2022肠道菌群-肠-脑轴的研究进展(全文)

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2022 肠道菌群-肠-脑轴的研究进展（全文）

摘要

肠道菌群-肠-脑轴在神经、精神发育和胃肠道疾病的生物和生理学基础研

究领域中越来越受关注。肠道菌群和大脑通过自主神经系统、免疫系统、

代谢产物(如短链脂肪酸、胆汁酸和支链氨基酸)等多种途径相互交流。影

响宿主菌群组成的因素众多，包括遗传、分娩方式、感染、抗生素的使

用、营养状况、环境压力源、生活习惯和昼夜节律等。焦虑症、抑郁症、

肠易激综合征、炎症性肠病、肥胖、孤独症等多种疾病涉及肠道菌群-肠-

脑轴改变，动物模型、粪菌移植、脑成像和菌群基因组测定等研究方式

的发展对了解肠道菌群-肠-脑轴起到了至关重要的作用。

肠-脑轴在健康维持和疾病发生、发展过程中起着关键作用，肠道微生物

群已成为肠-脑轴的关键调节点。对无菌动物的研究表明，体内缺乏微生

物群，大脑会受到明显影响；给予特定细菌菌株或受微生物感染的动物

或人的行为则发生了改变，且在生命早期或成年前使用抗生素会对大脑、

脊髓和肠神经系统造成长期影响。某些临床诊疗经验也进一步验证了肠

道菌群的重要作用，如肝性脑病可通过使用抗生素清除肠道微生物来治

疗。为更深入地了解和探究相关机制，肠道菌群-肠-脑轴的概念由此出现，

本文就其研究进展进行综述。

肠道菌群-肠-脑轴的概念

人体内微生物群绝大多数定殖于肠道。肠道与大脑之间存在双向信息交

流网络，肠道菌群在其中起着重要作用，研究人员据此提出"肠道菌群-

肠-脑轴"这一概念。

肠道菌群-肠-脑轴的信号交流途径

肠道菌群与大脑之间有许多潜在的交流途径，包括从神经支配的、高度

可调节的神经元途径到难以测量的小分子信息传递系统。

1．自主神经系统和递质：

自主神经系统包括交感神经、副交感神经和肠神经系统。自主神经系统

通过与下丘脑-垂体-肾上腺轴的结合作用调节宿主的生理稳态。肠道细菌

通过合成与分泌神经递质、神经营养因子或代谢产物作用于神经系统

[1]。乙酰胆碱和去甲肾上腺素是最主要的自主神经递质，其中乙酰胆碱

从神经末梢释放后通过作用于大脑皮质的烟碱受体(包括 γ-氨基丁酸、甘

氨酸和一些谷氨酸受体)而发挥作用。交感神经活动能改变平滑肌的胆碱

能传递、括约肌收缩功能、肠黏液层的厚度和组成，并可通过激活交感

神经诱导中性粒细胞聚集和刺激体液免疫应答定位炎症反应。迷走神经

分布着大量的肠调节肽和肠道代谢产物受体，是肠道菌群影响中枢神经

系统的主要途径[2]。应激状态下无菌小鼠的血浆促肾上腺皮质激素和皮

质酮水平升高，且小鼠表现出更强烈的下丘脑-垂体-肾上腺轴反应[3]。

已知肠神经系统与阿尔茨海默病和帕金森病等中枢神经系统疾病有关，

而肠道菌群可通过肠嗜铬细胞调节 5-羟色胺释放影响肠神经系统功能。

抗生素引起的肠道微生态破坏也与肠神经系统有关，经抗生素处理的成

年小鼠肠黏膜胶质细胞减少[4]。

2．免疫系统：

肠道菌群-宿主相互作用导致细胞因子、趋化因子、神经递质、神经肽、

内分泌信使和微生物代谢物质释放，这些物质可以渗透到血液和淋巴系

统影响迷走神经和脊髓传入神经元传递的信息，并可能调节大脑活动和

疾病行为。肠黏膜识别受体如 Toll 样受体可通过与脂多糖等结合激活树

突状细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等免疫细胞，源于肠道菌群的代谢产

物也可通过刺激外周抗原提呈细胞产生多种细胞因子(如白细胞介素-

1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α)，后者可透过血脑屏障直接对大脑

功能造成影响。此外，肠道菌群还可通过影响大脑中免疫细胞如小胶质

细胞的数量和功能调节大脑功能，从而参与抑郁症发生[1,3]。脑卒中后

24 h 小肠 Peyer′s 斑块中T细胞和B细胞数量显著减少，肠道通透性增

加，肠黏膜免疫降低，使肠道微生物移位，提示脑损伤可通过自主神经

系统和(或)下丘脑-垂体-肾上腺轴影响肠道功能，包括免疫功能[5]。

3．肠道菌群代谢产物：

宿主腔内胆汁酸循环的缺陷与小肠细菌过度生长、炎症激活和肠上皮损

伤有关，胆汁酸可以直接发挥抗菌作用。此外，胆汁酸通过激活核法尼

酯 X 受体诱导宿主表达抗菌防御基因[6]。乳杆菌、双歧杆菌等都能表达

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摘要：

2022年肠道菌群肠脑轴在神经、精神发育及胃肠道疾病领域的研究备受关注。肠道菌群与大脑通过自主神经系统、免疫系统及代谢产物等多种途径交流影响宿主菌群组成的因素众多。焦虑症、抑郁症、肠易激综合征等多种疾病与肠道菌群肠脑轴改变有关。动物模型、粪菌移植、脑成像等研究方法对了解肠道菌群肠脑轴起到了至关重要的作用。其中自主神经系统和递质、免疫系统、肠道菌群代谢产物是肠道菌群与大脑间的主要信号交流途径。肠道菌群肠脑轴紊乱参与多种疾病进程如抑郁症、焦虑症、孤独症、肠易激综合征、肥胖、炎症性肠病等。常用研究方法包括无菌动物和悉生动物模型、抗生素干预、粪菌移植、脑成像技术等。未来研究需从前瞻性纵向研究、因果分析研究及大规模菌群相关治疗方法试验等方向展开肠道菌群肠脑轴或将成为推进个体化诊疗的有利靶点。

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