【原】陳根：腸道微生物如何改變一個(gè)人的心情？

陳根談科技 2020-09-27

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文/陳根

現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，人體細(xì)胞占身體內(nèi)細(xì)胞總量的43%，而其他部分則由非人類(lèi)的微生物細(xì)胞群組成。其中，人體內(nèi)的腸道菌群種類(lèi)繁多，包括了至少100萬(wàn)億個(gè)細(xì)菌，是人體細(xì)胞總數(shù)的10倍，分屬1000多個(gè)種。

人體腸道菌群按來(lái)源分類(lèi)，可分為原籍和外籍菌群，原籍菌群多為腸道正常菌群，除了主要的細(xì)菌外，腸道微生物還包括病毒群、真菌群、螺旋體群等。這些腸道菌群按一定的比例組合，相互制約、相互依賴(lài)，在質(zhì)量和數(shù)量上構(gòu)成生態(tài)平衡。

腸道微生物在消化、調(diào)解人體免疫功能、抵御疾病以及生產(chǎn)人體必須的維生素方面都扮演著重要角色。更令人意外的是，這些龐大的菌群被越來(lái)越多地證實(shí)與大腦之間有著隱秘的聯(lián)系，這些聯(lián)系的揭示也帶來(lái)了關(guān)于心理和行為的新見(jiàn)解。

腸道是人類(lèi)的第二個(gè)大腦

人類(lèi)腸道中有超過(guò) 1 億個(gè)神經(jīng)元組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，于是，腸道神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行交流，通過(guò)免疫途徑、神經(jīng)內(nèi)分泌途徑和迷走神經(jīng)途徑形成“腸-腦軸(gut-brainaxis，GBA)”。

因此，腸道也被認(rèn)為是人類(lèi)的第二個(gè)大腦。

事實(shí)上，腦-腸軸在維持體內(nèi)平衡方面的重要性早已得到認(rèn)可。然而，作為腸-腦功能關(guān)鍵調(diào)節(jié)者之一的微生物群的出現(xiàn)則使人們構(gòu)建了微生物-腸-腦軸的平衡模型，并逐漸認(rèn)識(shí)到微生物-腸-腦軸(microbiota-gut-brainaxis，MGBA)的重要性。

首先，腸道菌群能夠直接或間接產(chǎn)生的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑。并且，產(chǎn)生的這些神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑與人體細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑完全匹配，并在人體中得到廣泛應(yīng)用。

比如，多巴胺、5-羥色胺、谷氨酸、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和γ-氨基丁酸等，這些神經(jīng)遞質(zhì)能夠激活腸道神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)迷走神經(jīng)和脊神經(jīng)介導(dǎo)將信號(hào)傳至中樞神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)興奮或抑制。

當(dāng)然，腸道菌群產(chǎn)生的量相對(duì)較小，因此，它們能否對(duì)人類(lèi)神經(jīng)傳遞產(chǎn)生影響依然有待研究。但是，這些微生物神經(jīng)活性化合物代表了一種潛在的機(jī)制：即我們的微生物可以直接與人體細(xì)胞相互作用，甚至少量也可能影響控制情緒、焦慮和認(rèn)知的重要過(guò)程。

其次，作為腸道細(xì)菌細(xì)胞壁主要成分的肽聚糖可激活宿主的黏膜免疫系統(tǒng)。于是，通過(guò)識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associatedmo-lecularpatterns)等促炎微生物成分，機(jī)體可激活非特異性免疫反應(yīng)。

具體來(lái)說(shuō)，病原體相關(guān)分子模式與防御細(xì)胞上的模式識(shí)別受體結(jié)合，可產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子通過(guò)外周迷走神經(jīng)通路間接的或通過(guò)血腦屏障直接影響大腦。

比如，白細(xì)胞介素6和趨化因子配體2等炎癥細(xì)胞因子，可通過(guò)兩種途徑作用于腦：病原體相關(guān)分子模式通過(guò)體液途徑作用于特定腦區(qū)toll樣受體；通過(guò)傳入神經(jīng)介導(dǎo)的神經(jīng)通路。

顯然，腸道菌群作用于全身和黏膜免疫系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)，這也意味著，腸道菌群可能影響腦功能和行為的潛在機(jī)制。

最后，是由腸道菌群產(chǎn)生的代謝物、氧化應(yīng)激信號(hào)分子以及促炎細(xì)胞因子可以通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)血腦屏障影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

當(dāng)然，大腦也可通過(guò)神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌體系調(diào)控胃腸功能。比如，中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)激活胃腸黏膜免疫反應(yīng)，釋放細(xì)胞因子，活化下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸(hypothalamic-pitu?itary-adrenalaxis，HPAA）釋放皮質(zhì)醇，增加腸道通透性。

此外，中樞神經(jīng)系統(tǒng)還可通過(guò)迷走神經(jīng)和脊神經(jīng)影響自主神經(jīng)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)控內(nèi)分泌細(xì)胞、免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子等影響胃腸道微環(huán)境，從而影響腸道細(xì)菌的組成。

腸道和焦慮有什么關(guān)系？

不論是產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)、激活免疫系統(tǒng)還是通過(guò)代謝影響中樞神經(jīng)功能，這些都與人體的心理狀態(tài)有著密切關(guān)系，比如焦慮，或者抑郁。

事實(shí)上，不論是以擔(dān)心或恐懼為特征的焦慮障礙，還是人口愈發(fā)龐大的抑郁癥，人們通常把其歸為“精神疾病”類(lèi)進(jìn)行研究。然而，盡管這些疾病的確切病因仍然未知，但目前，科學(xué)已經(jīng)提出了幾種可能的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，包括腦內(nèi)的化學(xué)失衡，炎癥和應(yīng)激。

例如，腦內(nèi)關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)如5-HT、去甲腎上腺素、多巴胺的減少，激素如皮質(zhì)醇的變化，神經(jīng)內(nèi)分泌途徑的改變，炎性細(xì)胞因子如IL-6的增加，以及與疾病和炎癥有關(guān)的白細(xì)胞，這些已經(jīng)全部被證實(shí)與焦慮和抑郁有關(guān)。

從某種意義上說(shuō)，腸道已經(jīng)成為人體的另一大感覺(jué)器官。而顯然，對(duì)于這一感覺(jué)器官的研究也已成為了科學(xué)努力的方向。

此前，來(lái)自費(fèi)城的一組研究人員就系統(tǒng)地測(cè)試了大鼠腸道內(nèi)的微生物群落對(duì)大鼠情緒和心理易感性的影響。研究人員將實(shí)驗(yàn)大鼠分成兩組：社會(huì)沖突組和放松組。放松組大鼠僅僅在自己的領(lǐng)地上休息，而社會(huì)沖突組的大鼠則被放到另一只好斗的大鼠的領(lǐng)地上，以引起緊張的互動(dòng)。研究人員分析了所有大鼠的糞便樣本，以比較它們腸道內(nèi)不同的微生物群落。

在社會(huì)沖突組中，出現(xiàn)了兩種類(lèi)型的大鼠。有些大鼠在入侵另一只大鼠的領(lǐng)地時(shí)表現(xiàn)得很有信心和韌性，很長(zhǎng)時(shí)間后才表現(xiàn)出少許失敗的跡象。另一些大鼠則很脆弱，更快地以仰臥三秒的方式投降。

經(jīng)過(guò)幾天的反復(fù)社會(huì)沖突，大鼠的腸道微生物群落開(kāi)始改變。

與沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)沖突的放松組大鼠和自信面對(duì)挑戰(zhàn)的韌性大鼠相比，脆弱大鼠的腸道內(nèi)有著更多的放線(xiàn)菌；與放松組的大鼠相比，它們體內(nèi)的桿菌和梭菌含量也更高，而擬桿菌則更少。

相比之下，有韌性的大鼠腸道看起來(lái)更像放松組老鼠。雖然在所有社會(huì)沖突大鼠中都能發(fā)現(xiàn)應(yīng)激的微生物效應(yīng)，但應(yīng)激對(duì)脆弱大鼠腸道細(xì)菌的影響最大。

為了更好地理解某些功能性后果，研究人員將注意力集中在每只大鼠腸道內(nèi)桿菌和梭菌的平衡上。桿菌微生物包含多種抗炎物質(zhì)，而梭菌通常被認(rèn)為與炎癥有關(guān)。因此，桿菌與梭菌比的增加可能是一種對(duì)于應(yīng)激造成的炎癥做出的健康反應(yīng)。

事實(shí)上，在數(shù)天的社會(huì)沖突中，有韌性的大鼠體內(nèi)的桿菌、梭菌比例不斷增加，在最后一天的測(cè)試中，這一比例明顯高于放松組大鼠。相比之下，脆弱的大鼠在這個(gè)比例上則沒(méi)有表現(xiàn)出適應(yīng)性變化。

與此項(xiàng)研究類(lèi)似的是對(duì)臨床抑郁癥患者糞便樣本的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非抑郁癥患者相比，臨床抑郁癥患者腸道中腸桿菌科等微生物較多，但普拉梭菌較少。他們體內(nèi)的普拉梭菌越少，抑郁癥狀就越嚴(yán)重。

顯然，基于現(xiàn)有的研究，調(diào)節(jié)腸道菌群或?qū)⒊蔀?/span>精神疾病的另一種治療思路。盡管科學(xué)已經(jīng)證實(shí)腸道菌群對(duì)人體的大腦和行為有很大的影響，但科學(xué)上仍然需要進(jìn)行深入研究以了解微生物和大腦之間的相互作用以及具體應(yīng)該如何調(diào)節(jié)腸道微生物群落以使其對(duì)人體有利。