腸腦軸和腸道微生物腸腦軸的概念

微生物幾乎可以在任何環境中發現。生活在人類身上的微生物以腸道生微態系統中發現的微生物最多。成年人腸道微生物組由比人類宿主有更多的基因組成，通常跨越整個分類樹的60多個屬。腸道微生物中以細菌的數量最多。腸道不同部位細菌的種類和數量不同。生活在腸道不同部位的細菌組成隨年齡、體重、地理位置和飲食習慣而變化。

正常菌群保護機體免受有害微生物的滲透，在腸壁完整性、先天免疫、胰島素敏感性、新陳代謝等方面有許多其他功能，而且它與大腦功能也有互動作用。最近人們認識到腸道微生物群對大腦有直接影響，大腦也會影響微生物群。這個雙向的腸-腦軸由微生物群、免疫系統和神經內分泌系統以及自主神經系統和中樞神經系統組成。

腸道是人體內神經元數量最多的部位，僅次於大腦。近年來，腸道微生物群透過腸-腦軸與大腦進行溝通已經變得很清楚。

人們早就認識到，腸道中的人-微生物協同作用促進消化，並在宿主-細菌相互作用受到干擾時導致感染。然而，最近的發現使人們對共生微生物種群與宿主之間複雜的相互關係有了更深入的瞭解，表明微生物群落不僅改善宿主的新陳代謝，而且調節免疫，甚至有助於器官的發育

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世紀首次對腸道細菌進行了系統的研究。在調查健康人糞便樣本時，弗里德里希·埃舍裡奇培養並鑑定了大腸桿菌群，即今天被稱為大腸桿菌和“分子生物學的工作馬”。在接下來的幾十年裡，更多的共生微生物被分離出來並被鑑定。但是，只有最近先進的高通量基因分析技術的應用，才使我們對腸道微生物的世界有了更詳細的瞭解。重要的是，腸道細菌創造了一個範圍廣泛、充滿活力的微生物群落，對宿主生物體內的過程起著重要的作用，並對宿主生理變化作出反應。Joshua Lederberg提出了“微生物群”一詞來描述這種複雜的微生物種群，並將其定義為“共生、共生和致病微生物的生態群落，它們實際上共享我們的身體空間”。微生物組是這些共生微生物的集體基因組，其累積的基因數大於人類基因組中的基因數］。共生微生物有助於宿主的新陳代謝，提供維生素，提取營養成分，代謝外源物質。它們透過與潛在病原體的被動和主動競爭來強化腸道屏障並提供定植抗性（Winek

，et al。 2016。

）。

Kramer

和Bressan

在“作為超有機體的人類：微生物、病毒、印記基因和其他自私的實體如何塑造他們的行為”的文章中指出心理學家和精神病醫生往往很少意識到（a）他們大腦和內臟中的微生物能夠改變他們的行為；（b）數百萬年前被整合到他們DNA中的病毒DNA與精神疾病有關；（c）他們中的許多人的大腦中攜帶著另一個人的細胞；並且（d）在類病毒因子的調控下，一些基因的父系遺傳和母系遺傳的複製在後代中爭奪支配權，它們對後代的身體和行為有相反的影響。我們不是單一的個體，而是由人類和非人類元素構成的超有機體；正是它們的相互作用決定了我們是誰（

Kramer and Bressan。 2015。

）。

近年來，腸道微生物群的興起成為生物學研究的一個重要課題。研究正在揭示腸道微生物群組成的變化是如何影響正常生理的，並導致從炎症到肥胖的各種疾病。越來越多的資料表明，腸道微生物群也與中樞神經系統溝通——可能透過神經、內分泌和免疫途徑——從而影響大腦功能和行為。對無菌動物和接觸致病性細菌感染、益生菌或抗生素藥物的動物的研究表明，腸道微生物群在調節焦慮、情緒、認知和疼痛方面起著作用。因此，微生物群-腸-腦軸的新概念表明，腸道微生物群的調節可能是開發複雜中樞神經系統疾病新療法的一種可行策略（

Cryan and Dinan

。2012。

）。

在每個人體胃腸道內，都有不同的有機體群落，包括細菌、病毒、古細菌、原生動物和真菌，它們統稱為腸道微生物群，數量超過人體內的人體細胞總數。這些微生物的集合，它們的基因組它們產生的因素都是腸道微生物組的一部分

越來越多的證據表明，腸道微生物幾乎作為一個額外的器官積極參與塑造和維持我們的生理活動。腸道微生物群的組成與許多健康益處相關，包括維持腸道勻漿狀態、抵禦病原體和適當的免疫反應。人體腸道微生物群通常是穩定的，並對短暫的干擾具有抵抗力。然而，腸道的微生物組成或活性可由多種因素改變，包括激素變化等內部因素，或飲食、抗生素和壓力等外部因素。

許多胃腸道疾病，如腸易激綜合徵和炎症性腸病，與這種微生物種群的不平衡有關。此外，微生物群多樣性和組成的差異與腸外疾病有關，範圍從肥胖、哮喘到各種腦部疾病。腸道微生物群有助於分解食物，並在分解過程中產生可直接影響宿主細胞生理學的代謝物，包括腦細胞。此外，對病原菌的免疫反應產生細胞因子和淋巴因子，可影響大腦生理學。由於神經系統是宿主功能的主要調節器，這使得微生物能夠影響廣泛的複雜生理過程。提高對細菌分子如何作用於神經系統的機械理解，可以改進治療行為和神經疾病的方法。