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神秘面纱 | “肠-脑轴信使”之神经递质

“All disease begins in the gut.” –Hippocrates of Kos

早在2000多年前,被誉为现代医学之父的希腊医学生希波克拉底就提出了这一理论,近些年来,人们对肠道微生物的研究不断深入也逐渐证实了这一言论。肠道微生物与机体健康的联系甚是紧密,其中包括大脑的健康。越来越多的证据表明,一些精神疾病和神经疾病,如自闭症、焦虑症、抑郁症和神经退行性疾病等,往往并发胃肠道功能障碍,此外,肠道菌群与宿主的神经系统功能及相应的情绪、行为密切相关。近些年提出 “肠-脑轴”概念用于探索肠道菌群、肠道和脑之间的相互作用机制,这包括神经系统(如中枢神经系统、自主神经系统、肠神经系统)、免疫系统、内分泌系统和肠道菌群及其代谢产物。

肠-脑轴信使--神经递质

肠道微生物作为肠脑轴的重要组成部分,可通过多种方式来影响大脑,包括分泌合成神经递质(如氨基丁酸、多巴胺等)、产生具有神经刺激性的代谢物影响免疫系统或生成促神经生长物质(如短链脂肪酸、犬尿氨酸等)以及其他途径(如迷走神经通路或调节重要的膳食氨基酸等)。

神经递质(Neurotransmitter)是一种在神经元与其他人体细胞间携带、扩大和调节信号中充当化学信使的内源性代谢物。根据功能可分为兴奋性神经递质(如肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺、组胺、苯乙胺等)和抑制性神经递质(如γ-氨基丁酸、血清素、牛磺酸、甘氨酸等)。根据化学结构可分为:①胆碱类:主要为乙酰胆碱(Ach)。②单胺类:包括儿茶酚胺(多巴胺DA;去甲肾上腺素NE;肾上腺素E),吲哚胺(血清素5-HT)。③氨基酸类:包括谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)等。④其他:包括前列腺素(GA)、P物质、组胺和神经肽等。

肠道菌群调节神经递质信号

目前已经证明肠道菌群和特定细菌可以通过调节神经递质及其受体进而调节中枢系统和外周系统中的神经递质信号。①肠道菌群可以调节中枢神经递质及其受体的表达。例如,与正常小鼠相比,无菌(GF)小鼠在不同脑区显示出不同水平的5-HT、NE、DA和相关受体。此外,用鼠李糖乳杆菌JB-1灌胃正常小鼠可引起小鼠特定脑区GABA受体水平发生变化。②肠道菌群也可以调节外周神经递质水平。例如,与正常小鼠相比,GF小鼠的外周神经系统和肠道中的5-HT水平降低,可以通过对GF小鼠定植产孢子菌来恢复5-HT水平。此外,与正常小鼠相比,GF小鼠血清中的DA和GABA水平较低。

肠道菌群调节神经递质合成

中枢和外周系统中神经递质的合成不仅可以通过肠道菌群直接产生,还可间接诱导产生。据报道,肠道中神经递质的总水平可能高于大脑。人体内大多数5-HT是由肠嗜铬细胞产生,肠道菌群产生的SCFA是诱导肠嗜铬细胞产生结肠5-HT所必需的条件。众所周知,肠道5-HT在调节结肠运动起着具有重要作用。

另外,一些肠道菌群产生的代谢物可以作为合成中枢神经系统神经递质的前体物质。例如,由肠道菌群产生的色氨酸可以穿过肠道屏障和血脑屏障,随后抵达中枢神经系统用于合成神经递质。

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此外,麦特绘谱还可提供肠道菌群16S和宏基因组测序分析,并对代谢组学数据与菌群数据进行关联分析,助力“肠-脑轴”与神经系统疾病的发病机制研究。

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参考文献

1. Why does the microbiome affect behaviour? Nature Reviews Microbiology 2018. Doi: 10.1038/s41579-018-0014-3.

2. The gut microbiota–brain axis in behaviour and brain disorders. Nature Reviews Microbiology 2019. Doi: 10.1038/s41579-020-00460-0.

3. Toward Understanding Microbiome-Neuronal Signaling. Molecular Cell 2020. Doi: 10.1016/j.molcel.2020.03.006.

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