脑-肠-微生物轴

转自微研吧                                                             

研究背景

       2016年，众多的研究成果让我们了解脑-肠-微生物轴在抑郁症和自闭症谱系障碍中的作用。研究结果表明，肠道微生物组成的改变能够影响中枢神经系统。同时也发现，脑-肠-微生物相互作用的改变与功能性肠病，慢性腹痛症状以及饮食障碍之间也存在着重要的关系。无论是在人类还是动物模型中，脑-肠-微生物轴功能的调节与人和动物对压力反应的变化和整体行为的变化之间存在着巨大联系。基于此，人们对研究脑-肠-微生物轴的研究也逐渐变得热门起来。

脑-肠-微生物轴

        脑-肠-微生物轴有许多信号分子和结构组成，包括短链脂肪酸，血清素，羟基丁酸，脑源性神经营养因子等信号分子以及胃肠道上皮细胞，迷走神经和血脑屏障的结构。当肠道发生感染或者出现肠道破坏时，沿着胃肠道的上皮细胞和免疫细胞释放促炎因子。这些炎症信号会穿过血脑屏障，传递给大脑，进而产生抑郁行为。肠道微生物产生的短链脂肪酸会进入到循环系统中，同时也会穿过血脑屏障，影响大脑宿主的行为。肠道微生物还会介导血清素，羟基丁酸和脑神经营养因子的合成，进而来调节大脑神经系统。

研究案例

  近年来很多研究报道都证实了脑-肠-微生物轴的调节作用。研究人员通过一系列的实验证实，发现肠道无菌小鼠，在被强迫游泳后不会出现抑郁表现，同时也不会出现焦虑的行为。另外，对58名患有重度抑郁症病人和63名健康人的粪便进行微生物多样性检测发现，他们的肠道微生物组成有着显著的差异。在抑郁症病人中，微生物主要来自于3个门类：厚壁菌门，放线菌门和拟杆菌门。研究人员把来自于5个抑郁症病人的粪便移植到无菌小鼠的体内后，无菌小鼠会表现出抑郁行为。相反，移植健康人的粪便却不会产生这个结果。小鼠接受了来自于患抑郁症病人的微生物，这些微生物打乱了海马体基因的激活，以及碳水化合物和氨基酸的代谢。该研究表明，微生物的移植可以影响抑郁的表型。但是，无菌小鼠会表现出免疫系统发育异常和脑发育异常（例如5羟基色胺降低，脑神经营养因子降低，神经元形态改变等），这些改变让研究人员产生了思考，如果被移植动物的免疫系统和大脑发育是正常的，那么抑郁症患者肠道微生物移植是否还会有相同的效果？

为了解答该问题，Kelly等人又做了相关实验来验证，作者把来自于抑郁症病人和健康人的肠道微生物通过口服的方式作用于缺少微生物的大鼠体内（这些大鼠的免疫系统以及脑功能都完善，并且通过服用抗生素来去除肠道微生物）。结果发现，移植了抑郁症患者的肠道微生物后，这些大鼠都表现出了抑郁的行为，包括兴趣缺乏，紧张和色氨酸代谢改变等现象。该研究进一步表明，肠道微生物在抑郁症的发生发展中起着重要作用，同时也为抑郁症的治疗提供理论支持。

        目前，多方面的证据已经表明，微生物代谢产物可以影响大脑功能和行为。丁酸盐、丙酸和乙酸等短链脂肪酸是微生物最主要的代谢产物。在小鼠的肠道中，微生物群落结构的改变可以导致乙酸的产量增加。Perry等人发现，与丁酸和丙酸相比，高脂饲养的大鼠的血浆和粪便中的乙酸的浓度要显著的高于常规饲养的大鼠。当给常规饲养的大鼠注射乙酸后，大鼠体内的葡萄糖刺激的胰岛素的分泌开始增加，表明在高脂饲养的大鼠体内，乙酸的增加可以促使葡萄糖刺激的胰岛素分泌的增加。相比之下，给常规饲养的大鼠注射丁酸却不能促使葡萄糖刺激的胰岛素分泌的增加。为了检测肠道微生物在乙酸诱导的高胰岛素血症中的作用，作者对高脂饲养的大鼠进行了广谱抗生素处理，结果发现葡萄糖刺激的胰岛素分泌出现了大幅度的下降。该实验数据显示，在高脂饲养的大鼠体内，肠道微生物是内源乙酸盐产量增加的重要来源。总之，以上这些数据证明，营养物质-肠道-微生物三者相互作用产生的乙酸盐产量增加，以及后续的副交感神经激活可能成为治疗肥胖的靶标。

展望

        了解肠道微生物影响脑-肠-微生物轴的方式成为近年来的一个研究热点。肠道微生物在功能性肠道紊乱疾病中（比如肠易激综合征）扮演中重要的作用。尽管已经有很多研究报道，肠道微生物改变是否是影响精神疾病的主要因素还不能完全确定。目前越来越多的证据表明肠道微生物在自闭症谱系障碍以及代谢调控中扮演重要作用。但是已有的研究结果是否同样适合人类还需要时间的见证。

参考文献

Bauer K C, Huus K E, Finlay B B. Microbes and the mind: emerging hallmarks of the gut microbiota–brain axis[J]. Cellular microbiology, 2016, 18(5): 632-644.

Dinan T G, Cryan J F. Gut-brain axis in 2016: Brain-gut-microbiota axis [mdash] mood, metabolism and behaviour[J]. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2017.

---

如果您对微生态研究感兴趣，我们可以邀请您进入对应专业的微生态学术微信群。这些微信群旨在为微生态研究者提供交流平台，而且我们会通过网络举办一系列的微生态研究技术讲座，分享一系列相关研究文献，举办一系列交流研究成果的学术活动。

入群的方法是扫描或长按江舜尧微信二维码，加江舜尧为好友，然后江舜尧邀请您进入微信群。