肠道微生物在肠脑轴的作用

肠-脑轴是由中枢神经系统和肠神经系统之间连接的双向通讯网络系统。肠道和大脑之间的连接将大脑的情感和认知中枢与运动中枢通过一个双向快车道把外周肠功能联系起来，并互相交流产生双向的影响。最近的研究进展揭示了肠道微生物群，特别是肠道的细菌，在影响这些相互作用中的重要性。微生物群和肠脑轴之间的这种双向相互作用通过神经、内分泌、免疫和体液联系从肠道微生物群到大脑和从大脑到肠道微生物群的信号传递。胃肠道向中枢神经系统发出饥饿、疼痛或不适等感觉信号。肠道微生物群失衡引起的中枢神经疾病如自闭症、焦虑、抑郁、多动症，已经大脑神经的高敏感和肠易激综合征的关系可以被认为是这种双向复杂关系的典型例子。在临床实践中，这种相互作用的一个例子是功能性胃肠病，特别是肠易激综合征，现在被认为是微生物群肠脑轴紊乱。

肠道微生物群为宿主提供多种功能（例如，通过促进食物消化、补充维生素和防御致病菌株），并通过直接接触（例如，通过表面抗原）和微生物代谢产生的可溶性分子与宿主有机体相互作用。近年来对肠道微生物群研究兴趣的兴起成为生物学和临床医学研究的一个重要课题。研究揭示了肠道微生物群组成的变化如何影响正常生理，并导致从炎症到肥胖、糖尿病、自身免疫性疾病等疾病。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。日益增多的证据表明，肠道微生物群在肠道和神经系统之间的双向相互作用中起着重要作用。它通过调节脑化学和影响与应激反应、焦虑和记忆功能相关的神经内分泌系统与中枢神经系统相互作用。

肠道微生物群与中枢神经系统之间的新联系被认为是神经科学的一种范式转变，不仅对理解应激相关精神疾病的病理生理学，而且对其治疗也有可能产生影响。因此，肠道微生物组及其对宿主屏障功能的影响被定位为脑肠轴内的关键节点。越来越多的临床前证据表明，肠道微生物群可以通过免疫、内分泌和神经途径调节大脑的发育、功能和行为。解释这些特定相互作用的详细机械论见解目前还不成熟。然而，“肠道渗漏”可能促进微生物群和这些关键信号通路之间的交流这一概念已经得到广泛关注。肠道通透性缺陷可能是抑郁症等疾病中观察到的慢性低度炎症的基础，肠道微生物群在调节肠道通透性方面起着关键作用。

研究发现细菌可能在复杂情绪（情感情绪）、认知（记忆形成）和行为功能（食物摄入）等情况下发挥作用。肠道刺激可影响情绪状态的直接证据包括，人类胃内注入脂肪酸已被证明可降低大脑对实验性诱发的悲伤情绪的反应。

肠道微生物群已被证明可以调节肠道和中枢神经系统的发育和功能。由于其在临床疾病中潜在的翻译重要性，其参与行为调节引起了特别的关注。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。

胃肠道和中枢神经系统之间双向通讯的所谓肠-脑轴的存在也支持肠道微生物群和宿主神经回路（包括中枢神经系统）之间的通讯途径。越来越多的证据表明，肠道微生物群能够调节肠道和大脑功能，包括人类的情绪、认知功能和行为。

研究还发现肠道微生物对肠脑轴的效应中的许多似乎是菌株特异性的，提示某些益生菌菌株作为神经系统疾病的新辅助策略的潜在作用，如肠易激综合征、自闭症、焦虑症、抑郁症和帕金森氏症。

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。两项针对小鼠的研究发现，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。

对来自肠道微生物的信号在情感和认知功能中的作用，还有几个重要问题有待解决。肠-脑信号在早期大脑发育中扮演什么角色？它在成人中扮演什么角色？生命早期的肠-脑信号是否会影响成人摄食行为、内脏疼痛敏感性、情绪和情感、感受记忆和直觉决策的发展？味觉感受器和微生物区系在这种相互感知信号中扮演什么角色？粘液驱动的迷走神经输入对大脑发育有影响吗？在焦虑和抑郁的病理生理学中，肠道微生物信号和大脑肠道信号的改变是否有一定的作用，正如几种脑-肠疾病与情绪和情感障碍的共同重叠所表明的那样？在人类疾病状态中，相互感知记忆和预测错误扮演了什么角色？

对肠道微生物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。