腸道微生物與人類膳食、心理健康及生理疾病的相互作用關系

楊淑敬

（秦皇島市職業技術學校，河北秦皇島 066200）

腸道微生物與人類膳食、心理健康及生理疾病的相互作用關系

楊淑敬

（秦皇島市職業技術學校，河北秦皇島 066200）

腸道微生物菌群是人類機體的終生陪伴者，腸道微生物的種類、數量、結構與人類膳食和周圍環境關系密切并相互作用。腸道微生物失衡直接導致生理疾病。經由腸腦軸，腸道微生物對人類的心理、情緒和行為產生重要影響。腸道微生物與人類膳食、生理疾病和心理健康彼此之間，均呈現雙向反饋作用關系，整體構成一個彼此密切關聯的系統。

腸道微生物；腸腦；心理健康；菌群干預

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聯，把所有的關聯放在一起系統分析，能夠全面認識腸道微生物與人類健康的相互作用關系。

1 腸道微生物與腸道微生態

1.1 腸道微生物

人體腸道中微生物的細胞數量達1014個，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。當前分子生物學技術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制：人腸道向腸道微生物提供棲息和繁殖環境，其中包括天然的厭氧條件、豐富的營養物質、以及適宜的溫度和pH等；腸道微生物及其代謝產物影響人體的營養物質加工、能量平衡、免疫功能、胃腸道發育及其他多種重要的生命活動，這種互惠共生關系是宿主與腸道微生物之間在長期協同進化中相互選擇和適應的結果，也是一個持續發展進化的過程。

1.2 腸道微生態

腸道菌群與其宿主相互作用相互影響的統一體稱為腸道微生態。人體微生態系統包括口腔、皮膚、泌尿、胃腸道四個微生態系統，以腸道微生態系統最為主要、最為復雜。微生態平衡包括微生物與微生物之間、微生物與機體之間、以及微生物、機體、環境三者之間的平衡關系。腸道微生態的平衡，既受宿主遺傳性的控制，也受宿主所處外環境的影響，宿主對微生態平衡的影響因素包括：宿主的種族、年齡、性別、發育狀況、生理功能、習性、營養及精神緊張、應激反應、感染、老衰、創傷、癌癥、外科手術等[1]。環境對微生態平衡的影響因素包括：氣候、食物、藥物、失重、外來刺激、缺氧、放化療、輻射、激素治療等。

人類腸道中的菌群生態系統復雜多樣，腸道微生物之間形成并保持一定的共生或拮抗關系，英國牛津大學卡瑟瑞恩·考伊特（Katharine Z. Coyte）等科學家建立了數學模型用于研究人類腸道中成百上千種細菌如何能夠成功共存[2]。

2 關于腸腦的研究

除顱腦之外，在我們的身體里還有另一套獨立的神經系統——腸神經系統，其機制非常復雜，也被稱為“第二個大腦”。它包含了一億個細胞，是人類大腦細胞的1 000倍；它大約9 m長，從食道一直延伸到肛門。

1907年，美國醫學博士拜倫·羅賓遜（Byron Robinson）正式出版《腹部和盆腔腦》理論專著，把位于腹腔內游離的神經網稱為“腹腦”[3]。1993年，中國腦外科醫生王錫寧認為：“傳統意義上的人其實是由兩個上下、內外反向對稱的身體構成的，以頸部為界分別稱為頸上人與頸下人。”[4]1998年，美國哥倫比亞大學解剖學和細胞生物學教授邁克爾·格肖恩（Michael Gershon）出版了他的《第二大腦》理論專著，提出每個人都有第二個大腦，它位于人的肚子里，負責“消化”食物、信息、外界刺激、聲音和顏色[5]。

通常認為，腦神經細胞是思考和記憶的細胞，研究發現這種細胞不僅存在于頭腦，也存在于人類的消化道。“第二個大腦”、“腹腦”基本類似于目前各類研究中命名的腸腦。腸腦位于食管、胃臟、小腸與結腸內層組織的鞘中，是含有神經細胞、神經傳遞質、蛋白質和復雜的環行線路。分子生物學、細胞學、免疫學、病理學、生理學等方面的研究為腸腦的存在與功能發揮提供了相關證據。

相對于大腦獨立而高級的神經活動和功能，如記憶、思維、分析、邏輯推理、語言等等，腸腦的功能還不夠強大，但即使人體在休息狀態下腸道仍在運動，除參與消化吸收食物外，還參與身體內其他器官功能的調節，包括影響人的情緒和行為。腸道也能夠思考、記憶和學習，它主要負責我們下意識的活動，即對情勢或環境的直觀感受。邁克爾·格肖恩（Michael Gershon）指出：“腸道向大腦發送的大量信息，都會影響我們的幸福感——我們甚至都意識不到[6]。”

3 腸腦軸——腸道微生物對心理影響的研究

近年來，腸道微生物與心理健康的關聯開始得到關注，腸腦軸的發現揭示了腸道微生物影響心理健康的神經生物學機制。

3.1 腸腦軸——腸道微生物對心理產生影響的結構基礎

顱腦與腸腦的相互作用可通過三個層次來實現：第一層次是腸神經系統的局部調整；第二層次是椎前神經節，接受和調控來自腸神經系統和中樞神經系統兩方面的信息；第三層次是中樞神經系統，由顱腦的各級中樞和脊髓接受內外環境變化時傳入的各種信息，經過整合，再有自主神經系統和神經—內分泌系統將調控信息傳送到腸神經系統或直接作用于腸效應細胞。這種在不同層級將腸道神經系統與中樞神經系統聯系起來的神經—內分泌網絡稱為腸—腦軸[7]。機體通過腸腦軸之間的神經—內分泌網絡的雙向回路發生的相互作用稱為腸腦互動。腸神經系統既可以獨立工作，也可以跟大腦通力合作。

通過哪些物質來實現信息在雙腦之間的傳遞呢？腸腦和顱腦存在共通的聯系物質，構成了腸腦互動的化學基礎。腸腦中幾乎能找到顱腦賴以運轉和控制的所有物質，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為神經肽的腦蛋白、腦啡肽以及對神經起顯著作用的化學物質。人體的神經傳遞物質——血清素95%都產生于腸腦。腸腦負責向顱腦遞送全身所需95%的血清素和50%的多巴胺[8]。物質的聯系構成了信息、情緒和能量聯系的基礎，并且這種聯系的通路是雙向的。

顱腦面臨驚恐或情緒壓抑時釋出的應激激素會刺激食管感到吞咽困難，沖擊胃臟產生痙攣，嚴重時會導致腹瀉[9]。

1990年，科學家馬克·萊特（Mark Lyte）提出了“Stress ->Immune ->Disease”理論，并開展了很多實驗探究微生物是怎樣響應宿主的壓力、以及探究微生物能否誘發宿主的壓力[10]。世界各地類似研究不斷增多，在隨后的研究中他指出可以將益生菌“定制”、改善腸道環境以針對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介質的雙向應答系統，反饋作用是雙向的，二者的相互作用統一體形成腸腦軸，腸腦軸在腸腦與顱腦的心理調控功能聯結中起到關鍵作用。

3.2 腸道微生物對腸腦軸的啟動與調控作用

3.2.1 腸道微生物——腸腦發揮功能的生物催化媒介

雙腦發揮功能的方式有所不同，顱腦發揮功能沒有微生物的直接參與運行，而腸腦必須有腸道微生物共生復合才能有效發揮作用。

腸道內的微生物分泌著大量的化學物質，不但有和代謝、免疫相關的因子，也包括了與神經細胞用來溝通和調節情緒的物質相同的東西——多巴胺、血清素和γ-氨基丁酸（GABA）等。人類腸道上皮細胞90%都可以產生五羥色胺，腸道菌群的代謝產物能促進腸道細胞產生五羥色胺[12]。腸道菌群能直接改變神經遞質水平，這說明細菌和神經元之間可以產生通訊聯系。腸道微生物直接影響著宿主腸道神經系統發揮作用，腸道微生物是腸腦軸的啟動調節鍵。

3.2.2 腸道微生物——顱腦發育和發揮功能的重要影響因素

一方面，微生物及其“副產品”主要通過激活神經纖維，或者通過調節宿主機體的免疫激素、神經化學系統，對顱腦產生影響；另一方面腸道微生物對顱腦的影響主要通過腸腦軸的互動來實現。

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

艾莫倫·梅爾（Emeran Mayer）教授曾用MRI掃描來查看數以千計志愿者的大腦來比較大腦的結構和腸道內不同細菌的類型的關系。他發現大腦區域間的連接是不同的，是依哪類細菌主導性地寄生一個人的腸道中而定的，所以他推斷出特定的某些不同微生物混合在人類腸道中可能幫助塑造了大腦的某些類型[13]。即腸道微生物在人體生理生長的同時參與塑造大腦的結構，并且在成年時影響著情緒、行為、感覺。研究發現，腸道細菌一旦缺席，腦部的結構和功能也隨之變化。

4 腸道微生物與生理疾病的相互作用

一個人的內臟在75年中大約要通過30多噸的營養物質和5萬多升的液體，這些東西的通過量由腸腦高智能地操縱著。腸腦能分析成千上萬種化學物質的成分，并使人體免受各種毒物和危險的侵害。腸是人體中最大的免疫器官，它擁有人體70%的防御細胞，大量的防御細胞與腸腦相通。

腸道微生物作為人體的體外細胞，其正常新城代謝過程中的物質交換過程直接在腸道內進行，各種代謝物質對于機體來講，屬于外來抗原，腸道響應自體和外界環境中多種抗原、生成對抗特定抗原的單一抗體，發生的化學作用均有體外抗原與體內抗體之間的免疫反應過程。當毒素進入身體時，機體發生相應的免疫反應，腸腦最先察覺，然后立即向大腦發出警告信號，接著采取行動：嘔吐、痙攣或排泄。

腸道免疫系統能夠對病原微生物產生免疫應答，卻對食物和腸道微生物產生免疫耐受，即通常所說的免疫學矛盾。前腸中抗原主要來自于食物，而回腸和結腸中抗原不僅來自于食物，還增加了復雜的腸道微生物。這些食物和腸道微生物與普通抗原一樣，在體外試驗中均能引起免疫應答，在體內卻通常產生免疫惰性。

在一項針對小鼠的新研究中，來自美國加州大學伯克利分校等機構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新獲得的微生物產生的免疫反應[14]。

根據波士頓兒童醫院杜恩·威斯曼（Duane Wesemann）博士和弗萊德里克·艾爾特（Frederick Alt）博士發表的一項研究，證實腸道細菌顯著地影響了免疫系統的B淋巴細胞，B細胞在腸道中早期發育，并且微生物影響了這一過程。腸道免疫系統對食物和腸道微生物產生免疫耐受，即從出生開始，腸道微生物就在一點一點塑造著腸道免疫系統。

腸道微生態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，是過敏、糖尿病、肥胖等一些生理疾病的根源。

5 膳食結構與腸道微生物的相互作用

膳食結構的合理與穩定，對維持腸道微生態非常重要，腸道菌群又通過參與食物的消化、吸收、以及合成部分營養素等，調節著人體的新陳代謝。

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。同時在實驗中發現，飲食對腸道菌群的影響可能掩蓋了因基因型不同而導致的本已存在的差異。腸道菌群的變化對飲食的應答呈現明顯的劑量依賴關系，飲食的微妙變化會引起腸道菌群成分結構的改變；腸道內長期穩定的菌群成分、結構影響著個人的飲食偏好和習慣，二者在一定限度內按照正相關相互影響相互作用。

6 腸道微生物與人類膳食、心理健康與生理疾病相互作用關系圖

腸道微生物與人類膳食、心理健康與生理疾病相互作用關系可以通過下圖進行概括說明：

7 結語

圖1 腸道信息交換

腸道共生微生物與人類膳食結構、心理健康和生理疾病密切相關，在機體物質和信息交換過程中，腸道處于樞紐位置。腸道微生物是腸道基因表達過程和信息傳遞過程中不可或缺的程序編譯員。深入研究人類共生微生物與健康和疾病的關系，將為一些疾病的預防和治療提供指導和方向。人類作為自身微生物菌群的管理者，應學會科學利用微生物促進身心健康。

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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，教育學碩士，副高級，研究方向：腸道微生物學。