腸腦軸 Gut–brain axis 腦腸連接 腸腦心理學

腸腦軸 Gut–brain axis 腦腸連接 腸腦心理學

的腸-腦軸是生物化學信號,是以之間發生胃腸道(GI道)和中樞神經系統(CNS)。術語“腸-腦軸”有時也指腸道菌羣在相互作用中的作用,而術語“ 微生物-腸-腦(MGB或BGM)軸”明確包括腸道菌羣在胃腸道和中樞神經系統之間發生的生化信號傳遞事件中。

腸腦軸是胃腸道與腦功能和發育之間的關係

廣義上講,腸腦軸包括中樞神經系統,神經內分泌和神經免疫系統,包括下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸),自主神經系統的交感神經和副交感神經,包括腸神經系統和迷走神經。神經和腸道菌羣。 顯示的第一個腦-腸相互作用是消化的頭期階段,它是在響應諸如嗅覺和食物味覺等感覺信號而釋放胃和胰腺分泌物中的。這是巴甫洛夫(Pavlov)首次證明的。

2004年的一項研究激發了人們對該領域的興趣,該研究表明,與非GF實驗室小鼠相比,無菌(GF)小鼠顯示出對壓力的誇大的HPA軸響應。

截至2016年10月,關於腸道菌羣在腸腦軸中的作用的大部分工作已在動物中進行,或表徵了腸道菌羣可產生的各種神經活性化合物。對人類的研究通常規模很小,並且剛剛開始普及,該研究是測量患有各種精神病和神經病的人之間或處於壓力狀態的人之間的腸道菌羣變化,或測量各種益生菌(在這種情況下稱爲“ 精神病菌 ”)的作用。尚不清楚腸道菌羣的變化是疾病的結果,疾病的原因,還是腸道腦軸上任何數量的可能反饋迴路中的兩者。

主條目:腸道菌羣

該腸道菌羣是複雜社會的微生物生活在消化道人類和其他動物。腸道元基因組是腸道菌羣所有基因組的集合。腸道是人類微生物羣落所居住的一種生態位。

與人體的其他區域相比,腸道菌羣在人類中的細菌數量最多,種類最多。在人類中,腸道菌羣建立於出生後一到兩年。到那時,腸上皮和它分泌的腸粘膜屏障已經以耐受甚至支持腸菌羣的方式共同發展,並且還爲病原生物提供了屏障。

腸道之間的關係植物和人類不僅是共生(非有害共存),而是一種互利共生關係。人類腸道微生物通過收集未消化的碳水化合物發酵產生的能量以及隨後吸收的短鏈脂肪酸(SCFA),乙酸鹽,丁酸鹽和丙酸鹽而使宿主受益。 腸道細菌在維他命B和維他命K的合成以及代謝中也起着作用膽汁酸,固醇和外源生物。 SCFA和它們產生的其他化合物的系統重要性就像激素一樣,腸道菌羣本身似乎像內分泌器官一樣起作用。腸道菌羣失調與多種炎症和自身免疫性疾病相關。

當飲食改變和整體健康改變時,人類腸道菌羣的組成也會隨着時間而改變。

人體胃腸 菌羣的色氨酸代謝

該圖顯示了腸中細菌從色氨酸生物合成生物活性化合物(吲哚和某些其他衍生物)的過程。吲哚是由表達色氨酸酶的細菌從色氨酸產生的。 產孢梭菌將色氨酸代謝爲吲哚,然後代謝爲3-吲哚丙酸(IPA),一種高效的神經保護性抗氧化劑,可清除羥基自由基。 IPA與孕烷X受體結合 (PXR)在腸道細胞中,從而促進粘膜穩態和屏障功能。繼吸收,從腸道和分佈到大腦,IPA賦予抗神經保護作用腦缺血和阿爾茨海默氏病。 乳桿菌物種將色氨酸代謝爲吲哚-3-醛(I3A),後者作用於腸道免疫細胞中的芳基烴受體(AhR),進而增加白介素22(IL-22)的產生。吲哚本身觸發分泌的腸L細胞中的胰高血糖素樣肽-1(GLP-1),並作爲AhR 的配體。吲哚也可以被肝臟代謝成硫酸吲哚酚,這種化合物在高濃度時有毒,與血管疾病和腎功能不全有關。 AST-120(活性炭),腸內吸附劑,其通過口服,吸附吲哚,依次遞減血漿硫酸吲哚酚的濃度。

在腸神經系統是主要部門之一神經系統和包括網狀系統的神經元的是支配的函數胃腸系統 ; 由於多種原因,它被描述爲“第二大腦”。腸神經系統可以自主運行。它通常通過副交感神經(例如,通過迷走神經)和交感神經(例如,通過椎前神經節)與中樞神經系統(CNS)通信。但是,脊椎動物研究表明,當迷走神經被切斷時,腸神經系統繼續起作用。

在脊椎動物中,腸神經系統包括傳出神經元,傳入神經元和中間神經元,所有這些使腸神經系統能夠在沒有CNS輸入的情況下進行反射。感覺神經元報告機械和化學狀況。運動神經元通過腸肌肉控制蠕動和腸內容物的攪動。其他神經元控制酶的分泌。腸神經系統還利用了30多種神經遞質,其中大多數與CNS中的神經遞質相同,例如乙酰膽鹼,多巴胺和血清素。。人體90%以上的血清素都位於腸道中,而人體中約50%的多巴胺含量較高。這些神經遞質的雙重功能是腸腦研究的活躍部分。

腸-腦相互作用的第一個階段是在食物的味覺和氣味與胃分泌物的釋放之間,這被稱爲頭顱相或頭顱消化反應。

腸腦軸是雙向的神經體液交流系統,對維持體內平衡非常重要,並通過中樞和腸神經系統以及神經,內分泌,免疫和代謝途徑(尤其是下丘腦-垂體-腎上腺軸)進行調節( HPA軸)。該術語已擴展爲包括腸道菌羣作爲“微生物組-腸-腦軸”的一部分的作用,腸道菌羣是包括腸道菌羣在內的各種功能的聯繫。

2004年的一項研究(須藤信之(Nobuyuki Sudo)和千田洋一(Yoichi Chida))激發了對該領域的興趣,該研究表明,與非無菌小鼠相比,無菌小鼠(遺傳上均一的實驗室小鼠,在無菌環境中出生和繁殖)顯示出過大的HPA軸對壓力的反應。 GF實驗小鼠。

腸道菌羣可以產生一系列神經活性分子,例如乙酰膽鹼,兒茶酚胺,γ-氨基丁酸,組胺,褪黑激素和5-羥色胺,這對於調節腸道蠕動和感覺至關重要。由於飲食,藥物或疾病引起的腸道菌羣組成的變化與循環細胞因子水平的變化相關,其中一些會影響腦功能。腸道菌羣還會釋放可直接激活迷走神經的分子,它將有關腸道狀態的信息傳輸到大腦。

同樣,慢性或急性應激狀態會激活下丘腦-垂體-腎上腺軸,導致腸道菌羣和腸上皮細胞發生變化,並可能具有全身作用。此外,通過迷走神經發出的膽鹼能抗炎途徑會影響腸道上皮和菌羣。 飢餓和飽腹感整合在大腦中,腸道中食物的存在與否以及食物的類型也會影響腸道菌羣的組成和活性。

也就是說,關於腸道菌羣在腸腦軸上的作用的大部分工作都是在動物中進行的,包括高度人工的無菌小鼠。截至2016年,人類對腸道菌羣響應壓力的變化或各種益生菌的作用進行測量的研究通常規模較小,無法推廣。尚不清楚腸道菌羣的變化是疾病的結果,疾病的原因,還是腸道腦軸上任何數量的可能反饋迴路中的兩者。

關於腸與思想之間關係的思想史可以追溯到19世紀。消化不良和胃神經衰弱的概念是指腸道對人類情緒和思想的影響。

益生菌

了2016 系統評價實驗室動物研究和初步人類臨牀試驗中使用的益生菌市售菌株發現的某些物種的雙歧桿菌和乳桿菌 屬(即,長雙歧桿菌,短雙歧桿菌,嬰兒雙歧桿菌,瑞士乳,大號鼠李糖,植物乳桿菌和乾酪乳桿菌)有最有潛力成爲某些有用的中樞神經系統疾病。

焦慮和情緒障礙

截至2018年,有關腸道菌羣與焦慮症和情緒障礙之間關係的研究以及使用益生菌或益生元(稱爲“精神生生素”)影響這種關係的嘗試尚處於早期階段,尚無足夠的證據得出關於這些條件下腸道菌羣變化的因果作用,或任何益生菌或益生元治療的功效。

患有焦慮症和情緒障礙的人往往會出現胃腸道問題;進行了一些小型研究來比較重度抑鬱症患者和健康人的腸道菌羣,但這些研究結果相矛盾。

2004年發表的研究顯示,腸道菌羣在焦慮症中的潛在作用引起了人們的極大興趣,更普遍的是,腸道菌羣在腸-腦軸中的作用也得到了關注,這表明無菌小鼠對壓力對HPA軸的反應過大。由於被限制而引起,通過在腸道中植入雙歧桿菌而逆轉。研究大鼠母體分離的研究表明,新生兒應激會導致腸道菌羣的長期變化,例如其多樣性和組成,這也會導致應激和焦慮樣行爲。此外,儘管截至2016年已完成許多工作來表徵已知與腸道菌羣可能產生的焦慮和情緒障礙有關的各種神經遞質(例如,大腸埃希菌,芽孢桿菌和酵母菌可以產生去甲腎上腺素 ; 念珠菌,鏈球菌和大腸埃希菌可能產生5-羥色胺等。尚不清楚腸道菌羣可能影響人的焦慮的相互關係和途徑。

在一項研究中,無菌小鼠經過糞便移植後接受了來自人類的微生物,患有或未患有嚴重抑鬱症(MDD)。含有來自患有MDD的人類微生物的小鼠比未植入來自MDD的人類微生物的小鼠表現出更多的與焦慮和抑鬱相關的行爲。抑鬱症患者與健康患者之間以及各個小鼠之間的微生物羣的分類學組成也有所不同。在 另一項研究中,無細菌的小鼠與正常菌羣的小鼠相比,也表現出與焦慮和抑鬱相關的行爲,暴露於行爲測試後其皮質酮水平更高。在微生物組和心理健康研究中使用齧齒動物可以使研究人員比較齧齒動物與人類的行爲和微生物組成,理想情況是闡明精神疾病的治療應用。

另外,腸道微生物組,情緒障礙和焦慮與睡眠之間存在聯繫。腸道微生物組的微生物組成會根據一天中的時間而變化,這意味着腸道全天都暴露於這段時間內活性微生物產生的各種代謝產物。這些隨時間變化的微生物變化與參與晝夜節律的晝夜節律基因轉錄的差異有關。一項小鼠研究表明,通過破壞晝夜節律來改變時鐘基因的轉錄,例如通過睡眠剝奪,可能直接影響腸道微生物組的組成。另一項研究發現,不能產生由時鐘基因產生的CLOCK蛋白的小鼠更有可能患上抑鬱症。壓力和睡眠障礙可通過激活HPA軸導致更大的腸粘膜通透性。反過來,這會引起免疫炎症反應,從而導致引起抑鬱和焦慮的疾病的發展。

自閉症

大約70%的自閉症患者也有胃腸道問題,並且常在腸道菌羣建立時診斷出自閉症,這表明自閉症和腸道菌羣之間可能存在聯繫。一些研究發現,自閉症兒童的腸道菌羣與無自閉症兒童的腸道菌羣有所不同-最值得注意的是,自閉症兒童的糞便中梭狀芽孢桿菌的糞便量與無自閉症兒童的糞便相比有所增加 –這些結果沒有得到一致的重複。許多被認爲與自閉症發展有關的環境因素也將影響腸道菌羣,從而留下一個問題,即腸道菌羣中的特定發育是否會驅動自閉症的發展,或者這些發展是否同時發生。 截至2016年,僅對動物進行了益生菌研究;關於治療自閉症的其他飲食變化的研究尚無定論。

帕金森氏病

截至2015年,已經進行了一項研究,將帕金森氏病患者的腸道菌羣與健康對照進行了比較;在該研究中,患有帕金森氏症的人的原腸桿菌水平較低,而患有帕金森氏菌的人的腸桿菌科水平較高, 臨牀症狀更爲嚴重。該研究的作者沒有得出關於腸道菌羣變化是否是導致疾病或反之的結論。

果您曾經緊張地做出決定或在緊張時感到“肚子不舒服”,那麼您很可能會從意想不到的來源得到信號: 第二個 大腦。隱藏在消化系統壁中的“大腦腸”正在徹底改變醫學對消化,情緒,健康乃至思維方式之間聯繫的理解。

科學家稱這個小腦爲 腸道神經系統 (ENS)。而且還不少。ENS是由食道到直腸的胃腸道排列的兩層薄薄的一層,覆蓋着超過1億個神經細胞。

與顱骨的大腦不同,ENS無法平衡支票簿或撰寫情書。“它的主要作用是控制消化,從吞嚥到分解食物的酶的釋放到控制有助於營養吸收的血流再到消除,” 約翰霍普金斯大學神經胃腸病學中心主任Jay Pasricha解釋說。 腸神經系統的研究已引起國際關注。“腸神經系統似乎並不像我們所知道的那樣能夠思考,但是它可以與我們的大腦來回交流,從而產生深遠的成果。”

ENS可能引發應對腸易激綜合症(IBS) 和功能性腸病(如 便祕, 腹瀉,腹脹,疼痛和胃部不適)的人們發生巨大的情緒轉變 。幾十年來,研究人員和醫生一直認爲焦慮和抑鬱是造成這些問題的原因。但是我們的研究和其他研究表明,這也可能是相反的情況。” Pasricha說。研究人員發現證據表明,胃腸系統的刺激可能會向中樞神經系統(CNS)發送信號,從而觸發情緒變化。

Pasricha說:“這些新發現可能解釋了爲什麼IBS和功能性腸病患者的百分比高於正常水平會導致抑鬱和焦慮。” “這很重要,因爲多達30%到40%的人口在某個時候出現腸功能問題。”

對ENS-CNS連接的這種新理解有助於解釋IBS和腸疾病治療(例如抗抑鬱藥)和身心療法(例如認知行爲療法(CBT)和催眠療法)的有效性。Pasricha說:“我們的兩個大腦彼此’交談’,因此可以互相幫助的療法可以互相幫助。” “從某種意義上說,胃腸病學家(專門研究消化系統疾病的醫生)就像顧問一樣,正在尋找舒緩第二隻大腦的方法。”

胃腸病學家可能會爲IBS開一些特定的抗抑鬱藥,例如,並不是因爲他們認爲問題出在患者的頭上,而是因爲這些藥物在某些情況下會通過作用於腸道中的神經細胞來緩解症狀,Pasricha解釋說。他說:“像CBT這樣的心理干預措施也可能有助於“改善大腦和大腦之間的交流”,”他說。

Pasricha說研究表明,消化系統的活動也可能影響認知(思維能力和記憶力)。他說:“這是一個需要更多研究的領域,我們希望在約翰霍普金斯大學能夠做到這一點。”

另一個有趣的領域:發現來自消化系統的信號如何影響新陳代謝,增加或降低2型糖尿病等健康狀況的風險。“這涉及神經信號,腸激素和微生物羣(存在於消化系統中的細菌)之間的相互作用,” Pasricha說。

精神疾病和神經系統疾病正迅速增加醫療負擔。儘管已經進行了廣泛的研究,但是開發針對這些疾病的有效療法的進展仍然很緩慢。當前的兩難困境提醒我們,人類是一個超有機體。只有同時考慮人類自身及其伴侶微生物羣,我們才能更好地瞭解這些疾病。在過去的幾個世紀中,由於與現代流行病學轉變並行的飲食,生活方式,醫療等方面的現代轉變,夥伴微生物羣發生了巨大變化,遠遠超過了人類基因。現有研究表明,腸道菌羣在這一轉變中起着重要作用。根據腸腦心理學,腸道菌羣是腸腦網絡的關鍵部分,它通過菌羣-腸-腦軸與大腦進行通訊。腸道菌羣幾乎與腸腦,大腦和心靈同步發展。腸道菌羣影響各種正常的心理過程和心理現象,並參與多種精神和神經疾病的病理生理。針對微生物羣治療這些疾病是一種有前途的方法,該理論受到以下三種理論的支持:腸道菌羣假說,“老朋友”假說和腸道滲漏理論。腸道菌羣對大腦和行爲的影響通過菌羣-腸-腦軸來實現,該軸主要由神經途徑,內分泌途徑和免疫途徑組成。毫無疑問,腸腦心理學將極大地改善心理學,神經科學和精神病學。各種微生物羣改良方法,包括糞便微生物羣移植,益生菌,益生元,健康飲食和健康的生活方式,已顯示出能夠促進腸腦,微生物羣-腸-腦軸和大腦功能的能力。將來有可能利用腸道菌羣來改善腦部和精神健康並預防和治療相關疾病。

原文

數百年來,心理學取得了長足的進步。心理學家已經深入研究了各種心理過程和現象,並且在此過程中湧現出許多子學科。但是,精神障礙仍然是一個問題,相關的研究和治療方法落後於其他疾病。

這種滯後使我們想起,大多數心理學研究都忽略了人類是超生物的事實。超生物的主要部分是微生物羣,它占人體總基因和總細胞數的90%以上。這些微生物已經與人類共存了數百萬年,並且在大多數人體器官的成熟和功能中起着至關重要的作用。但是,自從現代化以來,共生微生物羣不斷變化,在某些情況下,隨着飲食,生活方式和藥物的急劇變化,它已消失。這些變化與現代社會中疾病模式的轉變並行。

腸道菌羣是共生菌羣中最重要的部分,它可以與腸道整體協同工作,以響應內源性和外源性信號。腸道和腸道菌羣的組合被稱爲腸腦,因爲其活性部分獨立於大腦。腸道菌羣不僅調節腸腦的組成和功能,而且還影響大腦和行爲。腸道菌羣的異常發育可能導致神經發育障礙。腸道菌羣會影響正常心理學的各個方面,例如疼痛感,情感,認知,性格,壓力管理和社交行爲。微生物羣紊亂可由多種因素引起,包括壓力,抗生素和不健康的飲食,它可能是精神疾病的直接原因。無疑,微生物羣異常與精神障礙,行爲問題和神經系統疾病的病因和病理生理有關,並且可能將成爲未來治療的有效目標。腸道菌羣假說,“老朋友”假說和腸道滲漏理論對此觀點提供了有力的支持。

腸腦不僅是消化器官,而且是神經,內分泌和免疫器官。腸道菌羣通過菌羣-腸-腦軸與大腦進行雙向信息交流。它影響宿主的大腦和行爲,還受到宿主的影響。微生物-腸-腦軸主要由神經途徑,內分泌途徑和免疫途徑組成。神經通路主要通過神經傳導,神經遞質以及對神經發生,神經凋亡和神經變性的調節而起作用。內分泌途徑主要通過神經內分泌系統,神經激素和神經活性物質起作用。免疫途徑主要通過調節先天和適應性免疫以及外周和神經炎症而起作用。

腸腦心理學的建立將對心理學和相關學科產生深遠影響。不同於其他心理學子學科,腸腦心理學不僅將促進基礎研究的發展,而且還將導致實際應用中的巨大變化。瞄準微生物-腸-腦軸來改善大腦和行爲將是神經科學,心理學和精神病學的研究熱點。通過FMT,益生菌,益生元,健康的飲食和/或健康的生活方式來改善腸道菌羣,以調節菌羣-腸-腦軸功能並促進心理健康,將是未來的一個有希望的領域。患有精神疾病或神經系統疾病的患者將從這些干預措施中的一項或多項中獲得幫助。

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