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研究表明，肠道菌群可以调节机体的情绪、认知、记忆等，并与焦虑抑郁、孤独症、阿尔茨海默病等神经疾病存在密切关联。那么肠道菌群是如何影响肠道与大脑之间的交流呢？
肠道菌群对大脑的发育影响
肠道菌群从生命的最初阶段就开始影响宿主的生理特性。肠道菌群的改变可能会对包括大脑在内的器官系统发育的关键过程造成损害。动物研究表明，因无菌饲养、使用抗生素治疗或其他环境因素影响，造成母体微生物组或出生后的早期微生物组改变，可能会导致子代的大脑免疫、血脑屏障通透性、大脑结构和神经回路在调节神经元的产生、特性和成熟方面出现异常。这些影响会持续到成年，并易导致长期的行为缺陷，这突出了在神经发育的关键窗口期，维持微生物组平衡的重要性。虽然微生物组对胎儿稳态影响的证据正在喷涌而出，但还需要进一步的研究，来揭示肠道微生物调节早期大脑发育和成熟的确切机制。
肠道菌群和大脑之间的交流
肠道菌群和中枢神经系统（CNS）之间的交流至少可以通过三条平行且相互联系的途径实现。途径1：免疫肠道菌群与肠道免疫系统之间存在密切的互作。包括代谢产物（例如短链脂肪酸SCFAs）和膜成分（例如多糖A）在内的微生物组成分均可影响免疫稳态，形成促炎或抗炎的局部免疫反应。微生物与局部免疫细胞的相互作用，可导致超越胃肠道功能的变化，例如，改变进入体循环细胞因子的释放，或调节位于其他身体部位（如大脑）的免疫细胞。除了对周围免疫细胞的作用外，据报道，肠道菌群还可以调节位于大脑的免疫细胞——小胶质细胞的发育、成熟和功能。在神经炎症的背景下，血脑屏障通透性的改变，可促进微生物组分通过这一屏障，以及外周免疫细胞对脑实质的侵袭。中风等疾病引起的大脑炎症会改变肠道菌群的组成，从而导致恶性循环——肠道菌群失调进一步加剧神经免疫反应，从而加重了大脑病理的严重程度。途径2：内分泌/系统性微生物组分和代谢物，如次级胆汁酸、吲哚衍生物和SCFAs，可以通过肠道内分泌细胞（EECs）和肠嗜铬细胞（ECCs）发出信号，从而调节神经肽的分泌，例如可调节食欲的激素胰高血糖素样肽-1（GLP1）和神经调节剂（如激素和神经递质血清素）。此外，某些肠道细菌可以直接合成和释放神经递质和神经调节剂。如果这些物质被吸收并释放到门静脉循环中，那么，它们对中枢神经元活动的影响程度将取决于它们穿越血脑屏障的能力。据报道，肠道微生物群还与下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴介导的神经内分泌信号通路有双向互作。压力诱导的HPA轴激活会影响肠胃功能，进而改变肠道菌群的组成。相反，肠道菌群的变化会改变HPA轴的功能，这一点可以从菌群缺陷小鼠在平衡期和压力反应中的糖皮质激素水平变化得知。途径3：神经某些微生物组分、微生物调节激素和微生物依赖性免疫介质，可直接与肠神经系统及其支配的迷走神经和脊髓传入神经相互作用。产生的局部信号可通过感觉神经回路传递到参与认知、情绪、恐惧/焦虑、躯体感觉和/或进食行为的大脑区域。反过来，迷走神经和脊髓传出神经会传递信号至肠粘膜，并直接或间接（通过与肠神经系统的相互作用）影响胃肠稳态。通过这种自上而下的信号或微生物相关分子调节肠道内神经元的活动，最终可影响胃肠道生理、局部免疫功能和肠道菌群的组成。
往期回顾
肠道微生物与大脑疾病
肠道菌群与偏头痛
肠脑轴与偏头痛
人体肠道微生态与免疫
抗生素相关性腹泻与肠道菌群
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