肠道微生物在我们的免疫系统和炎症中扮演着重要的角色，通过控制什么进入身体和什么被排泄。如果我们的免疫系统开启的时间太长，就会导致炎症，这与抑郁症和阿尔茨海默病等许多脑部疾病有关。

脂多糖是革兰氏阴性细菌产生的一种炎症毒素。当肠道屏障泄漏时，细菌和脂多糖就会进入血液。如果太多的脂肪从肠道进入血液，就会引起炎症。血液中的炎症和高脂多糖与许多脑部疾病有关，包括严重的抑郁症、痴呆症和精神分裂症。

我们的肠胃和大脑通过数百万条神经连接在一起，最重要的是迷走神经。肠道和它的微生物也控制炎症，并产生许多不同的化合物，可以影响大脑健康。

肠道微生物群有能力产生各种各样的化合物，这些化合物在调节包括大脑在内的远端器官的活动中起着重要作用。肠道微生物群在HPA轴调节中的作用以及通过色氨酸可用性调节的5-羟色胺能系统也已确立。微生物群具有强烈的可塑性，能够对饮食做出显著而迅速的反应，有可能通过条件肠道微生态和肠道的健康来治疗或预防与大脑相关的疾病。