近年來，腸道微生物群的興起成為生物學研究的一個重要課題。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。最近對這種腸腦串擾的神經(jīng)生物學研究揭示了一個復雜的雙向交流系統(tǒng)，它不僅能確保胃腸道內穩(wěn)態(tài)和消化的正常維持，而且可能對情感、動機和更高的認知功能（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1000億個神經(jīng)元和10倍以上的膠質細胞。有趣的是，我們的腸道中含有5億個神經(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、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內臟器官狀態(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。

愛爾蘭科克大學科克學院消化藥物中心神經(jīng)胃腸病學實驗室的研究人員在老鼠身上進行的一項有趣的研究發(fā)現(xiàn)，給它們喂食益生菌可以減少它們血液中應激激素的含量。然而，當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菌之間的主要調節(jié)組成性通訊途徑。這些發(fā)現(xiàn)強調了細菌在腸-腦軸雙向交流中的重要作用

2、神經(jīng)遞質

我們的腸道和大腦通過被稱為神經(jīng)遞質的化學物質連接起來。大腦中產(chǎn)生的神經(jīng)遞質控制感覺和情緒。例如，神經(jīng)遞質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)遞質中的許多也是由我們的腸道細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。美國加州理工學院生物與生物工程系和芝加哥大學病理學系和醫(yī)學系的研究人員報道胃腸道含有大量的人體血清素（5-羥色胺，5-HT），微生物群在調節(jié)宿主5-羥色胺中起著關鍵作用。來自小鼠和人類微生物群的本土孢子形成細菌促進結腸嗜鉻細胞的5-HT生物合成，促進結腸嗜鉻細胞向粘膜、管腔和循環(huán)血小板供應5-羥色胺。重要的是，腸道5-羥色胺的微生物群依賴性效應顯著影響宿主生理，調節(jié)胃腸運動和血小板功能。腸道微生物向促進結腸嗜鉻細胞發(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腸和血液5-羥色胺。這些發(fā)現(xiàn)表明孢子形成細菌是宿主5-羥色胺的重要調節(jié)因子，并進一步強調了宿主-微生物群相互作用在調節(jié)基本的5-羥色胺相關生物過程中的關鍵作用。

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，它有助于控制恐懼和焦慮的感覺。對實驗小鼠的研究表明，某些益生菌可以增加GABA的產(chǎn)生，減少焦慮和抑郁樣行為。意大利都靈大學的研究人員在“微生物谷氨酸和GABA信號的神經(jīng)內分泌作用” 對腸道微生物群影響腸腦軸和多種細胞和分子通訊回路（即神經(jīng)、免疫和體液）的機制進行最新的描述。從基礎科學的觀點來看，“微生物內分泌學”涉及的理論是，多細胞生物和原核生物產(chǎn)生的神經(jīng)化學物質（如血清素、γ-氨基丁酸、谷氨酸鹽）被認為是一種共同的語言，可以實現(xiàn)王國間的交流。就其應用而言，該領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物質

生活在我們腸道中的數(shù)以萬億計的微生物也會產(chǎn)生影響我們大腦工作方式的其他化學物質。我們的腸道微生物通過消化進入大腸的纖維產(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。英國多個研究機構的研究人員聯(lián)名在2016年的《美國臨床營養(yǎng)學雜志》報告了他們的研究結果。結腸來源的短鏈脂肪酸通過中樞機制調節(jié)攝食行為。在人類，增加結腸生產(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和隨意的能量攝入。

控制胃腸道的微生物成分可調節(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)中的關鍵神經(jīng)遞質。腸道微生物群通過未知的機制間接控制下丘腦-垂體-腎上腺軸。對腸道微生物群進行靶向性治療可能有助于治療應激相關疾病和代謝性疾病。

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物質。膽汁酸是由肝臟產(chǎn)生的化學物質，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)，應激和社交障礙會減少腸道細菌產(chǎn)生膽汁酸，并改變膽汁酸產(chǎn)生的相關基因。愛爾蘭科克大學學院APC微生物研究所和俄羅斯莫斯科人類形態(tài)學研究所的研究人報告了他們在小鼠自閉癥模型中探討了腸道微生物群、腸道生理學和社會行為之間的相互作用的研究結果。小鼠腸道中非常特殊的負責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。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。

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，通過控制什么進入身體和什么被排泄。如果我們的免疫系統(tǒng)開啟的時間太長，就會導致炎癥，這與抑郁癥和阿爾茨海默病等許多腦部疾病有關。

脂多糖是革蘭氏陰性細菌產(chǎn)生的一種炎癥毒素。當腸道屏障泄漏時，細菌和脂多糖就會進入血液。如果太多的脂肪從腸道進入血液，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，包括嚴重的抑郁癥、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，這些化合物在調節(jié)包括大腦在內的遠端器官的活動中起著重要作用。腸道微生物群在HPA軸調節(jié)中的作用以及通過色氨酸可用性調節(jié)的5-羥色胺能系統(tǒng)也已確立。微生物群具有強烈的可塑性，能夠對飲食做出顯著而迅速的反應，有可能通過條件腸道微生態(tài)和腸道的健康來治療或預防與大腦相關的疾病。