腸—腦軸線

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腸—腦軸線是消化道及大腦功能及發展之間的關係

腸—腦軸線(英語:gut–brain axis),也叫肠脑轴,是大腦和腸消化道兩個器官間的溝通橋樑,而其中腸道中的菌群也對此路徑貢獻匪淺,三者相互影響並調控全身各種生理作用,從腦部早期發育到晚期老年的神經疾病的皆與此連結軸線有著密切的關係。腸—腦軸線這個詞已延伸來描述腸道菌種與腸道表皮細胞交互作用中的角色,有時也會用菌—腸—腦軸線(microbiome–gut–brain axis)具體指出菌種在其中的角色[1][2][3]

以較廣的定義來看,腸—腦軸線包括中樞神經系統、中樞內分泌系統及中樞免疫系統,其中包括下丘脑—垂体—肾上腺轴(HPA轴)、自主神经系统中的交感神經系統副交感神經系統迷走神经)及肠神经系统,以及腸道中的微生物群英语microbiota[1][3]在動物體的腸胃表面最主要被自主神經系統所連結支配,但在腸胃道中的菌相的刺激下,也會促使腸道表皮細胞分泌生理調控訊息,而此生理調控訊息除了會誘導產生局部免疫反應外,更會經由和其連結的自主神經系統,將生理訊息傳送至大腦中樞,進而影響到中樞內分泌系統及中樞免疫系統。

研究者對此領域開始關注的原因是因為2004年的一篇研究,發現腸道中沒有菌種的小鼠,其HPA軸對壓力的反應比一般腸道中有菌種的小鼠要誇張許多[1]。因此目前在實驗室或是人體臨床的研究,主要針對腸道菌種在腸—腦軸線中的角色進行分析,以及分析腸道菌相刺激腸—腦軸線產生的神經傳導物質,如血清素多巴胺乙醯膽鹼γ-氨基丁酸對大腦中樞神經系統的影響。或是研究人在不同精神狀態下,大腦經由腸—腦軸線對腸道菌種的生長調節變化。因此可以了解到,菌-腸—腦軸線是雙向的生理調控管道,和發育及身心健康息息相關。在過去近20年的研究中,科學家已清楚地注意到腸道菌相對人體重要性,且在臨床上證實,在破壞菌—腸—腦軸線的平衡時,會誘導自體免疫系統對神經系統的攻擊,導致多發性硬化症。這是一種脫髓鞘性神經病變,患者腦或脊髓中的神經細胞表面的絕緣物質受到破壞,造成神經系統的訊息傳遞受損,導致一系列可能發生的症狀,影響患者的運動功能、心智能力、甚至精神狀態的損傷[4][5][6]

另外,在分析自閉症兒童的腸道菌相中,也發現其糞便中的菌相與健康兒童有著明顯差異。Sarkis Mazmanian 的研究團隊進一步的將自閉症兒童的腸道菌餵食小鼠,發現在餵食自閉症兒童腸道菌的小鼠中,不僅會改變小鼠腸道菌相,更誘導小鼠產生明顯的自閉症行為[7][8][9][10]。然而菌—腸—腦軸線不僅僅是對兒童發育有著顯著關聯性,其對老年人的精神疾病也有明顯影響。臨床上帕金森氏症病人的腸道菌相也與健康人明顯不同。2019年Ted Dawson、Han Seok Ko 發現“由肠到脑”帕金森氏症造症原因。證實在小鼠腸道中的病源型突觸核蛋白英语alpha-Synuclein可經由迷走神經的傳遞,進而運送到運動神經元,過多的病源型突觸核蛋白的累積造成路易體英语Lewy body形成及細胞氧化壓力和發炎,導致了運動神經元的壞死,進而造成病人顫抖、肢體僵硬、運動功能減退[11][12]

參考資料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Wang, Y; Kasper, LH. The role of microbiome in central nervous system disorders. Brain Behav Immun. May 2014, 38: 1–12. PMID 2437046. doi:10.1016/j.bbi.2013.12.015. 
  2. ^ Mayer, EA; Knight, R; Mazmanian, SK; 等. Gut microbes and the brain: paradigm shift in neuroscience (PDF). J Neurosci. 2014, 34: 15490–15496. PMC 4228144可免费查阅. PMID 25392516. doi:10.1523/JNEUROSCI.3299-14.2014. 
  3. ^ 3.0 3.1 Dinan, T.G; Cryan, 2015. The impact of gut microbiota on brain and behavior: implications for psychiatry. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2015, 18: 552–558. PMID 26372511. doi:10.1097/MCO.0000000000000221. 
  4. ^ Chen J, Chia N, Kalari KR, Yao JZ, Novotna M, Paz Soldan MM, Luckey DH, Marietta EV, Jeraldo PR, Chen X, Weinshenker BG, Rodriguez M, Kantarci OH, Nelson H, Murray JA, Mangalam AK. Multiple sclerosis patients have a distinct gut microbiota compared to healthy controls.. Sci Rep. 2016, 6: 28484. PMID 27346372. doi:10.1038/srep28484. 
  5. ^ Chen J, Chia N, Kalari KR, Yao JZ, Novotna M, Paz Soldan MM, Luckey DH, Marietta EV, Jeraldo PR, Chen X, Weinshenker BG, Rodriguez M, Kantarci OH, Nelson H, Murray JA, Mangalam AK6. Gut microbiota from multiple sclerosis patients enables spontaneous autoimmune encephalomyelitis in mice.. Proc Natl Acad Sci USA. 2017, 114: 10719-24. PMID 28893994. doi:10.1073/pnas.1711233114. 
  6. ^ Jangi S, Gandhi R, Cox LM, Li N, von Glehn F, Yan R, Patel B, Mazzola MA, Liu S, Glanz BL, Cook S, Tankou S, Stuart F, Melo K, Nejad P, Smith K, Topçuolu BD, Holden J, Kivisäkk P, Chitnis T, De Jager PL, Quintana FJ, Gerber GK, Bry L, Weiner HL. Alterations of the human gut microbiome in multiple sclerosis.. Nat Commun. 2016, 7: 12015. PMID 27352007. doi:10.1038/ncomms12015. 
  7. ^ Grimaldi R, Gibson GR, Vulevic J, Giallourou N, Castro-Mejía JL, Hansen LH7, Leigh Gibson E, Nielsen DS, Costabile A. A prebiotic intervention study in children with autism spectrum disorders (ASDs).. Microbiome. 2018, 6: 133. PMID 30071894. doi:10.1186/s40168-018-0523-3. 
  8. ^ Sgritta M, Dooling SW, Buffington SA, Momin EN, Francis MB, Britton RA, Costa-Mattioli M. Mechanisms Underlying Microbial-Mediated Changes in Social Behavior in Mouse Models of Autism Spectrum Disorder.. Neuron. 2018, 101: 246-59. PMID 30522820. doi:10.1016/j.neuron.2018.11.018. 
  9. ^ Sharon G, Cruz NJ, Kang DW, Gandal MJ, Wang B, Kim YM, Zink EM, Casey CP, Taylor BC, Lane CJ, Bramer LM, Isern NG, Hoyt DW, Noecker C, Sweredoski MJ, Moradian A, Borenstein E, Jansson JK, Knight R, Metz TO, Lois C, Geschwind DH, Krajmalnik-Brown R, Mazmanian SK. Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice.. Cell. 2019, 117: 1600-18. PMID 31150625. doi:10.1016/j.cell.2019.05.004. 
  10. ^ Kang DW, Adams JB, Coleman DM, Pollard EL, Maldonado J, McDonough-Means S, Caporaso JG, Krajmalnik-Brown R. Long-term benefit of Microbiota Transfer Therapy on autism symptoms and gut microbiota.. Sci Rep. 2019, 9: 5821. PMID 30967657. doi:10.1038/s41598-019-42183-0. 
  11. ^ Hill-Burns EM, Debelius JW, Morton JT, Wissemann WT, Lewis MR, Wallen ZD, Peddada SD, Factor SA, Molho E, Zabetian CP, Knight R, Payami H. Parkinson's disease and Parkinson's disease medications have distinct signatures of the gut microbiome.. Mov Disord. 2017, 32 (5): 739-749. PMID 28195358. doi:10.1002/mds.26942. 
  12. ^ Kim S, Kwon SH, Kam TI, Panicker N, Karuppagounder SS, Lee S, Lee JH, Kim WR, Kook M, Foss CA, Shen C, Lee H, Kulkarni S, Pasricha PJ, Lee G, Pomper MG, Dawson VL, Dawson TM, Ko HS. Transneuronal Propagation of Pathologic α-Synuclein from the Gut to the Brain Models Parkinson's Disease.. Neuron. 2019, 103 (4). PMID 31255487. doi:10.1016/j.neuron.2019.05.035. 

延伸閱讀[编辑]