石媛嫄,侯琳,张丽,曹奕

    (青岛大学,山东 青岛 266071 1 医学部组织人事办公室;2 生物医学实验中心;3 药学院)

    人的肠道微生物群包含500～1 000种细菌,共有约200万个基因,超过了人类基因总量的100倍[1],其中许多基因编码执行代谢功能并产生微生物专有代谢物的蛋白质。微生物群的这种作用扩大了宿主生物转化的利用范围,以及可以处理的化合物的多样性。这种广泛的代谢潜力使得微生物群与进入肠道的一系列底物相结合,产生了大量的代谢产物,其中许多代谢产物对宿主来说是重要的分子前体。肠-脑轴(GBA)是胃肠道和中枢神经系统(CNS)之间的双向信号网络。该轴有几种不同的信号途径,包括自主神经系统(ANS)、下丘脑垂体肾上腺轴(HPA 轴)和免疫系统。微生物相关的代谢产物通过这些不同途径发生作用,调节CNS的功能和行为。先前研究已经观察到,在自闭症谱系障碍(ASD)、焦虑和抑郁等一系列CNS疾病中,肠道微生物群落结构发生显著变化[2]。虽然微生物变化和神经疾病之间的因果关系仍未完全阐明,但啮齿类动物的研究表明,微生物群的变化可以改变精神心理和行为[3]。本文主要综述短链脂肪酸(SCFA)、胆汁酸(BA)、神经递质等微生物来源的生物活性分子在肠道到大脑信号传导中的作用及机制。

    1 SCFA

    SCFA 是盲肠和结肠中微生物对膳食中碳水化合物厌氧发酵产生的小分子有机酸,其可以通过各种机制影响CNS。乙酸、丙酸和丁酸是主要的SCFA,而异丁酸、戊酸和异戊酸的生成量较小。研究发现,高生活质量人群的粪便具有高丰度粪杆菌属(Faecalibacterium)和粪球菌属(Coprococcus),这两个菌属是革兰阳性厌氧细菌,可以发酵膳食纤维产生SCFA[4]。相反,与非抑郁对照相比,重度抑郁障碍(MDD)病人的粪便、尿液和血浆中的SCFA 含量较低[5]。研究证实,益生元诱导的SCFA 增加可以改善小鼠的抑郁和焦虑行为,并且能减轻痴呆模型小鼠的认知损害[6-7]。SCFA也被证明在亨廷顿症、阿尔茨海默病、帕金森病和卒中等神经退行性疾病和脑血管疾病中起着重要作用[8-9]。

    SCFA 可以通过与细胞表达的受体结合以及改变宿主基因表达来实现与GBA 的相互作用[10-12] ......