楊淑敬

（秦皇島市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，河北秦皇島 066200）

腸道微生物與人類(lèi)膳食、心理健康及生理疾病的相互作用關(guān)系

楊淑敬

（秦皇島市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，河北秦皇島 066200）

腸道微生物菌群是人類(lèi)機(jī)體的終生陪伴者，腸道微生物的種類(lèi)、數(shù)量、結(jié)構(gòu)與人類(lèi)膳食和周?chē)h(huán)境關(guān)系密切并相互作用。腸道微生物失衡直接導(dǎo)致生理疾病。經(jīng)由腸腦軸，腸道微生物對(duì)人類(lèi)的心理、情緒和行為產(chǎn)生重要影響。腸道微生物與人類(lèi)膳食、生理疾病和心理健康彼此之間，均呈現(xiàn)雙向反饋?zhàn)饔藐P(guān)系，整體構(gòu)成一個(gè)彼此密切關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。

腸道微生物；腸腦；心理健康；菌群干預(yù)

食物與腸道微生物、微生物與生理健康乃至心理健康之間有著密切的關(guān)聯(lián)，把所有的關(guān)聯(lián)放在一起系統(tǒng)分析，能夠全面認(rèn)識(shí)腸道微生物與人類(lèi)健康的相互作用關(guān)系。

1 腸道微生物與腸道微生態(tài)

1.1 腸道微生物

人體腸道中微生物的細(xì)胞數(shù)量達(dá)1014個(gè)，占人體微生物總量的78%。腸道微生物約400 ～500種，分為原籍菌群和外籍菌群。當(dāng)前分子生物學(xué)技術(shù)的研究初步揭示出宿主與腸道微生物之間互惠共生的分子機(jī)制：人腸道向腸道微生物提供棲息和繁殖環(huán)境，其中包括天然的厭氧條件、豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、以及適宜的溫度和pH等；腸道微生物及其代謝產(chǎn)物影響人體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加工、能量平衡、免疫功能、胃腸道發(fā)育及其他多種重要的生命活動(dòng)，這種互惠共生關(guān)系是宿主與腸道微生物之間在長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化中相互選擇和適應(yīng)的結(jié)果，也是一個(gè)持續(xù)發(fā)展進(jìn)化的過(guò)程。

1.2 腸道微生態(tài)

腸道菌群與其宿主相互作用相互影響的統(tǒng)一體稱(chēng)為腸道微生態(tài)。人體微生態(tài)系統(tǒng)包括口腔、皮膚、泌尿、胃腸道四個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)，以腸道微生態(tài)系統(tǒng)最為主要、最為復(fù)雜。微生態(tài)平衡包括微生物與微生物之間、微生物與機(jī)體之間、以及微生物、機(jī)體、環(huán)境三者之間的平衡關(guān)系。腸道微生態(tài)的平衡，既受宿主遺傳性的控制，也受宿主所處外環(huán)境的影響，宿主對(duì)微生態(tài)平衡的影響因素包括：宿主的種族、年齡、性別、發(fā)育狀況、生理功能、習(xí)性、營(yíng)養(yǎng)及精神緊張、應(yīng)激反應(yīng)、感染、老衰、創(chuàng)傷、癌癥、外科手術(shù)等[1]。環(huán)境對(duì)微生態(tài)平衡的影響因素包括：氣候、食物、藥物、失重、外來(lái)刺激、缺氧、放化療、輻射、激素治療等。

人類(lèi)腸道中的菌群生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，腸道微生物之間形成并保持一定的共生或拮抗關(guān)系，英國(guó)牛津大學(xué)卡瑟瑞恩·考伊特（Katharine Z. Coyte）等科學(xué)家建立了數(shù)學(xué)模型用于研究人類(lèi)腸道中成百上千種細(xì)菌如何能夠成功共存[2]。

2 關(guān)于腸腦的研究

除顱腦之外，在我們的身體里還有另一套獨(dú)立的神經(jīng)系統(tǒng)——腸神經(jīng)系統(tǒng)，其機(jī)制非常復(fù)雜，也被稱(chēng)為“第二個(gè)大腦”。它包含了一億個(gè)細(xì)胞，是人類(lèi)大腦細(xì)胞的1 000倍；它大約9 m長(zhǎng)，從食道一直延伸到肛門(mén)。

1907年，美國(guó)醫(yī)學(xué)博士拜倫·羅賓遜（Byron Robinson）正式出版《腹部和盆腔腦》理論專(zhuān)著，把位于腹腔內(nèi)游離的神經(jīng)網(wǎng)稱(chēng)為“腹腦”[3]。1993年，中國(guó)腦外科醫(yī)生王錫寧認(rèn)為：“傳統(tǒng)意義上的人其實(shí)是由兩個(gè)上下、內(nèi)外反向?qū)ΨQ(chēng)的身體構(gòu)成的，以頸部為界分別稱(chēng)為頸上人與頸下人?！盵4]1998年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)解剖學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授邁克爾·格肖恩（Michael Gershon）出版了他的《第二大腦》理論專(zhuān)著，提出每個(gè)人都有第二個(gè)大腦，它位于人的肚子里，負(fù)責(zé)“消化”食物、信息、外界刺激、聲音和顏色[5]。

通常認(rèn)為，腦神經(jīng)細(xì)胞是思考和記憶的細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)這種細(xì)胞不僅存在于頭腦，也存在于人類(lèi)的消化道。“第二個(gè)大腦”、“腹腦”基本類(lèi)似于目前各類(lèi)研究中命名的腸腦。腸腦位于食管、胃臟、小腸與結(jié)腸內(nèi)層組織的鞘中，是含有神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)傳遞質(zhì)、蛋白質(zhì)和復(fù)雜的環(huán)行線路。分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、免疫學(xué)、病理學(xué)、生理學(xué)等方面的研究為腸腦的存在與功能發(fā)揮提供了相關(guān)證據(jù)。

相對(duì)于大腦獨(dú)立而高級(jí)的神經(jīng)活動(dòng)和功能，如記憶、思維、分析、邏輯推理、語(yǔ)言等等，腸腦的功能還不夠強(qiáng)大，但即使人體在休息狀態(tài)下腸道仍在運(yùn)動(dòng)，除參與消化吸收食物外，還參與身體內(nèi)其他器官功能的調(diào)節(jié)，包括影響人的情緒和行為。腸道也能夠思考、記憶和學(xué)習(xí)，它主要負(fù)責(zé)我們下意識(shí)的活動(dòng)，即對(duì)情勢(shì)或環(huán)境的直觀感受。邁克爾·格肖恩（Michael Gershon）指出：“腸道向大腦發(fā)送的大量信息，都會(huì)影響我們的幸福感——我們甚至都意識(shí)不到[6]。”

3 腸腦軸——腸道微生物對(duì)心理影響的研究

近年來(lái)，腸道微生物與心理健康的關(guān)聯(lián)開(kāi)始得到關(guān)注，腸腦軸的發(fā)現(xiàn)揭示了腸道微生物影響心理健康的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。

3.1 腸腦軸——腸道微生物對(duì)心理產(chǎn)生影響的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

顱腦與腸腦的相互作用可通過(guò)三個(gè)層次來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一層次是腸神經(jīng)系統(tǒng)的局部調(diào)整；第二層次是椎前神經(jīng)節(jié)，接受和調(diào)控來(lái)自腸神經(jīng)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)兩方面的信息；第三層次是中樞神經(jīng)系統(tǒng)，由顱腦的各級(jí)中樞和脊髓接受內(nèi)外環(huán)境變化時(shí)傳入的各種信息，經(jīng)過(guò)整合，再有自主神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)—內(nèi)分泌系統(tǒng)將調(diào)控信息傳送到腸神經(jīng)系統(tǒng)或直接作用于腸效應(yīng)細(xì)胞。這種在不同層級(jí)將腸道神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的神經(jīng)—內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為腸—腦軸[7]。機(jī)體通過(guò)腸腦軸之間的神經(jīng)—內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)的雙向回路發(fā)生的相互作用稱(chēng)為腸腦互動(dòng)。腸神經(jīng)系統(tǒng)既可以獨(dú)立工作，也可以跟大腦通力合作。

通過(guò)哪些物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息在雙腦之間的傳遞呢？腸腦和顱腦存在共通的聯(lián)系物質(zhì)，構(gòu)成了腸腦互動(dòng)的化學(xué)基礎(chǔ)。腸腦中幾乎能找到顱腦賴以運(yùn)轉(zhuǎn)和控制的所有物質(zhì)，如血清素（五羥色胺）、多巴胺、谷氨酸、去甲腎上腺素、一氧化氮等。腸腦中還存在多種被稱(chēng)為神經(jīng)肽的腦蛋白、腦啡肽以及對(duì)神經(jīng)起顯著作用的化學(xué)物質(zhì)。人體的神經(jīng)傳遞物質(zhì)——血清素95%都產(chǎn)生于腸腦。腸腦負(fù)責(zé)向顱腦遞送全身所需95%的血清素和50%的多巴胺[8]。物質(zhì)的聯(lián)系構(gòu)成了信息、情緒和能量聯(lián)系的基礎(chǔ)，并且這種聯(lián)系的通路是雙向的。

顱腦面臨驚恐或情緒壓抑時(shí)釋出的應(yīng)激激素會(huì)刺激食管感到吞咽困難，沖擊胃臟產(chǎn)生痙攣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致腹瀉[9]。

1990年，科學(xué)家馬克·萊特（Mark Lyte）提出了“Stress ->Immune ->Disease”理論，并開(kāi)展了很多實(shí)驗(yàn)探究微生物是怎樣響應(yīng)宿主的壓力、以及探究微生物能否誘發(fā)宿主的壓力[10]。世界各地類(lèi)似研究不斷增多，在隨后的研究中他指出可以將益生菌“定制”、改善腸道環(huán)境以針對(duì)性的治療特定的精神和心理疾病[11]。

眾多研究表明，腸腦與顱腦之間具有神經(jīng)介質(zhì)的雙向應(yīng)答系統(tǒng)，反饋?zhàn)饔檬请p向的，二者的相互作用統(tǒng)一體形成腸腦軸，腸腦軸在腸腦與顱腦的心理調(diào)控功能聯(lián)結(jié)中起到關(guān)鍵作用。

3.2 腸道微生物對(duì)腸腦軸的啟動(dòng)與調(diào)控作用

3.2.1 腸道微生物——腸腦發(fā)揮功能的生物催化媒介

雙腦發(fā)揮功能的方式有所不同，顱腦發(fā)揮功能沒(méi)有微生物的直接參與運(yùn)行，而腸腦必須有腸道微生物共生復(fù)合才能有效發(fā)揮作用。

腸道內(nèi)的微生物分泌著大量的化學(xué)物質(zhì)，不但有和代謝、免疫相關(guān)的因子，也包括了與神經(jīng)細(xì)胞用來(lái)溝通和調(diào)節(jié)情緒的物質(zhì)相同的東西——多巴胺、血清素和γ-氨基丁酸（GABA）等。人類(lèi)腸道上皮細(xì)胞90%都可以產(chǎn)生五羥色胺，腸道菌群的代謝產(chǎn)物能促進(jìn)腸道細(xì)胞產(chǎn)生五羥色胺[12]。腸道菌群能直接改變神經(jīng)遞質(zhì)水平，這說(shuō)明細(xì)菌和神經(jīng)元之間可以產(chǎn)生通訊聯(lián)系。腸道微生物直接影響著宿主腸道神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用，腸道微生物是腸腦軸的啟動(dòng)調(diào)節(jié)鍵。

3.2.2 腸道微生物——顱腦發(fā)育和發(fā)揮功能的重要影響因素

一方面，微生物及其“副產(chǎn)品”主要通過(guò)激活神經(jīng)纖維，或者通過(guò)調(diào)節(jié)宿主機(jī)體的免疫激素、神經(jīng)化學(xué)系統(tǒng)，對(duì)顱腦產(chǎn)生影響；另一方面腸道微生物對(duì)顱腦的影響主要通過(guò)腸腦軸的互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除以上兩方面，腸道微生物作為重要的環(huán)境因素影響著顱腦的發(fā)育和功能。圍產(chǎn)期暴露于致病微生物后，可引起焦慮行為和認(rèn)知功能受損。腸道微生物很可能輔助著神經(jīng)、大腦生物化學(xué)、行為，特別是與壓力、焦慮和抑郁相關(guān)的正常發(fā)育。

艾莫倫·梅爾（Emeran Mayer）教授曾用MRI掃描來(lái)查看數(shù)以千計(jì)志愿者的大腦來(lái)比較大腦的結(jié)構(gòu)和腸道內(nèi)不同細(xì)菌的類(lèi)型的關(guān)系。他發(fā)現(xiàn)大腦區(qū)域間的連接是不同的，是依哪類(lèi)細(xì)菌主導(dǎo)性地寄生一個(gè)人的腸道中而定的，所以他推斷出特定的某些不同微生物混合在人類(lèi)腸道中可能幫助塑造了大腦的某些類(lèi)型[13]。即腸道微生物在人體生理生長(zhǎng)的同時(shí)參與塑造大腦的結(jié)構(gòu)，并且在成年時(shí)影響著情緒、行為、感覺(jué)。研究發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌一旦缺席，腦部的結(jié)構(gòu)和功能也隨之變化。

4 腸道微生物與生理疾病的相互作用

一個(gè)人的內(nèi)臟在75年中大約要通過(guò)30多噸的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和5萬(wàn)多升的液體，這些東西的通過(guò)量由腸腦高智能地操縱著。腸腦能分析成千上萬(wàn)種化學(xué)物質(zhì)的成分，并使人體免受各種毒物和危險(xiǎn)的侵害。腸是人體中最大的免疫器官，它擁有人體70%的防御細(xì)胞，大量的防御細(xì)胞與腸腦相通。

腸道微生物作為人體的體外細(xì)胞，其正常新城代謝過(guò)程中的物質(zhì)交換過(guò)程直接在腸道內(nèi)進(jìn)行，各種代謝物質(zhì)對(duì)于機(jī)體來(lái)講，屬于外來(lái)抗原，腸道響應(yīng)自體和外界環(huán)境中多種抗原、生成對(duì)抗特定抗原的單一抗體，發(fā)生的化學(xué)作用均有體外抗原與體內(nèi)抗體之間的免疫反應(yīng)過(guò)程。當(dāng)毒素進(jìn)入身體時(shí)，機(jī)體發(fā)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)，腸腦最先察覺(jué)，然后立即向大腦發(fā)出警告信號(hào)，接著采取行動(dòng)：嘔吐、痙攣或排泄。

腸道免疫系統(tǒng)能夠?qū)Σ≡⑸锂a(chǎn)生免疫應(yīng)答，卻對(duì)食物和腸道微生物產(chǎn)生免疫耐受，即通常所說(shuō)的免疫學(xué)矛盾。前腸中抗原主要來(lái)自于食物，而回腸和結(jié)腸中抗原不僅來(lái)自于食物，還增加了復(fù)雜的腸道微生物。這些食物和腸道微生物與普通抗原一樣，在體外試驗(yàn)中均能引起免疫應(yīng)答，在體內(nèi)卻通常產(chǎn)生免疫惰性。

在一項(xiàng)針對(duì)小鼠的新研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校等機(jī)構(gòu)的研究人員揭示出從母乳中獲得的免疫球蛋白G抗體有助抑制在生命早期對(duì)新獲得的微生物產(chǎn)生的免疫反應(yīng)[14]。

根據(jù)波士頓兒童醫(yī)院杜恩·威斯曼（Duane Wesemann）博士和弗萊德里克·艾爾特（Frederick Alt）博士發(fā)表的一項(xiàng)研究，證實(shí)腸道細(xì)菌顯著地影響了免疫系統(tǒng)的B淋巴細(xì)胞，B細(xì)胞在腸道中早期發(fā)育，并且微生物影響了這一過(guò)程。腸道免疫系統(tǒng)對(duì)食物和腸道微生物產(chǎn)生免疫耐受，即從出生開(kāi)始，腸道微生物就在一點(diǎn)一點(diǎn)塑造著腸道免疫系統(tǒng)。

腸道微生態(tài)平衡是生理健康的必要條件。微生物的失衡，影響腸道和人體正常的免疫功能，是過(guò)敏、糖尿病、肥胖等一些生理疾病的根源。

5 膳食結(jié)構(gòu)與腸道微生物的相互作用

膳食結(jié)構(gòu)的合理與穩(wěn)定，對(duì)維持腸道微生態(tài)非常重要，腸道菌群又通過(guò)參與食物的消化、吸收、以及合成部分營(yíng)養(yǎng)素等，調(diào)節(jié)著人體的新陳代謝。

腸道菌群改變的方向因宿主基因型不同和宿主腸道菌群背景不同而存在差異。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，飲食對(duì)腸道菌群的影響可能掩蓋了因基因型不同而導(dǎo)致的本已存在的差異。腸道菌群的變化對(duì)飲食的應(yīng)答呈現(xiàn)明顯的劑量依賴關(guān)系，飲食的微妙變化會(huì)引起腸道菌群成分結(jié)構(gòu)的改變；腸道內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定的菌群成分、結(jié)構(gòu)影響著個(gè)人的飲食偏好和習(xí)慣，二者在一定限度內(nèi)按照正相關(guān)相互影響相互作用。

6 腸道微生物與人類(lèi)膳食、心理健康與生理疾病相互作用關(guān)系圖

腸道微生物與人類(lèi)膳食、心理健康與生理疾病相互作用關(guān)系可以通過(guò)下圖進(jìn)行概括說(shuō)明：

7 結(jié)語(yǔ)

圖1 腸道信息交換

腸道共生微生物與人類(lèi)膳食結(jié)構(gòu)、心理健康和生理疾病密切相關(guān)，在機(jī)體物質(zhì)和信息交換過(guò)程中，腸道處于樞紐位置。腸道微生物是腸道基因表達(dá)過(guò)程和信息傳遞過(guò)程中不可或缺的程序編譯員。深入研究人類(lèi)共生微生物與健康和疾病的關(guān)系，將為一些疾病的預(yù)防和治療提供指導(dǎo)和方向。人類(lèi)作為自身微生物菌群的管理者，應(yīng)學(xué)會(huì)科學(xué)利用微生物促進(jìn)身心健康。

[1] Nathalie M Delzenne，Patrice D Cani. Interaction Between Obesity and the Gut Microbiota： Relevance in Nutrition[J]. Annual Review of Nutrition，2011，31：15-31.

[2] Katharine Z Coyte，Jonas Schluter，Kevin R Foster. The ecology of the microbiome： Networks，competition，and stability[J]. science，2015，350：663-666.

[3] Byron Robinson. The abdominal and pelvic brain[M]. Hammond： Frank S. Betz， 1907：123-126.

[4] 王錫寧.論人體巨系統(tǒng)的解剖構(gòu)成原理：結(jié)繩原理[J]. 醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐，1993，6（01）：40-43+15.

[5] 田在善.有關(guān)“腹腦（第二大腦）”之說(shuō)[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合外科雜志，2005，12（05）：454-457.

[6] http：//www.360doc.com/content/15/0615/19/11542102_478 343952.shtml，2016/05.

[7] A J Montiel Castro，RM González-Cervantes，G Bravo-Ruiseco，G Pacheco-López .The Microbiota-gutbrain Axis： Neurobehavioral Correlates，Health and Sociality[J]. Frontiers in Integrative Neuroscience，2013，7：70.

[8] P C Konturek，etal. Stress And the Gut： Pathophysiology，Clinical Consequences，Diagnostic Approach And Treatment Options[J]. Physio & Pharm，2011，62（6）：591-599.

[9] Dréau Didier，Mark Lyte，F(xiàn)owler Nina etal.Social Conflict Stress，Immune Responses，And Resistance to Infection[J]. Shock， 1997， 7（4）：419-438.

[10] D Dreau，G Sonnenfeld，N Fowler，DS Morton，Mark Lyte. Social stress alters splenocyte phenotype and function[J]. Physiology & Behavior， 1999， 67（1）：119-125.

[11] Hsiao EY，McBride SW，Hsien S，Sharon G，Hyde ER，etal. The microbiota modulates behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders[J].Cell，2013，155：1451-1463.

[12] Emeran Mayer. Gut feelings： the emerging biology of gut-brain communication[J]. Nat Rev Neurosci， 2011；12（8）：453-66.

[13] Meghan A. Koch，Gabrielle L Reiner，Kyler A Lugo etal. Maternal IgG and IgA Antibodies Dampen Mucosal T Helper Cell Responses in Early Life[J]. Cell，2016，165（4）：827-841.

[14] Duane Wesemann，Andrew J Portuguese.Microbial colonization influences early B-lineage development in the gut lamina propria[J]. Nature，2013，501（7465）：112-115.

The Interaction Between Intestinal Microorganism and Human Diet，Mental Health and Physiological Diseases

Yang Shujing
（Qinhuangdao vocational technical school，Qinhuangdao Hebei 066200，China）

intestinal microbiome is a lifelong companion of human organism，and the species，quantity and structure of intestinal microorganism are closely related to human diet and surrounding environment. Intestinal microbial imbalance leads to physical illness. Through the gut brain，gut microbes have an important influence on human psychology，mood and behavior. Intestinal microorganism and human diet，physical disease and mental health are all present in a two-way feedback function，and the whole constitute a system closely related to each other.

intestinal microorganism；the gut brain；mental health；flora intervention

楊淑敬，教育學(xué)碩士，副高級(jí)，研究方向：腸道微生物學(xué)。