近年來，腸道微生物群的興起成為生物學(xué)研究的一個(gè)重要課題。研究表明，我們的大腦影響我們的腸道健康，我們的腸道也能影響我們的大腦健康。越來越多的數(shù)據(jù)表明，腸道微生物群也與中樞神經(jīng)系統(tǒng)溝通。這種腸道和大腦之間的通訊系統(tǒng)關(guān)系被稱為腸腦軸。這種相互作用不僅在胃腸功能中起著重要作用，而且在某些感覺狀態(tài)和直覺決策中也起著重要作用，這一概念在我們的語言中根深蒂固。最近對這種腸腦串?dāng)_的神經(jīng)生物學(xué)研究揭示了一個(gè)復(fù)雜的雙向交流系統(tǒng)，它不僅能確保胃腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)和消化的正常維持，而且可能對情感、動機(jī)和更高的認(rèn)知功能（包括直覺決策）產(chǎn)生多方面的影響。腸道和大腦這兩個(gè)器官以多種不同的方式在生理和生化上連接在一起。
1、迷走神經(jīng)和神經(jīng)系統(tǒng)
神經(jīng)元是在我們的大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞，它們告訴我們的身體如何行為。人類大腦中大約有1000億個(gè)神經(jīng)元和10倍以上的膠質(zhì)細(xì)胞。有趣的是，我們的腸道中含有5億個(gè)神經(jīng)元，它們通過神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)與我們的大腦相連。
腸道微生物群、腸道和大腦通過微生物群-腸-腦軸進(jìn)行雙向溝通，涉及自主神經(jīng)系統(tǒng)。迷走神經(jīng)是副交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分，由80%的傳入纖維和20%的傳出纖維組成。迷走神經(jīng)是連接腸道和大腦的最大的神經(jīng)之一。它向兩個(gè)方向發(fā)送信號。迷走神經(jīng)代表著副交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分，它監(jiān)督著一系列重要的身體功能，包括控制情緒、免疫反應(yīng)、消化和心率。它建立了大腦和胃腸道之間的聯(lián)系，并通過傳入纖維將有關(guān)內(nèi)臟器官狀態(tài)的信息傳送給大腦。壓力會抑制通過迷走神經(jīng)傳遞的信號引起胃腸道問題。而腸道問題，如腸易激綜合征或克羅恩病患者的迷走神經(jīng)張力降低。
愛爾蘭科克大學(xué)科克學(xué)院消化藥物中心神經(jīng)胃腸病學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在老鼠身上進(jìn)行的一項(xiàng)有趣的研究發(fā)現(xiàn)，給它們喂食益生菌可以減少它們血液中應(yīng)激激素的含量。然而，當(dāng)切斷老師的迷走神經(jīng)后，益生菌不起任何作用。這表明迷走神經(jīng)是暴露于腸道和大腦的細(xì)菌之間的主要調(diào)節(jié)組成性通訊途徑。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了細(xì)菌在腸-腦軸雙向交流中的重要作用
2、神經(jīng)遞質(zhì)
我們的腸道和大腦通過被稱為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)連接起來。大腦中產(chǎn)生的神經(jīng)遞質(zhì)控制感覺和情緒。例如，神經(jīng)遞質(zhì)血清素有助于幸福感，也有助于控制我們的生物鐘。有趣的是，這些神經(jīng)遞質(zhì)中的許多也是由我們的腸道細(xì)胞和生活在那里的數(shù)萬億微生物產(chǎn)生的。很大一部分血清素是在腸道產(chǎn)生的。美國加州理工學(xué)院生物與生物工程系和芝加哥大學(xué)病理學(xué)系和醫(yī)學(xué)系的研究人員報(bào)道胃腸道含有大量的人體血清素（5-羥色胺，5-HT），微生物群在調(diào)節(jié)宿主5-羥色胺中起著關(guān)鍵作用。來自小鼠和人類微生物群的本土孢子形成細(xì)菌促進(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞的5-HT生物合成，促進(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞向粘膜、管腔和循環(huán)血小板供應(yīng)5-羥色胺。重要的是，腸道5-羥色胺的微生物群依賴性效應(yīng)顯著影響宿主生理，調(diào)節(jié)胃腸運(yùn)動和血小板功能。腸道微生物向促進(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞發(fā)出直接代謝信號。此外，提高特定微生物代謝物的管腔濃度可增加無菌小鼠的結(jié)腸和血液5-羥色胺。這些發(fā)現(xiàn)表明孢子形成細(xì)菌是宿主5-羥色胺的重要調(diào)節(jié)因子，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了宿主-微生物群相互作用在調(diào)節(jié)基本的5-羥色胺相關(guān)生物過程中的關(guān)鍵作用。
我們的腸道微生物還會產(chǎn)生一種叫做γ-氨基丁酸（GABA）的神經(jīng)遞質(zhì)，它有助于控制恐懼和焦慮的感覺。對實(shí)驗(yàn)小鼠的研究表明，某些益生菌可以增加GABA的產(chǎn)生，減少焦慮和抑郁樣行為。意大利都靈大學(xué)的研究人員在“微生物谷氨酸和GABA信號的神經(jīng)內(nèi)分泌作用” 對腸道微生物群影響腸腦軸和多種細(xì)胞和分子通訊回路（即神經(jīng)、免疫和體液）的機(jī)制進(jìn)行最新的描述。從基礎(chǔ)科學(xué)的觀點(diǎn)來看，“微生物內(nèi)分泌學(xué)”涉及的理論是，多細(xì)胞生物和原核生物產(chǎn)生的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)（如血清素、γ-氨基丁酸、谷氨酸鹽）被認(rèn)為是一種共同的語言，可以實(shí)現(xiàn)王國間的交流。就其應(yīng)用而言，該領(lǐng)域的研究為將來使用產(chǎn)生神經(jīng)活性分子的益生菌作為治療神經(jīng)胃腸和/或精神疾病的治療劑開辟了道路。
3、腸道微生物產(chǎn)生影響大腦的其他化學(xué)物質(zhì)
生活在我們腸道中的數(shù)以萬億計(jì)的微生物也會產(chǎn)生影響我們大腦工作方式的其他化學(xué)物質(zhì)。我們的腸道微生物通過消化進(jìn)入大腸的纖維產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸，如丁酸鹽、丙酸鹽和醋酸鹽。短鏈脂肪酸通過多種方式影響大腦功能，如減少食欲。食用丙酸鹽可以減少食物攝入，減少大腦中與高能量食物獎勵相關(guān)的活動。另一種短鏈脂肪酸，丁酸鹽和產(chǎn)生它的微生物對形成大腦和血液之間的屏障也很重要，這就是所謂的血腦屏障。英國多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)名在2016年的《美國臨床營養(yǎng)學(xué)雜志》報(bào)告了他們的研究結(jié)果。結(jié)腸來源的短鏈脂肪酸通過中樞機(jī)制調(diào)節(jié)攝食行為。在人類，增加結(jié)腸生產(chǎn)的丙酸急劇減少能量攝入。腸丙酸鹽升高會通過刺激厭食性胃腸激素分泌減少獎賞反應(yīng)和隨意的能量攝入。
控制胃腸道的微生物成分可調(diào)節(jié)血漿色氨酸的濃度，色氨酸是一種必需氨基酸，也是5-羥色胺的前體，5-羥色胺是腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)。腸道微生物群通過未知的機(jī)制間接控制下丘腦-垂體-腎上腺軸。對腸道微生物群進(jìn)行靶向性治療可能有助于治療應(yīng)激相關(guān)疾病和代謝性疾病。
腸道微生物還會代謝膽汁酸和氨基酸，產(chǎn)生影響大腦的其他化學(xué)物質(zhì)。膽汁酸是由肝臟產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)，通常參與吸收膳食脂肪。然而，它們也可能影響大腦。對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激和社交障礙會減少腸道細(xì)菌產(chǎn)生膽汁酸，并改變膽汁酸產(chǎn)生的相關(guān)基因。愛爾蘭科克大學(xué)學(xué)院APC微生物研究所和俄羅斯莫斯科人類形態(tài)學(xué)研究所的研究人報(bào)告了他們在小鼠自閉癥模型中探討了腸道微生物群、腸道生理學(xué)和社會行為之間的相互作用的研究結(jié)果。小鼠腸道中非常特殊的負(fù)責(zé)膽汁代謝的雙歧桿菌和Blautia屬相對豐度的降低與腸道中膽汁酸和色氨酸代謝不足、胃腸功能障礙以及社會交往受損有關(guān)。他們提出這些數(shù)據(jù)支持有針對性地控制腸道微生物群以逆轉(zhuǎn)自閉癥的胃腸道和行為癥狀，并在這方面提供了具體可行的目標(biāo)。
4、腸道微生物影響炎癥
我們的腸腦軸也通過免疫系統(tǒng)連接。腸道和腸道微生物在我們的免疫系統(tǒng)和炎癥中扮演著重要的角色，通過控制什么進(jìn)入身體和什么被排泄。如果我們的免疫系統(tǒng)開啟的時(shí)間太長，就會導(dǎo)致炎癥，這與抑郁癥和阿爾茨海默病等許多腦部疾病有關(guān)。
脂多糖是革蘭氏陰性細(xì)菌產(chǎn)生的一種炎癥毒素。當(dāng)腸道屏障泄漏時(shí)，細(xì)菌和脂多糖就會進(jìn)入血液。如果太多的脂肪從腸道進(jìn)入血液，就會引起炎癥。血液中的炎癥和高脂多糖與許多腦部疾病有關(guān)，包括嚴(yán)重的抑郁癥、癡呆癥和精神分裂癥。
我們的腸胃和大腦通過數(shù)百萬條神經(jīng)連接在一起，最重要的是迷走神經(jīng)。腸道和它的微生物也控制炎癥，并產(chǎn)生許多不同的化合物，可以影響大腦健康。
腸道微生物群有能力產(chǎn)生各種各樣的化合物，這些化合物在調(diào)節(jié)包括大腦在內(nèi)的遠(yuǎn)端器官的活動中起著重要作用。腸道微生物群在HPA軸調(diào)節(jié)中的作用以及通過色氨酸可用性調(diào)節(jié)的5-羥色胺能系統(tǒng)也已確立。微生物群具有強(qiáng)烈的可塑性，能夠?qū)︼嬍匙龀鲲@著而迅速的反應(yīng)，有可能通過條件腸道微生態(tài)和腸道的健康來治療或預(yù)防與大腦相關(guān)的疾病。
