腸道菌居然影響大腦它們是怎麼做到的

最新 05-24

腸道菌對大腦的影響是最近的一個研究熱點。越來越多的證據表明，哺乳動物的腸道微生物群可以影響人或動物的行為。一些腸道菌體甚至能產生神經遞質。腸道菌與大腦之間進行溝通可能的途徑，是通過迷走神經、免疫系統、內分泌系統或微生物來源的神經活性化學物質來影響機體。通常用「微生物-腸-腦軸」一詞，描述這些關係。

當小鼠接受了糞便微生物的移植後，它的行為會和提供糞便的小鼠相似。現在，行為學效果能夠被追蹤到特定微生物群的子集。證據表明乳酸桿菌和雙歧桿菌，可以緩解人類的焦慮和抑鬱情緒。宿主的正常生理功能已經進化成依賴微生物的代謝產物；如果缺乏產生這些代謝物的微生物，則可能導致人或動物的功能障礙。

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腸道菌影響宿主可由「利他」模型來解釋

牛津大學Kevin Foster教授在今年4月24日出版的Nature Reviews Microbiology上，發表展望文章時提出：人類腸道是一個生態綜合體社區，包含成百上千種相互作用的物種。所以不能用寄生蟲操縱寄主行為的模型來研究腸道菌，而是自然選擇下的「利他」模型造成的。解釋得通俗一點就是：共生的益生菌只有促進宿主活得好，它們自己才能活得更好。如果益生菌能促進人或動物的社交行為，讓其更活躍，細菌也就有了更多轉移到新宿主的機會。

微生物對大腦的影響是如何進化而來的來源 Nature Reviews Microbiology

為了解釋清楚這個模型，Kevin Foster教授在文章中，繪製了一個微生物對大腦的影響是如何進化而來的示意圖。在圖中自然選擇的效應被顯示為藍色。左右兩邊是微生物對大腦起的作用，在這種情況下對宿主的影響，增加了微生物的適應度。右側是指微生物在腸道內生存和分解的代謝化合物，作為副作用影響宿主行為。左側指的是自然選擇所驅動的結果，讓宿主的特定功能，包括營養供給或免疫系統成熟都依賴於微生物菌群。這種自然選擇造成缺失某些微生物物種會導致強大的生理效應，並潛在地影響宿主的行為。「微生物-腸-腦軸」這一關係的出現，是微生物影響腸道環境（局部生理狀況）和宿主行為（整體狀況）的進化結果。

腸道菌如何影響中樞神經系統

腸道微生物與大腦交流的通路來源 Trends in Food Science & Technology

腸道微生物可通過一系列通路與大腦進行信號交流。如圖所示其中包括：

①調節免疫活動以產生炎性細胞因子，這些因子可直接影響大腦；

②調整色氨酸代謝，改變下游的5-羥色胺奎寧酸和犬尿酸的產生過程，色氨酸是神經遞質5-羥色胺的前體；

③產生丁酸、乙酸、丙酸等短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸能促進大腦小膠質細胞的發育和生長；

④直接產生神經遞質。

在這各種機制中，讓人覺得驚訝的就是腸道菌群能夠產生神經活性物質，觸發迷走神經或通過血液、淋巴流向大腦。

從人體腸道微生物的一些種類中已經分離出好幾種神經遞質：

芽孢桿菌（Bacillusspp.）：乙醯膽鹼、多巴胺和去甲腎上腺素；

雙歧桿菌（Bifidobacteriumspp.）：GABA；

腸球菌屬（Enterococcusspp.）：組胺和5-羥色胺；

大腸桿菌（Escherichiaspp.）：多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺；

乳酸桿菌（Lactobacillusspp.）：乙醯膽鹼，多巴胺，GABA、組胺和5-羥色胺；

乳酸球菌（Lactococcusspp.）：多巴胺、組胺和5-羥色胺；

鏈球菌（Streptococcusspp.）：多巴胺、組胺和5-羥色胺。

微生物產生的神經遞質如何影響大腦來源 Nature Reviews Microbiology

微生物生產神經遞質代表著能直接影響大腦和行為的潛力。實際上，這條路線是有限的。因為大多數神經遞質，包括5-羥色胺、多巴胺和GABA，通常不能穿越起保護大腦作用的血腦屏障。一種可能的途徑是神經遞質的前體穿過血腦屏障，然後轉化為活性神經遞質。比如腸道細菌會通過5-羥色胺的前體——色氨酸影響新陳代謝。這可能會影響中樞神經中5-羥色胺的信號轉導。因為血漿中色氨酸的濃度已被證明和腦中5-羥色胺的水平是相關的。另外一種可能是神經遞質通過迷走神經，傳入神經元然後影響大腦。

「微生物-腸-腦軸」與神經疾病

今年5月16日發表在頂級期刊Nature的上的一項研究，對腸道菌和大腦之間的聯繫做了最新的解釋。證明了腸道微生物的副產物影響神經退行性疾病的進一步發展。哈佛大學附屬醫院之一，布列根和婦女醫院(Brigham and Women』s Hospital, BWH)的這項發現，讓大家清楚地了解腸道菌是如何影響中樞神經系統的細胞的。

這項最新的研究首次報道了微生物產物如何直接作用於小膠質細胞，以防止炎症。小膠質細胞是機體免疫系統的組成部分，負責清除中樞神經系統的斑塊、受損細胞等物質。但是小膠質細胞也能分泌產生神經毒性的化合物。這種神經毒性化合物會促進許多神經系統疾病。研究結果發現，當微生物分解食物中的色氨酸時，微生物產生的副產物會通過影響小膠質細胞來限制大腦中的炎症。

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