肠道与大脑之间的联系是什么？

微生物群落不仅影响你的情绪、睡眠，甚至运动的动力。有确凿的证据表明，它是帕金森病的起点，并可能导致长新冠的认知症状。而它位于大脑下方约两英尺的位置。

微生物群落在我们的健康中显然起着消化食物和提取营养的作用。但科学家们越来越认识到，我们的消化系统以更广泛的方式影响我们的整体健康。微生物群落对健康影响的一个引人注目的方面是它对大脑的直接影响和沟通，这一通路被称为肠-脑轴。

通过连接大脑和微生物群落的迷走神经发出的直接信号，以及从微生物群落微生物和从微生物群落迁移到身体其他部位的免疫细胞分泌到血液中的分子，我们的大脑和消化道不断进行交流。当这种交流出现故障时，就会导致疾病和紊乱。

微生物群落感觉

肠-脑连接是大脑形成身体内部图像的关键部分，这一现象称为内感受。斯坦福大学医学院病理学助理教授Christoph Thaiss博士解释说，在神经科学领域，对外部感知的研究历史悠久。我们对用来感知周围环境的五种感官以及这些信号是如何从外部状态（如光子、声波、味道分子）转化为大脑中的电信号有相当好的理解。

但对于模糊的内部世界，科学界还知之甚少。我们不知道内感受涉及多少种感觉。科学家们仍然不清楚体内的感觉神经元解剖结构，哪些神经连接到哪些组织。研究人员刚刚开始发现一些参与内部感觉的分子。他们所知道的是，许多这些分子起源于微生物群落，无论是代谢产物还是微生物群落细菌的分泌物。

“这些分子对于大脑了解体内情况并相应地调节生理状态非常重要，”Thaiss说。

这些分子对于大脑了解体内情况并相应地调节生理状态非常重要。

Christoph Thaiss

这些生理状态包括饥饿、疲劳、需要排尿或不被意识察觉的状态，如维持血糖水平。

迷走神经与长新冠

Thaiss与斯坦福大学医学院病理学助理教授Maayan Levy博士合作，探索长新冠期间受损的肠-脑信号如何导致认知问题，如脑雾和记忆缺失。

在2023年发表的一项研究中，科学家们发现长新冠与体内天然血清素水平的降低有关。血清素是一种信号分子，由大脑和微生物群落产生。在大脑中，血清素影响情绪、睡眠和记忆。在身体其他部位，血清素也发挥生理作用，但Thaiss和Levy发现微生物群落产生的血清素也能影响大脑。

在模拟人类长新冠的小鼠模型中，迷走神经的活动减弱。这些动物还表现出类似人类长新冠患者的记忆和其他认知缺陷。当科学家用氟西汀（百忧解）治疗小鼠时，一种提高大脑和身体血清素水平的抗抑郁药，这些动物恢复了全部认知能力。

在此之前，科学家们一直在争论SARS-CoV-2如何引起认知问题，因为尚不清楚该病毒是否会突破血脑屏障。但Thaiss和Levy的研究表明，无论病毒是否进入大脑，疾病都可能通过迷走神经直接对大脑产生影响。研究人员现在想调查电刺激迷走神经，一种已被美国食品药品监督管理局批准用于癫痫和难治性抑郁症等疾病的治疗方法，是否可以缓解长新冠的认知症状。

微生物群落生态系统

微生物群落对大脑的影响似乎很大程度上是由微生物群落微生物组驱动的，这是居住在我们消化道中的有益细菌和其他微小生物的集合。将微生物群落细菌引入无菌小鼠已被证明可以减少动物的焦虑行为，而将患有抑郁症的人类粪便移植到大鼠身上则会加剧其抑郁和焦虑样行为。

Thaiss领导的一项2022年发表的研究发现，小鼠的微生物群落微生物组会影响它们的运动动机。研究小组发现，在多样化的小鼠群体中，那些更倾向于在跑步轮上跑步的小鼠拥有不同的微生物组。当研究人员通过粪便移植交换微生物组时，这些动物的运动热情也随之改变。科学家们将这种差异追溯到运动爱好者小鼠的微生物产生的某些脂肪酸代谢物；这些分子反过来刺激微生物群落中的神经，向大脑发送信号以产生多巴胺，这是一种与愉悦相关的脑激素。

一个人的心理健康也可以影响他们的微生物群落健康。心理压力已被证明会影响微生物群落微生物组的组成，要么间接地（压力大的人可能会转向高舒适食品的饮食，这反过来又会改变他们的微生物组组成），要么直接通过从大脑传到微生物群落的分子信号，导致某些细菌物种生长和分裂，而其他物种则消退。压力通常与微生物群落中的“促炎”细菌物种相关。

“我们的微生物群落微生物可以与我们的大脑对话，而我们的大脑也可以与我们的微生物群落微生物对话，这是一个双向的通道。”研究微生物群落微生物组的微生物学和免疫学教授Justin Sonnenburg博士说。“任何人在紧张时感受到微生物群落蠕动的变化，都能清楚地体验到这一点。”

任何人如果在紧张时感受到微生物群落蠕动的变化，就能清楚地体验到这一点。

Justin Sonnenburg

尽管我们还没有达到通过改善微生物组来专门增强大脑功能的目标，Sonnenburg说，我们知道如何保持微生物群落总体健康。他在2021年领导的一项研究表明，给人们喂食富含发酵食品的饮食可以增加他们微生物群落微生物组的健康多样性，并降低总体炎症水平。高纤维饮食也被证明支持健康的微生物群落微生物组。

疾病的起源

微生物群落也可能是某些脑部疾病的起源。在帕金森病中，一种影响大脑运动神经元的神经退行性疾病，胃微生物群落问题如便秘和胃灼热比运动症状早几年甚至几十年出现。研究人员发现帕金森病患者微生物群落微生物组存在差异。哈佛大学研究人员2024年的一项研究发现，上消化道损伤（如胃食管反流病或慢性溃疡）增加了多年后发展为帕金森病的风险。

帕金森病的特点是大脑中错误折叠的蛋白质α-突触核蛋白聚集成团，类似于阿尔茨海默病中的淀粉样斑块。这些蛋白质簇，称为Lewy小体，可能起源于微生物群落——研究表明，错误折叠的蛋白质可以通过迷走神经直接从微生物群落传播到大脑，而迷走神经被切断（罕见的严重溃疡手术治疗）的人患帕金森病的风险较低。我们微生物群落中的某些细菌物种会产生一种非常类似于错误折叠的α-突触核蛋白的蛋白质，称为卷曲蛋白。动物研究表明，卷曲蛋白可以促使α-突触核蛋白发生错误折叠，提示该疾病可能起源于微生物组的功能障碍。

斯坦福大学医学院血液学和遗传学教授Ami Bhatt博士和神经学教授Kathleen Poston博士正在领导一个项目，研究微生物群落微生物组和免疫系统如何相互作用以驱动帕金森病。在Bhatt的实验室中，研究人员Meena Chakraborty和Bianca Palushaj博士收集了100多名帕金森病患者及其匹配的健康对照者的粪便和血液样本，通常是患者的伴侣或配偶。比较生活在同一家庭的人将使研究人员能够专注于疾病对微生物组和免疫系统的影响，因为许多环境差异将被消除。

你的第二个大脑

微生物群落还包含除大脑外人体结构中最多的神经元——超过1亿个神经元分布在从食道到肛门的人类消化道中。这些细胞构成了所谓的肠神经系统，一些科学家将其称为“第二大脑”。

肠神经系统比其他外周神经更像大脑，因为它由许多不同类型的神经元组成，这些神经元彼此通信，而其他外周神经主要负责大脑和身体之间的通信，Julia Kaltschmidt博士说。她是Firmenich下一代教员学者和神经外科副教授。事实上，微生物群落神经系统可以独立运作。科学家发现，如果他们移除动物的微生物群落并将其浸泡在一种特殊设计的液体中以保持神经元存活，微生物群落将继续收缩，推动其内容物从顶部到底部。

Kaltschmidt和她的团队设计了3D打印的合成小鼠粪便颗粒，以量化微生物群落移动物质的能力。他们正在研究某些基因如何影响胚胎发育过程中微生物群落神经元的模式化，以及这些神经元的活动如何影响微生物群落的传输速度。

他们在最近的一项研究中发现，刺激某些“解剖结构非常出色的”长神经元，Kaltschmidt说，显著加快了离体微生物群落中颗粒的移动速度。Kaltschmidt希望在此基础上开发一种“微生物群落起搏器”，以刺激这些神经并缓解与衰老和某些疾病相关的慢性便秘。

“进食和消化是自由移动和思考生物的核心，我们越来越认识到肠神经系统在这个更广泛意义上的重要性，”Kaltschmidt说。“这个系统不仅保持微生物群落正常工作，还在健康和疾病中发挥核心作用，甚至可能在我们的思维体验中发挥作用。”

(全文结束)