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肠道微生物组对大脑健康的多种影响

【摘要】:肠—脑轴人体肠道微生物组以多种方式影响人类大脑健康:结构性细菌成分如脂多糖为先天免疫系统提供低级强直性刺激。通过这些不同的机制,肠道微生物塑造了下丘脑—垂体—肾上腺轴的应激反应的结构。菌群在健康状态和疾病状态影响CNS。

经过大量的研究,逐步揭开了肠道菌群与大脑之间的联系。肠—脑轴人体肠道微生物组以多种方式影响人类大脑健康:结构性细菌成分如脂多糖为先天免疫系统提供低级强直性刺激。由细菌生态失调、小肠细菌过度生长或肠渗透性增加引起的过度刺激可能产生全身或中枢神经系统炎症;细菌蛋白质可能与人类抗原交叉反应,刺激适应性免疫系统的功能失调反应;细菌酶可产生神经毒性代谢物(如,D-乳酸和氨),甚至有益的代谢物(如,短链脂肪酸)也可能发挥神经毒性;肠道微生物可以与人类产生相同的激素和神经递质,这些激素的细菌受体影响微生物的生长和毒力;肠道细菌直接刺激肠神经系统的传入神经元,通过迷走神经向大脑发送信号。通过这些不同的机制,肠道微生物塑造了下丘脑—垂体—肾上腺轴的应激反应的结构。它们影响记忆、情绪和认知,并且在临床和治疗上与一系列疾病相关,包括酗酒、慢性疲劳综合征、纤维肌痛和不安腿综合征。

图7-4-5 肠—脑轴综合示意图

在健康状态或疾病发生时,多个途径引导微生物组—肠—脑轴的向下和向上方向。向下:CNS通过影响营养的可用性饱食信号肽,影响肠功能和神经通路的内分泌物来控制肠道微生物组成。皮质醇的HPA轴释放调节肠道运动和完整性。免疫途径(细胞,细胞因子和sIgAs)可以开启,用以响应肠道功能的改变。内分泌和神经通路还可以调节来自特化肠上皮细胞的分泌,包括潘氏细胞、肠内分泌细胞和杯状细胞。它们的分泌产物影响菌群的存活和居住环境。向上:肠道微生物组通过神经(通过微生物组直接激活神经元)、内分泌(例如5-羟色胺的肠内分泌细胞释放)、代谢(神经活性分子的菌群合成)和免疫(CNS浸润免疫细胞和全身炎症)途径来控制CNS活动。

(www.chuimin.cn)

图7-4-6 由肠道微生物及其产物直接或间接驱动的基本发育过程

注:A.肠道微生物通过各种直接和间接机制将信息传递给大脑。B.基因神经发育过程因GF动物的定植或因抗生素消耗肠道细菌而调节。具体而言,血脑屏障形成和完整性,神经发生,小胶质细胞成熟和分化,髓鞘形成,和神经营养因子、神经递质及其各自的受体的表达等都是受到相关调节。

菌群在健康状态(神经发育)和疾病(一系列神经免疫和神经精神疾病)状态影响CNS。肠神经系统(ENS)就是肠道的大脑,同时还是联系着肠道外部(微生物群、代谢物和营养物)和内部(免疫细胞和基质细胞)微环境。