虫草菌抗逆性及其对家蚕致病性的研究--《中国农业大学》2003年硕士论文
虫草菌抗逆性及其对家蚕致病性的研究
【摘要】：
本论文概述了虫草Cordyceps的研究概况；对紫外照射、温度和pH对虫草菌分生孢子萌发的影响、蛹虫草分生孢子感染家蚕Bombyx mori后的生理生化变化作了研究。此外，还通过石蜡切片观察了家蚕感染蛹虫草后的组织病理变化。
实验表明：与冬虫夏草分生孢子相比，蛹虫草分生孢子萌发受紫外光照射影响较大。85℃以上高温处理冬虫夏草分生孢子10min其不能萌发，51℃以上高温处理蛹虫草分生孢子10min其不能萌发。冬虫夏草分生孢子、蛹虫草分生孢子长时间保存在-80℃超低温冰箱后，萌发率不会受到太大影响。冬虫夏草分生孢子萌发的最适pH值为4，酸性致死pH值为1，碱性致死pH值为11。蛹虫草分生孢子萌发的最适pH值为5，致死pH值与冬虫夏草分生孢子相同。酸性环境中有利于虫草菌分生孢子的萌发。
蛹虫草分生孢子侵染5龄家蚕后，家蚕血淋巴中总糖、海藻糖、蛋白质、甘油脂含量与对照相比均有不同程度的下降，其中昆虫能量代谢的重要指标甘油脂含量下降最为显著。健蚕在实验第5日甘油脂含量为2.073mmol·L~(-1)，而处理组在接种后第5日甘油脂含量只有0.199mmol·L~(-1)，远远低于对照组健虫的水平，由此推测蛹虫草可能破坏了虫体的脂类代谢，脂肪体受侵染较为严重。海藻糖酶活性在侵染初期也明显降低。接种后家蚕体内的保护酶超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性也有较大变化，其中超氧化物歧化酶活性上升最为明显，在4日内由441.841U／mL升至601.255U／mL。
5龄家蚕被蛹虫草分生孢子侵染后，寄主血淋巴会发动防御作用，侵染后两天内在寄主体内没有发现大量的菌丝。第三天，菌体就利用寄主体内营养物质迅速繁殖，寄主体腔内菌丝和分生孢子增多，血淋巴变得浑浊。组织切片观察发现主要在表皮有萌发的孢子和菌丝，其它器官如马氏管、脂肪体、中肠、脑、丝腺中只有零星的菌丝，但在这些器官中，组织疏松，有大量黑点存在。第四天时个别幼虫开始死亡，多数个体第五天死亡。据此推测家蚕致死的主要原因是蛹虫草分生孢子在血腔中进行营养生长，菌丝不断增殖并侵入器官，使正常的体液循环受阻，造成生理饥饿，并引起组织细胞的机械破坏。同时菌丝在生长过程中可能会分泌毒素和代谢产物，使血液的理化性质发生变化，从而使寄主正常的代谢机能和形态结构发生变化，最终因不能维持正常的生命活动而死亡。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国农业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2003【分类号】：S567.3【目录】：
第一章 绪论7-15
1.1 虫草研究进展7-13
1.1.1 天然虫草的分布及生长条件7
1.1.2 虫草的寄主昆虫7-8
1.1.3 虫草的人工培育研究8-9
1.1.4 虫草化学成份测定及药理分析9-10
1.1.5 虫草的无性型研究10-11
1.1.6 虫草的遗传多样性研究11-12
1.1.7 虫生真菌在生防中的应用12-13
1.2 本论文的研究内容和意义13-15
第二章 紫外照射、温度和pH对虫草菌分生孢子萌发的影响15-20
2.1 材料与方法15-16
2.1.1 材料15
2.1.2 方法15-16
2.2 结果与分析16-19
2.2.1 紫外光照射对冬虫夏草分生孢子萌发的影响16
2.2.2 不同温度处理对冬虫夏草分生孢子萌发的影响16-17
2.2.3 不同pH值酸碱溶液对冬虫夏草分生孢子萌发的影响17
2.2.4 紫外光照射对蛹虫草分生孢子萌发的影响17
2.2.5 不同温度处理对蛹虫草分生孢子萌发的影响17-18
2.2.6 不同pH值酸碱溶液对蛹虫草分生孢子萌发的影响18
2.2.7 超低温(-80℃)处理对虫草菌分生孢子萌发的影响18-19
2.3 小结19-20
第三章 家蚕感染蛹虫草分生孢子后的生理生化研究20-28
3.1 材料与方法20-23
3.1.1 材料20-21
3.1.2 方法21-23
3.2 结果与分析23-27
3.2.1 血淋巴中总糖含量的变化23-24
3.2.2 血淋巴中海藻糖含量的变化24
3.2.3 血淋巴中蛋白质含量的变化24
3.2.4 血淋巴中甘油酯含量的变化24-25
3.2.5 血淋巴海藻糖酶活力的变化25
3.2.6 超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化25-26
3.2.7 过氧化物酶(POD)活性的变化26
3.2.8 过氧化氢酶(CAT)活性的变化26-27
3.3 小结27-28
第四章 家蚕感染蛹虫草分生孢子后的组织病理学研究28-34
4.1 材料与方法28-29
4.1.1 材料28
4.1.2 方法28-29
4.2 结果与分析29-30
4.3 小结30-34
第五章 总结与讨论34-36
参考文献36-40
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库
樊美珍，李增智;[J];安徽农业大学学报;1994年02期
姚剑，李增智，樊美珍;[J];安徽农业大学学报;1996年03期
李增智，刘令峰，刘玉珍;[J];安徽农业大学学报;1996年03期
杨跃雄,杨大荣,沈发荣,董大志;[J];动物学研究;1989年03期
杨大荣,李朝达,沈发荣;[J];动物学研究;1992年03期
李兆兰,孙云汉;[J];真菌学报;1988年01期
李兆兰;;[J];真菌学报;1988年02期
刘锡琎;郭英兰;俞永信;曾纬;;[J];真菌学报;1989年01期
张显科,刘文霞;[J];菌物系统;1997年01期
梁宗琦;[J];菌物系统;1998年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库
周仙红;李丽莉;张思聪;张安盛;门兴元;于毅;;[J];山东农业科学;2011年10期
葛秀秀;关雪莲;沈红香;田晔林;于建军;张妍;郭蕾;;[J];安徽农学通报;2007年04期
叶博;;[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年09期
冯丽,王学英,董文娟,李群,付田霞,石生林;[J];安徽农业科学;2004年06期
王国昌;余昊;张育平;;[J];安徽农业科学;2006年05期
于洪飞;;[J];安徽农业科学;2006年12期
孔琼;袁盛勇;张虹;李正跃;陈斌;朱春燕;;[J];安徽农业科学;2007年01期
代君君;范涛;吴传华;肖林珍;田善富;;[J];安徽农业科学;2007年18期
袁盛勇;孔琼;孙文;李正跃;张宏瑞;陈斌;杨仕生;;[J];安徽农业科学;2008年01期
李建庆;梅增霞;杨忠岐;董波涛;;[J];安徽农业科学;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库
林华峰;李茂业;谢鹏;;[A];现代农业理论与实践——安徽现代农业博士科技论坛论文集[C];2007年
唐亮;石美宁;黄深惠;黄旭华;;[A];中国蚕学会商品性小蚕饲养规程和蚕病防控学术研讨会论文集[C];2010年
杨大荣;舒畅;李朝达;沈发荣;杨跃雄;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第二卷）[C];1991年
李增智;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第二卷）[C];1991年
杨跃雄;杨大荣;舒畅;李朝达;;[A];中国虫生真菌研究与应用[C];1991年
舒畅;杨大荣;李朝达;沈发荣;杨跃雄;;[A];中国虫生真菌研究与应用[C];1991年
李增智;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第四卷）[C];1996年
陈永久;宿兵;王文;杨跃雄;舒畅;杨大荣;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第四卷）[C];1996年
黄长春;王成树;黄勃;李农昌;蔡顺标;张新军;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第四卷）[C];1996年
冯明光;;[A];《中国虫生真菌研究与应用》（第五卷）[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库
陈宏伟;[D];安徽农业大学;2010年
李蓉;[D];中国海洋大学;2009年
郑小坚;[D];苏州大学;2010年
马英姿;[D];中南林业科技大学;2010年
金少锋;[D];浙江大学;2010年
谢雪钦;[D];浙江大学;2010年
秦毅;[D];浙江大学;2010年
刘倩;[D];浙江大学;2010年
杨帆;[D];内蒙古农业大学;2011年
张石柱;[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库
胡娟;[D];安徽农业大学;2010年
刘苏;[D];安徽农业大学;2010年
汪小艳;[D];安徽农业大学;2010年
俞云峰;[D];浙江理工大学;2010年
陈刚;[D];辽宁师范大学;2010年
王金彬;[D];安徽农业大学;2010年
马小蕊;[D];安徽农业大学;2010年
杨中周;[D];安徽农业大学;2010年
王承芳;[D];安徽农业大学;2010年
傅佳;[D];中国海洋大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
樊美珍，李增智;[J];安徽农业大学学报;1994年02期
林华峰，李增智;[J];安徽农业大学学报;1996年03期
林华峰,李增智,胡萃;[J];安徽农业大学学报;1998年04期
林华峰,李增智,李小平;[J];安徽农业大学学报;1998年04期
谷桓生,梁曼逸,苑桂华,张清文,王志贤;[J];蚕业科学;1988年02期
梅玲玲,金伟;[J];蚕业科学;1989年03期
吴小锋,徐俊良;[J];蚕业科学;1992年01期
郭锡杰，朱峰，黄可威，徐莉;[J];蚕业科学;1996年02期
沈中元，徐莉，朱峰，黄可威;[J];蚕业科学;1996年03期
杨大荣,龙勇诚,沈发荣,杨跃雄,喻润清,鲁自,春生,斯那都吉,斯那吉顶;[J];动物学研究;1987年01期
中国博士学位论文全文数据库
刘作易;[D];华中农业大学;1999年
【相似文献】
中国期刊全文数据库
言正;[J];农村百事通;2000年17期
张显科,王玉柱,刘文霞;[J];辽宁大学学报(自然科学版);1996年04期
李楠,宋健国,刘金云,张宏;[J];吉林农业大学学报;1995年S1期
张军,宋敦伦,陈建新;[J];昆虫学报;2003年06期
柴建萍,日兴荣,谢道燕;[J];云南农业科技;2002年04期
贡成良,徐承智,杨昆,陈国刚,潘中华,吴卫东;[J];中国食用菌;2003年06期
柴建萍,白兴荣;[J];云南农业科技;2001年01期
贡成良,吴卫东,徐承智,杨昆,陈国刚;[J];蚕业科学;2002年02期
,张庆;[J];中小企业科技;2000年11期
姚国洪,刘喜屏,刘广红,房迈莼,黄文芳;[J];微生物学杂志;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库
赵红平;;[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
刘艳艳;池旭娟;方向明;阚雪芹;苏媚;刘文倩;王海玲;谈建中;;[A];中国蚕学会第六届青年学术研讨会论文集（1）[C];2009年
李兵;许雅香;卫正国;陈玉华;沈卫德;;[A];中国蚕学会第六届家蚕和柞蚕遗传育种学术研讨会论文集[C];2009年
宋方洲;常平安;张平波;易发平;马永平;;[A];中国的遗传学研究——中国遗传学会第七次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2003年
宋方洲;常平安;张平波;易发平;马永平;;[A];中国细胞生物学学会第八届会员代表大会暨学术大会论文摘要集[C];2003年
黄科;李春峰;范晓东;刘文明;周泽扬;;[A];中国蚕学会第六届青年学术研讨会论文集（1）[C];2009年
张彩霞;鲍忠赞;周前凯;魏广兵;徐世清;司马杨虎;;[A];中国蚕学会第八届暨国家蚕桑产业技术体系家（柞）蚕遗传育种及良种繁育学术研讨会论文集[C];2011年
苏金明;吴伟尉;司马杨虎;;[A];中国蚕学会第八届暨国家蚕桑产业技术体系家（柞）蚕遗传育种及良种繁育学术研讨会论文集[C];2011年
代方银;童晓玲;沈以红;罗亭玉;伴野丰;鲁成;向仲怀;;[A];中国蚕学会第六届青年学术研讨会论文集（2）[C];2009年
陆叶;张孝林;郑小坚;薛仁宇;曹广力;贡成良;;[A];中国蚕学会第六届青年学术研讨会论文集（2）[C];2009年
中国重要报纸全文数据库
李国　实习生
杨海霞;[N];工人日报;2009年
刘传书　冯竞;[N];科技日报;2009年
赵强社;[N];山西科技报;2003年
邓力;[N];农民日报;2003年
苏文;[N];江苏科技报;2010年
黄岚;[N];中国中医药报;2010年
吕媛;[N];北京科技报;2004年
通讯员 王治奇 记者 夏桂廉;[N];光明日报;2002年
肖平;[N];科技日报;2009年
易县真菌资源研究室
张建勋;[N];河北科技报;2002年
中国博士学位论文全文数据库
于红松;[D];西南大学;2011年
沈以红;[D];西南农业大学;2003年
甘玲;[D];西南大学;2011年
李斌;[D];西南农业大学;2001年
黄少康;[D];浙江大学;2004年
张美蓉;[D];西南大学;2010年
王永强;[D];浙江大学;2002年
陈复生;[D];浙江大学;2003年
牛宝龙;[D];浙江大学;2005年
赵力维;[D];黑龙江中医药大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库
张军;[D];中国农业大学;2003年
黄永燕;[D];西南大学;2010年
刘淑梅;[D];浙江大学;2004年
曾凤辉;[D];浙江理工大学;2010年
江艳;[D];浙江理工大学;2010年
陈大霞;[D];西南农业大学;2003年
潘晔;[D];江苏大学;2010年
孙德斌;[D];西南农业大学;2001年
张春丽;[D];浙江理工大学;2010年
刘玉明;[D];浙江大学;2005年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993
《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司
同方知网数字出版技术股份有限公司
地址：北京清华大学 84-48信箱 知识超市公司
出版物经营许可证 新出发京批字第直0595号
订购热线：400-819-82499
服务热线：010--
在线咨询：
传真：010-
京公网安备75号军医解答：肠道菌群如何控制大脑的？
军医解答：肠道菌群如何控制大脑的？
梁淑文教授，解放军第306医院消化科
对于人有各种喜好和疾病，最近有研究集中在肠道菌群，认为它控制了我们的大脑！研究者认为，肠道菌群通过肠-脑轴影响脑和行为。肠-脑轴是肠和脑之间的信息交流系统，由免疫、迷走神经和神经内分泌途径构成，来控制人体对食物的喜好。肠道是一个奇妙的、独特的王国，这些我们本身以外的菌群们，正在支配着我们的饮食、情绪。当然，对这一切你也并非无力抵抗。改变肠道菌群新陈代谢，需要摄入富含双歧杆菌等益生菌的酸奶，补充低聚果糖、低聚半乳糖等益生元增殖益生菌外。
肠道菌群数量众多、种类丰富，以人类为例，肠道内定植的细菌数量约为，超过人体细胞总数的10倍，所编码的基因至少是人类基因组的150倍。人类的编码基因大概有26600，在数量上远少于其他物种，比如水稻有46000个编码基因，这和我们人类在生理、情感以及行为上的复杂性形成了鲜明对比，被称之为基因组的复杂性难题(genome-complexityconundrum)。人体有2个基因组，一个是我们从父母那里遗传来的人基因组，另一个是我们出生后进入人体的肠道共生微生物的基因组，称为“微生物组”，也称“元基因组”。在长期的共生中，人类和肠道菌群在基因水平上形成了人类-肠道菌群的基因复合体，使得人类的基因复杂性远超过了水稻等其他物种，因为研究表明人类转录组所含的4026600个mRNA中约有4×106个mRNA来自于肠道菌群。这种基因水平上的交流在功能上体现为肠道菌群广泛参与宿主的各项生理活动。多项研究表明，肠道菌群和胃肠道、肝脏、皮肤和中枢系统等器官具有密切的交流，并参与营养物质的消化和吸收、神经发育和传递以及免疫等活动。从人类基因组计划中我们看到，对人类遗传信息的解读并未掌握人类健康以及疾病治疗的关键，因为人类对与我们共生的数量庞大的肠道菌群还不甚了解。我们应该重新思考并认识到人类健康和疾病治疗的关键可能在于肠道菌群。美国国立卫生研究院(NIH)于2007年启动的“人类微生物组计划”意在帮助人类在健康评估与监测，以及慢性病的早期诊断与治疗等方面取得突破性进展。目前已有研究发现，肠道菌群失调很可能是导致肥胖、高血压和糖尿病等代谢疾病，以及抑郁、焦虑和认知功能下降等精神心理疾病的重要原因。
一个成年人肠道内定植的菌群估计超过10000种其中厚壁菌门和拟杆菌门是人类肠道菌群中占有数量优势的2个主要的菌门，其次数量较多的还包括变形菌门、放线菌门、梭杆菌门和疣微菌门。肠道菌群的初始定植发生在出生时，来自于婴儿通过产道时接触的复杂菌群。因此出生后的一段时间内，肠道菌群的构成具有明显的母系特征，大约一年后才逐渐转变为个体化的结构。影响肠道菌群构成的一个重要因素就是饮食结构。例如，高脂或高蛋白的食物促进拟杆菌的增殖，而普雷沃菌属数量的增加则需要高碳水化合物的饮食。肠道菌群的构成在正常情况下处于动态平衡中，互相制约、共存共荣。然而，肠道菌群失调会增加疾病的易感性。感染、疾病以及抗生素等都可能破坏肠道菌群的平衡，从而对宿主健康产生不良影响。例如，由于饮食结构改变、免疫抵抗力降低以及炎症状态增加等因素，老年人的肠道菌群构成与青年人相比发生显著改变，且直接与其健康状况相关。肠道菌群在调节胃肠道运动、促进消化吸收和提高免疫力等方面的作用早已被人熟知：肠道菌群在肠道黏膜表面形成一道保护性的生物屏障，抑制病原菌的过度增殖和病毒感染;促进先天免疫和获得性免疫的发育和维护免疫系统的正常功能;调节胃肠道运动，直接或间接参与3大营养物质的能量代谢，参与维生素的合成，影响脂肪的吸收和分布等。而近十几年来，越来越多的研究开始关注肠道菌群对脑功能的影响。已有研究表明，肠道菌群参与调控脑发育、应激反应、焦虑、抑郁、认知功能等中枢神经系统活动。肠道菌群、肠道和脑这3者间进行着密切的信息交流，使得我们对行为和情绪的调控方式有了全新和更全面的认识。肠道菌群是机体的重要组成部分，肠道菌群的作用不仅局限于胃肠道，而且可以通过肠-脑轴的3条途径(免疫、神经内分泌和迷走神经途径)形成肠道菌群-肠-脑轴，能够对脑功能和行为产生重大的影响。
研究人员早已发现肠道菌群能够调节肠道运动和分泌，分解食物中的大分子复合多糖，参与营养物质的消化和吸收，维持肠上皮屏障的完整性，促进并维护免疫系统的正常发育和活动等。肠道菌群调控脑和行为的研究成果来自于多个方面，包括肠道神经系统、神经影像学、肠道菌群和宿主的相互作用，以及肠道菌群-肠-脑轴。这些研究结果表明，肠道菌群通过肠-脑轴影响脑和行为。肠-脑轴是肠和脑之间的信息交流系统，由免疫、迷走神经和神经内分泌途径构成。
相关的动物研究则提供了肠道菌群调控宿主行为的直接证据。目前调控肠道菌群的实验方法主要有无菌饲养、肠道病原菌感染、抗生素处理和服用益生菌。研究发现，与正常动物相比，肠道菌群发生改变的动物(无菌动物、肠道病原菌感染以及被抗生素和益生菌处理过的动物)在行为(焦虑、抑郁和认知行为等)和神经生化上发生了明显的改变。例如，无菌动物具有过度的应激反应、空间记忆能力下降，以及相关脑区脑源性神经营养因子(BDNF)、5-HT和谷氨酸受体(NR)的表达异常;抗生素处理则增加了小鼠在明暗箱测试中的探索行为、减少了穿梭的潜伏期以及提高了海马和杏仁核中BDNF的水平;肠道柠檬酸杆菌感染会导致小鼠的焦虑行为和迷走神经节c-FOS蛋白表达的增加;益生菌鼠李糖乳杆菌可以改善应激小鼠的焦虑和抑郁行为，并恢复伽马氨基丁酸(GABA)A和GABAB受体在海马、下丘脑、杏仁核和前额叶的正常表达水平。另一方面的证据来自于肠道菌群失调引发的疾病。首先，由于参与调控肠和脑的活动，肠道菌群失调可能导致肠-脑疾病。人类常见的肠-脑疾病包括肠易激综合征(IBS)、炎性肠道疾病(IBD)和肝性脑病(HE)。这类疾病不仅具有明显的肠道症状(如排便异常、消化不良、腹痛、腹胀和肠道炎症等)，同时还伴有焦虑、抑郁和认知功能减退等神经精神症状。已有大量的研究发现，肠-脑疾病患者的肠道菌群发生了显著改变，且肠道菌群失调会导致动物出现类似于人类的肠-脑疾病。此外，肠道菌群失调还可能导致中枢神经系统(CNS)疾病。相关研究发现，肠道菌群失调很可能是导致多发性硬化症、精神分裂、慢性疲劳综合征、阿尔兹海默症和帕金森症等的重要原因。因此，对于肠道菌群失调导致的心理和精神异常，调节和恢复正常肠道菌群的疗法可能更直接和安全有效。服用益生菌被认为是促进心理健康的潜在有效措施，因为它是肠道内的有益微生物，有利于改善胃肠道环境和维护肠道菌群平衡，常见的有乳酸菌和双歧杆菌。动物和临床研究的结果表明，益生菌能够降低焦虑和抑郁、提高认知能力，改善自闭症、多发性硬化症、阿尔兹海默症和帕金森症等，有益于人类的心理健康。
肠道菌群影响宿主行为的途径：肠-脑轴
由于肠道内定植的肠道菌群数量庞大和构成复杂，肠道淋巴组织含有的免疫细胞占整个机体免疫细胞的70%~80%。正常情况下，免疫系统能区分共生菌和病原菌，对共生菌免疫耐受而对病原菌产生免疫反应。这种免疫区分是通过肠上皮细胞的信号传导来实现的：特化的肠上皮细胞——微皱细胞能将菌群的信息通过转吞胞作用传递给淋巴集结中的抗原提呈细胞;同时，固有层的突触细胞直接在肠上皮细胞的紧密连接间伸出突触来接收肠腔内的菌群信号。这2种信号传导细胞上均有多种Tolllike受体(TLRs)的表达，不同的TLRs识别不同肠道菌的信号，即细菌相关的分子结构(MAMPs)，比如TLR2识别革兰氏阳性菌的肽聚糖，TLR4结合革兰氏阴性菌的脂多糖以及TLR5识别革兰氏阳性和阴性菌的鞭毛蛋白。TLRs和MAMPs的结合激活免疫系统，释放细胞因子等免疫活性物质，引起对共生菌的免疫耐受而对病原菌进行免疫清除。免疫学家们早就认识到肠道菌群维护和促进免疫系统的正常活动和发育，而免疫系统对中枢神经系统活动具有重要影响。由此，肠道菌群可以通过免疫途径影响脑功能，主要包括以下3种方式：一是肠道菌群诱导产生的细胞因子进入循环系统，通过血脑屏障上的转运系统进入脑，直接对脑的活动和功能产生影响;二是脑室周器和脉络丛中的巨噬样细胞上也有TLRs表达，能对循环系统中肠道菌群的MAMPs产生应答并释放细胞因子。由于室周器在血脑屏障的外面，释放的细胞因子以自由扩散的方式进入大脑，对脑的活动产生影响;三是血管周的巨噬细胞和脑小血管的上皮细胞上表达的IL-1受体能直接和循环系统中肠道菌群产生的IL-1结合，产生前列腺素E2，调节脑的活动和功能。动物研究的结果支持肠道菌群通过免疫途径调控脑的活动。无菌动物是研究肠道菌群如何通过免疫途径影响脑活动的一个很好的模型动物。无菌动物没有肠道菌群，且免疫系统发育不成熟。Sudo等人发现，与正常动物相比，无菌动物表现出过度的应激反应;而当无菌动物肠道内定植正常菌群后，免疫系统发育良好且应激反应恢复正常。此外，另一个常用的方法是肠道病原菌感染，因为肠道病原菌本身是肠道菌群的组成部分，且其感染会导致肠道菌群发生改变。Bercik等人发现，鼠鞭毛虫感染会导致小鼠的结肠炎、血液中促炎细胞因子(包括肿瘤坏死因子(TNF)α和干扰素(INF)γ)的浓度升高，并出现焦虑行为;而抗炎药物降低感染小鼠结肠炎和促炎细胞因子浓度的同时改善了焦虑行为。除了免疫途径，肠道菌群还可以通过其他途径调控中枢活动和行为。比如，在Bercik等人进行的研究中，服用益生菌长双歧杆菌虽然对感染小鼠血液中的促炎细胞因子水平没有影响，但能够显著改善焦虑行为。
细菌对神经作用途径一：神经内分泌途径
肠道共有20多种肠内分泌细胞，它们构成了人体最大的内分泌器官。接收刺激后，肠内分泌细胞通过内分泌和旁分泌的方式影响中枢神经系统活动。内分泌传递是指肠内分泌细胞释放的神经内分泌物质进入循环系统并最终作用于下丘脑及其相关脑区;旁分泌传递则是神经内分泌物通过作用于迷走神经影响中枢神经系统的活动。内分泌传递的一个重要组成部分是下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴。当受到应激时，HAP轴释放皮质醇，皮质醇能够调控肠道免疫细胞的活动和细胞因子的释放、影响肠道的渗透性和屏障功能以及改变肠道菌群的结构。相反地，肠道菌群也能够调节HPA轴的活动，对脑的活动产生影响。Sudo等人发现，肠道菌群在HPA轴正常活动的维护中发挥了重要作用。与正常动物相比，无菌动物表现出HPA轴对束缚应激的过度反应，释放过多的促肾上腺皮质激素和皮质酮。而无菌动物定植正常肠道菌群后HPA轴活动恢复正常。类似的结果在近期发表的几项研究中也有报道。雌雄的无菌小鼠在受到新颖环境应激后均表现出了过度的应激反应，并伴随有增强的神经内分泌活动。幼年期母子分离引发的长期肠道菌群改变可能是大鼠成年后表现出异常的HPA轴活动和过度应激行为的原因。此外，Gareau等人发现服用乳酸菌能够使得母子分离导致大鼠升高的皮质酮水平恢复正常。Ait-Belgnaoui等人也发现，束缚应激的大鼠服用乳酸菌后过度的HPA轴活动能够恢复正常。事实上，肠内分泌细胞上有Toll-like受体分布，因此肠道菌群能够调控肠内分泌细胞的分泌活动。肠道还有一类特殊的肠内分泌细胞——肠嗜铬细胞，其分泌的神经递质五羟色胺(5-HT)，使得机体95%的5-HT都在肠道分布。肠道菌群调节嗜铬细胞释放5-HT，并以旁分泌的方式调节大脑的情绪活动。此外，肠道菌群还通过影响色氨酸的代谢调控中枢的活动。色氨酸是5-HT合成的前体物质，其主要的代谢途径是被吲哚胺2，3加双氧酶(IDO)转化为犬尿氨酸，而IDO的激活依赖于促炎细胞因子和皮质类固醇。肠道菌群可能通过影响促炎细胞因子和皮质醇的产生参与调控色氨酸的代谢活动。有研究表明，肠道内的一种益生菌婴儿双歧杆菌能够调控犬尿氨酸的水平。
细菌对神经作用途径二：迷走神经途径
根据神经元所在的位置，支配肠道的神经可以分为2类：一类是外在神经，包括脊髓和迷走传入神经;另一类是内在神经，肠道神经元发出的神经。在肠道，内在神经的数量约为1亿，而外在神经的数量大概有5000。外在和内在神经间不仅形成多条反射回路来维持肠道的正常活动和调节肠道对刺激的反应，外在神经还通过和脊髓背角第一层的神经元以及迷走神经的孤束核胞体形成突触，将肠道的多种信息传递到大脑。根据迷走神经上分布受体的不同，可以将迷走神经分为3类，不同类型的迷走神经传递不同的肠道信息到达大脑。第1类是机械敏感型的迷走神经，这类迷走神经支配肠系膜、肠纵环肌以及接近肠道的卡哈尔间质细胞。由于神经末端上有机械敏感通道的分布，这类迷走神经对胃肠道的扩张、收缩以及运动很敏感。但是，在正常情况下机械敏感型迷走神经对机械刺激没有反应，只有当肠道炎症发生时这些神经才具有机械敏感性。第2类是化学敏感型的迷走神经，这类迷走神经上有食欲受体分布且神经末端和肠内分泌细胞接触，能对肠内分泌细胞分泌的促食欲和厌食神经肽产生反应，调节中枢的摄食行为。事实上，摄食行为受机体营养状况的影响，因为化学敏感型迷走神经上食欲受体的表达受肠腔内营养物质的调控，比如禁食造成促食欲受体的增加、厌食受体的减少，从而增加动物的摄食行为。第3类是免疫型迷走神经，这类迷走神经末端和肠黏膜的免疫细胞接触，能对肥大细胞和淋巴球细胞释放的多种信号因子作出反应，包括肥大细胞分泌的组胺、蛋白酶、5-HT和促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)以及巨噬细胞释放的细胞因子。由于广泛参与调控肠道的运动、神经内分泌和免疫活动，比如调节肠道运动和分泌活动、影响营养物质的消化吸收和调控免疫细胞的成熟和细胞因子的释放，肠道菌群通过相应迷走神经的传递能够影响中枢神经系统和宿主行为。相关的研究结果为肠道菌群调控行为的迷走神经途径提供了证据。Powley等人认为，肠道神经系统在迷走神经途径中扮演了重要角色。解剖学证据表明，肠肌间神经丛的感觉神经元一方面接触肠道菌群，另一方面和肠道的运动神经元形成突触，参与调控肠道的运动和分泌等活动。不仅如此，肠道神经系统还与由肠到脑的迷走神经形成突触连接，构成了肠道菌群-肠道神经系统-迷走神经-脑这一信息传递途径。近期的一项研究结果支持这一观点。通过记录肠道神经系统感觉神经元细胞内的活动，研究者们发现无菌动物与正常动物相比，肠道感觉神经元的活动降低，而无菌动物定植正常菌群后感觉神经元的活动恢复正常。此外，服用益生菌罗伊氏乳杆菌也能够增强大鼠肠道感觉神经元的活动。Goehler等人调查了肠道内定植空肠弯曲杆菌对脑功能的影响。空肠弯曲杆菌是一种食源性的病原菌，其感染能够增加迷走神经传入脑区c-Fos(神经元激活的标志)的表达，导致小鼠的焦虑行为。此外，相关研究发现益生菌改善行为的作用也是由迷走神经介导的。迷走神经切断后，益生菌长双歧杆菌改善结肠炎小鼠焦虑行为的有益作用也随之消失。需要说明的是，肠-脑轴的3条途径并不是相互独立、相互排斥的，肠道菌群可能通过其中一条或多条途径影响脑功能和行为。的确，大多数的研究并未对每条途径的活动进行检测，其结果表明肠道菌群可能通过某条途径影响行为，但并未排除其他途径的可能性。比如，虽然Lyte等人的研究表明，肠道的柠檬酸杆菌是通过迷走神经途径而非免疫途径导致小鼠的焦虑行为，但研究中并未检测神经内分泌途径的活动。Sudo等人的研究则发现，不同肠道菌可能对肠-脑轴产生不同的影响。无菌小鼠分别服用益生菌婴儿双歧杆菌、致病性大肠杆菌和非致病性大肠杆菌后，下丘脑室旁核(PVN)中表达c-Fos的神经元数量显著增多(迷走神经途径)。而在这3种肠道菌中，致病性大肠杆菌引发的PVN神经元活动的增强最为明显，并伴有血液中促炎细胞因子明显地增多(免疫途径)和HPA轴活动的增强(神经内分泌途径);相比之下，益生菌和非致病性大肠杆菌虽能激活PVN神经元的活动，但引发的HPA轴活动的增强持续时间较短，且对系统性免疫反应没有影响。
细菌对神经作用途径三：肠道菌群调如何控宿主的行为？
无菌动物是评估肠道菌群对宿主脑活动影响的常用动物模型，是指不能检出任何活的微生物的动物。无菌动物饲养在无菌的环境中，防止出生时产道菌群在肠道的定植及以后生活中接触任何活的微生物。与肠道内定植正常菌群的动物相比，无菌动物的神经生化和相关行为均发生了显著改变。与无菌动物相比，肠道内定植多形拟杆菌小鼠的突触囊泡-相关蛋白33(参与突触神经传导的一种蛋白)的mRNA表达量增加了2~5倍。Sudo等人比较了无菌动物和限菌(SPF，无特定病原菌)级动物对束缚应激的反应，认为肠道菌群在下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的发育和应激反应的调控中发挥了重要作用。与正常动物相比，成年无菌动物束缚后表现出异常高的促肾上腺皮质激素和皮质酮激素水平;而肠道内定植来自于正常动物粪便的菌群后，无菌动物对应激的异常反应得到改善。有趣的是，接种正常菌群的时间越早，对应激的反应越趋于正常。当无菌母鼠在生产前接种正常菌群时，它的后代成年后对应激的反应表现为完全正常，这说明肠道菌群参与了中枢神经系统发育关键期的调控。此外，与正常动物相比，无菌动物脑源性神经营养因子(BDNF，参与神经元生长和存活的神经营养因子)以及谷氨酸受体2A(NR2A)在皮质和海马的表达减少。而最近的另一项研究则发现无菌动物海马Bdnf的mRNA表达增加，而杏仁核5-ht1a受体和Nr2b的mRNA表达减少。肠道菌群还调控5-HT系统，与正常菌群动物相比，无菌小鼠海马中5-HT和其代谢物5-HIAA的水平升高，血浆中5-HT的前体物质色氨酸的浓度增多;无菌小鼠在断奶后定植正常肠道菌群虽然对海马5-HT和5-HIAA的浓度没有影响，但可以恢复血浆色氨酸的正常水平。这些神经生化物质的失调可能导致动物的行为异常，因为BDNF，5-HT和NR表达的异常将引发焦虑等行为。支持这一观点的研究表明，在评估认知能力的新颖物体识别和T迷宫的测试中，无菌动物的非空间记忆和工作记忆受到损伤。此外，最近的一项研究利用不同种类的小鼠具有不同生理、行为和肠道菌群构成的特点，设计了一系列肠道菌群移植的实验，并得出肠道菌群调控宿主行为的结论。当无菌的BALB/c和NIHSwiss小鼠接种来自同种小鼠的肠道菌群后，其行为和同种小鼠的行为相似;当接种来自不同种小鼠的肠道菌群后，其行为则变得和肠道菌群来源小鼠的行为类似，说明供体小鼠的肠道菌群直接决定了受体小鼠的行为。有趣的是，有研究发现，无菌小鼠与对照组相比，血浆中皮质酮浓度升高且在高架十字和明暗箱测试中的焦虑行为明显减少。这个结果有些使人感到疑惑，因为过度的HPA轴活动应该伴随着焦虑行为的增多，且无菌动物的异常行为应该增多。目前还不是很清楚无菌动物表现出低焦虑水平的原因，但与对照相比，无菌动物相关脑区焦虑行为相关的基因表达发生了明显的改变，比如海马Bdnf和5-HTIA受体mRNA的表达，以及杏仁核Nr2bmRNA的表达。进一步的研究发现，在幼年期(出生的3周内)定植正常肠道菌群能够改善无菌小鼠的低水平焦虑行为。而成年期(出生10周以后)的肠道菌群定植却对无菌小鼠的焦虑行为没有影响。因此，低水平的焦虑行为可能是无菌动物异常行为的表现。然而在另一项研究中，Gareau等人并没有观察到无菌小鼠和正常小鼠在焦虑行为上的差异。无菌小鼠与正常小鼠相比，它们在明暗箱测试中的穿梭次数和待在明箱中的时间没有显著差异。无菌动物在不同研究中表现出的不同焦虑行为可能和研究中使用的不同小鼠种类、性别以及采用的行为测试方法有关，因为相关研究发现这些因素都可能对焦虑行为的测试结果产生影响。
抗生素处理动物
抗生素处理是另一种常用于评估肠道菌群对宿主行为影响的方法，因为抗生素会导致肠道菌群结构发生改变。研究表明，新霉素和杆菌肽的联合使用会造成NIHSwiss小鼠肠道活动和功能的广泛改变：肠道菌群失调(乳酸菌属和拟杆菌属数量显著下降，肠杆菌数量增多)，肠道MPO酶(炎性细胞活动的指标，表示肠道炎症的程度)水平小幅升高，免疫活性P物质(肠壁内的感觉神经递质)水平升高，以及内脏运动感知反应(结直肠扩张后的腹壁收缩反应，广泛用于测定内脏痛觉感知)增强。当给予这些小鼠干酪乳杆菌灌胃治疗后，抗生素引发的肠道炎症、神经递质改变和内脏痛觉过敏均得到明显改善。P物质可能在肠道菌群对行为的调控中发挥了重要作用。研究表明，肠道菌群改变将增加P物质水平和导致焦虑行为，而P物质的小幅增加即可引发焦虑和抑郁行为。此外，Bercik等人发现相同的抗生素制剂不仅导致BALB/c小鼠的肠道菌群失调，还改变了小鼠的行为和中枢神经系统的活动，比如增加了小鼠在明暗箱测试中的探索行为，减少了穿梭的潜伏期和提高了海马和杏仁核中BDNF的水平。值得注意的是，该实验中抗生素对肠道和脑功能的影响并非是由于抗生素非特异的系统性副作用引起的，而是通过作用于肠道菌群来实现的。
肠道病原菌感染动物
除了引发肠道菌群失调、肠道炎症、运动和分泌活动异常以及黏膜损伤等病理改变外，越来越多的究开始关注肠道病原菌对脑功能和行为的影响。肠道病原菌本身是肠道菌群的组成部分，且其感染会导致肠道菌群发生改变。最近的一项研究发现，感染鼠鞭毛虫小鼠的焦虑行为增多，海马BdnfmRNA的表达减少，血浆犬尿氨酸/色氨酸的比值升高，血浆中促炎细胞因子(TNF-α和INF-γ)的浓度增加。接下来，研究者对感染的小鼠进行多种治疗处理，探讨肠道菌群影响宿主行为的机制。感染前进行迷走神经切断并没有防止焦虑行为出现，说明感染导致的行为异常不是由迷走神经介导的。给予抗炎制剂(依那西普和布地奈德)能恢复感染小鼠的正常行为，减少血浆炎性细胞因子浓度和降低色氨酸的代谢水平，但没有影响海马BdnfmRNA的表达。给予感染小鼠服用长双歧杆菌也能够恢复正常行为，同时恢复海马BdnfmRNA的正常表达，但不影响细胞因子的浓度和色氨酸的代谢水平。抗炎药物和益生菌都能调节肠道菌群，虽然两者对小鼠神经生化物质的影响不尽相同，但都改善了小鼠感染后的焦虑行为，说明肠道菌群可能通过多条途径调控行为。肠道菌群影响行为的研究中较常使用的另一种肠道病原菌是鼠类柠檬酸杆菌(一种定植于结肠，能引起鼠类暂时性结肠炎的病原菌)。鼠类柠檬酸杆菌的感染会导致大鼠肠道菌群失调，厚壁菌门、拟杆菌门、肠杆菌和直肠真杆菌的数量增多，血清皮质酮水平升高(HPA轴活动增加)，认知能力下降，海马BDNF和c-FOS的表达降低;而乳酸菌干预可以防止以上改变的发生。不同于鼠鞭毛虫的感染，研究发现柠檬酸杆菌感染引发的行为改变是经由迷走神经途径传递的，因为在另一项研究中发现，在柠檬酸杆菌的感染初期(7~8h)小鼠出现明显的焦虑行为和迷走神经节c-FOS蛋白的表达显著增加。不仅如此，还发现其他几种肠道病原菌对中枢神经系统和行为的影响也是通过迷走神经途径完成的。空肠弯曲杆菌感染1~2d后，包括孤束核在内的脑干内脏感觉神经节的c-FOS表达增加;感染2d后，调控应激反应的下丘脑室旁核的c-FOS表达增加。空肠弯曲杆菌感染的小鼠还表现出焦虑行为，且终纹底核(杏仁核的扩展恐惧系统)的c-FOS表达增加。此外，研究者发现鼠伤寒沙门氏菌的感染也能激活由肠道到脑的迷走神经。
益生菌给予动物
益生菌是指对宿主(人类和动物)有益的活性微生物。1965年，Lilly和Stillwell将益生菌定义为：任何可以促进肠道菌种平衡，增加宿主健康效益的活的微生物。益生菌大体可以分为3类：乳酸菌、双歧杆菌和革兰氏阳性球菌。
有益作用成为肠道菌群-肠-脑轴领域的研究热点。有研究表明，服用抗生素(阿莫西林)7d会导致健康人肠道菌群的失调，表现为梭菌、真细菌、拟杆菌和肠杆菌数量增多;而服用复合益生菌(乳酸菌和双歧杆菌)3周可使肠道菌群恢复到服用抗生素前的正常结构。在大鼠的水回避应激模型中，瑞士乳杆菌和鼠李乳杆菌的联合使用能够防止应激导致的肠黏膜细菌的过度增殖以及由损伤肠上皮到达肠系膜淋巴结的细菌易位。益生菌不仅维护肠道菌群平衡，还调控脑功能和行为。最近的一项研究显示瑞士乳杆菌和长双歧杆菌的结合使用能够减少大鼠的焦虑和抑郁行为，并促进人类的心理健康。在大鼠的心肌梗塞模型中，同样的益生菌组合可以恢复大鼠正常的肠道渗透性和减少抑郁行为。Bravo等人最近发现，应激小鼠服用鼠李糖乳杆菌JB-1后，高架十字迷宫测试中开臂的探索行为增加、强迫游泳测试中不动行为减少(焦虑和抑郁行为减少)、升高的血清皮质酮水平降低以及GABAA和GABAB受体(其表达异常是引发焦虑和抑郁的因素)在多个情绪相关脑区(海马、下丘脑、杏仁核和前额叶等)的表达恢复正常。鼠李糖乳杆菌的这些改善作用是依靠迷走神经传递的，因为迷走神经切断后鼠李糖乳杆菌不影响小鼠的焦虑和抑郁行为以及相关脑区GABAA和GABAB受体的表达。Bercik等人发现，长双歧杆菌NCC3001能防止结肠炎小鼠的焦虑行为以及海马BdnfmRNA的表达异常，且其调控行为的作用也是依赖于迷走神经途径的，因为迷走神经切断后长双歧杆菌不再具有抗焦虑的作用。除了迷走神经途径，益生菌还可能通过免疫和神经内分泌途径影响脑的功能。Gareau等人表示，服用乳酸菌后柠檬酸杆菌感染小鼠的肠道菌群构成恢复正常、促炎免疫反应降低、HPA轴活动恢复正常以及认知功能得到改善。在强迫游泳和母子分离的大鼠抑郁模型中，婴儿双歧杆菌表现出抗抑郁的功能，它能够降低血浆中促炎细胞因子的浓度和色氨酸的代谢水平，而促炎细胞因子的增多和色氨酸代谢水平的升高均是引发抑郁行为的重要因素。虽然目前关于益生菌改善情绪和行为的证据还主要集中在动物研究，也有为数不多的研究表明益生菌有益于人类的情绪健康。研究数据显示，益生菌改善肠道环境、促进肠道菌群平衡、改善焦虑情绪、降低应激反应，有益于IBS患者的心理健康。在一项随机、双盲、安慰剂对照的研究中，健康被试服用益生菌(瑞士乳杆菌和长双歧杆菌的复合益生菌)或是安慰剂30d后接受一系列的量表测试。焦虑、抑郁、认知功能和压力量表的测试结果表明，服用益生菌被试的心理状态要显著好于服用安慰剂的被试。在另一项随机、双盲、安慰剂对照的实验中，研究者们在实验前以及服用益生菌发酵的酸奶或是安慰剂3周后的10d和20d，对健康被试的情绪和认知功能进行了测试。结果发现，实验前高抑郁水平的被试在服用益生菌后，他们的情绪得到了显著改善。在一项初步临床研究中，服用干酪乳杆菌2个月相对于安慰剂可以显著改善慢性疲劳综合征患者的焦虑和抑郁情绪。Tillisch等人采用功能磁共振成像的方法检测了服用益生菌一个月对45名健康女性在情绪反应测试中脑活动的影响。结果表明，与对照组相比，益生菌(乳酸双歧杆菌、保加利亚乳杆菌和乳酸乳杆菌)显著降低了被试脑岛中部和后部的活动，说明改善了被试的情绪反应。虽然这方面的临床研究还处于初期阶段、数量不多，且研究对象主要是健康人群，还未直接评估益生菌改善焦虑和抑郁症等患者情绪的作用。但以上研究的结果表明，益生菌具有改善人类情绪和促进心理健康的巨大潜力。在今后，恢复正常肠道菌群的益生菌补充可能将成为治疗心理和精神疾病的安全有效疗法。
细菌对神经作用途径四：肠道菌群失调引发的疾病
由于肠道菌群维护肠道和脑的正常活动，肠道菌群失调则可能引发肠-脑异常甚至中枢神经系统(CNS)疾病。接下来，我们将讨论肠道菌群失调在肠-脑疾病和CNS疾病中发挥的作用。人类的肠-脑疾病主要有肠易激综合征(IBS)、炎性肠道疾病(IBD)和肝性脑病(HE)，它们不仅具有明显的炎性和功能性肠道症状，还伴随有情绪和行为的异常，比如焦虑、抑郁和认知功能减退等。此外，大量的研究结果表明，肠道菌群失调可能是导致多发性硬化症、自闭症、慢性疲劳综合征、阿尔兹海默症等CNS疾病的重要原因。测定肠道菌群的构成已经成为人类疾病研究中的一个重要组成部分。大量确凿的证据表明肠-脑疾病和CNS疾病患者的肠道菌群构成与健康对照相比发生了显著改变，且肠道菌群失调将导致动物出现类似于人类的肠-脑疾病和CNS疾病，说明肠道菌群失调可能是导致肠-脑疾病和CNS疾病的原因。
肠易激综合征
肠易激综合征(IBS)是功能性的肠道疾病，这类疾病表现为慢性反复的可发生于胃肠道任何部位的疼痛和不适，但缺乏可以解释肠道功能不适的形态学病变。IBS患者除了肠道功能不适，还常伴有焦虑和抑郁的情绪症状。最近的一项临床调查研究表明，在接受调查的256位IBS患者中，190人(74。2%)有焦虑和抑郁症状。一项跨度8年的对1641名门诊患者的调查研究也发现，焦虑和抑郁与IBS显著相关。总结IBS的症状主要包括：脑活动异常、肠道运动改变、内脏感知痛觉过敏、HPA轴对应激的反应过度、小肠细菌过度增殖(SIBO)、肠道低水平促炎反应和自主神经系统失调等，可以归纳为肠-脑活动的异常。因此，有研究者认为肠道菌群失调可能是导致IBS的原因，其可能的机理是肠道菌群失调引发非组织损伤的低水平炎症，进而造成肠道功能失调以及焦虑和抑郁等症状。支持这一观点的研究表明，IBS患者常表现出低水平炎症，而促炎细胞因子比如TNF-α，IL-6和INF-γ水平的升高可能引发抑郁症状。临床和流行病学的调查研究发现IBS患者往往会出现小肠细菌的过度增殖(SIBO)，为肠道菌群失调引发IBS提供了证据。
SIBO增加肠道产气，可能诱发IBS的肠道不适症状，包括腹部胀痛、胀气和肠道蠕动过快。此外，不少临床研究显示细菌性感染引发的胃肠炎是导致IBS的危险因素。约有1/3的细菌性感染(弯曲杆菌、沙门氏菌、痢疾型大肠杆菌，以及志贺氏菌等)的肠炎患者会在感染后发展成为慢性的胃肠道疾病，其中一部分患者会患上感染后IBS。进一步的证据来自于测定IBS患者肠道菌群构成的研究，已有大量的研究报道IBS患者的肠道菌群与健康人相比发生了变化。粪便肠道菌群培养法的结果表明，与健康人比较，IBS患者肠道的大肠杆菌群、乳酸菌和双歧杆菌显著减少，而需氧菌增加。最近的一项研究采用16SrRNA法分析了粪便菌群的构成，结果显示与对照相比IBS患者肠道菌群构成发生了显著改变，其中乳酸菌数量显著减少。类似的乳酸菌减少也在腹泻型的IBS患者中发现，而便秘型IBS患者肠道内韦永氏球菌的数量增多。然而各项研究中IBS患者肠道菌群变化的结果并不一致，不能提出一个IBS肠道菌群构成的通用模式，这可能是由于采用了不同的菌群分析方法和患者本身存在的差异比如饮食结构不同、抗生素使用的差异以及不同的肠道内环境等。以上研究表明，肠道菌群失调可能导致IBS，而动物研究的结果支持这一观点。健康NIHSwiss小鼠服用非吸收类的抗生素后，肠道菌群发生改变并表现出一系列的IBS症状，包括肠杆菌增多以及乳酸菌和拟杆菌减少、低水平的肠道炎症、内脏感知痛觉过敏以及免疫活性P物质在肠肌丛的表达增加。另一项研究结果也发现，肠道菌群失调将会导致动物出现肠道不适和行为异常的IBS症状。小鼠服用而非注射抗生素后肠道菌群发生明显改变、P物质水平升高、肠道痛觉感知过敏、低水平炎症以及出现焦虑行为。
炎性肠道疾病炎性肠道疾病(IBD)
是伴随肠黏膜损伤的肠道炎症性疾病。IBD包括溃疡性肠炎(UC)和克罗恩病(CD)，分别以肠道的溃疡性病变和弥漫性黏膜坏死为特征。许多证据表明IBD患者除了肠道病变，还伴有焦虑和抑郁的情绪症状。与对照组相比，IBD患者的交感和副交感神经活动异常，且这种神经活动的失调与焦虑行为相关。对照研究显示，IBD患者中焦虑和抑郁症的发病率显著增加。对不同时期IBD患者精神状况的调查研究表明，在IBD静止期焦虑和抑郁的发病率大概是29%~35%，而当IBD复发时会有高达80%和60%的患者出现焦虑和抑郁症状。流行病学调查研究发现与正常人群相比，IBD患者焦虑和抑郁的症状增加，且增加的程度与IBD的严重程度相关。IBD的发病原因至今仍不明确，但研究表明可能和免疫、遗传以及环境因素有关，其中作为环境因素之一的肠道菌群在IBD的发生发展中扮演了重要角色。对比IBD患者与健康人群的肠道菌群构成，总体来看，IBD患者肠道菌群的多样性降低，数量减少。高通量宏基因组分析法对比了IBD患者与健康人的肠道菌群，结果显示IBD患者粪便菌群的基因数量比健康人少25%。
Seksik等人发现IBD患者粪便菌群的构成与正常人有所不同：感染性大肠杆菌和肠球菌增多，而拟杆菌、拟球梭菌和双歧杆菌减少。Hense等人发现IBD患者厚壁菌门细菌的数量减少，而拟杆菌门和肠杆菌科细菌的数量增多。最近的一项研究中，Joossens等人对比了CD患者与健康对照的粪便菌群构成，发现主要有5种细菌的数量发生了重大变化，它们是梭状芽孢杆菌、小类杆菌、柔嫩梭菌群、青春双歧杆菌和活泼瘤胃球菌。此外，IBD患者肠黏膜菌群的构成与正常人群相比也有所不同。赵立平等人采用变性梯度凝胶电泳方法对UC患者的肠黏膜菌群进行分析，结果表明同一位患者的溃疡和正常结肠黏膜的乳酸菌、柔嫩梭菌以及杆菌在数量上存在明显的差异。类似地，其他研究也发现CD患者肠黏膜的柔嫩梭菌(一种具有抗炎作用的共生菌)的数量显著减少。以上结果表明肠道菌群失调在IBD中的重要性，而相关的动物研究则提供了进一步的证据，表明肠道菌群失调可能导致IBD。Garrett等人发现相对于正常小鼠，T-bet(–/–)×Rag2(–/–)转基因的UC小鼠粪便中肠杆菌科肺炎球菌和奇异变形杆菌的数量显著增多，且这2种细菌在肠道的定植将直接导致正常小鼠患上肠炎。Ohkusa等人用从UC患者肠道内分离出的变形梭状杆菌给大鼠灌肠，结果大鼠的肠道发生了类似于人类的溃疡性肠炎病变。限菌(SPF，无特定病原菌)级的HLA-B27转基因大鼠会自发结肠炎，而无菌的HLA-B27大鼠则表现正常。
细菌对神经作用途径及展望
以上动物和临床研究的结果证明了肠道菌群-肠-脑轴的存在，并表明肠道菌群不仅调控生理活动，还通过肠-脑轴的免疫、神经内分泌和迷走神经途径影响宿主的行为。正常的肠道菌群保证宿主生理活动的正常进行并促进宿主的心理健康;而肠道菌群失调将造成肠道炎症、胃肠道功能不适和神经毒性代谢物的增多，并引发焦虑和抑郁症状、异常的应激反应和认知能力降低，可能是导致IBS、IBD和HE等肠-脑疾病，以及多发性硬化症、自闭症、慢性疲劳综合征和阿尔兹海默症等CNS疾病的原因之一。今后的研究应当着重于阐明肠道菌群调节肠-脑轴的机理，这能够帮助我们了解肠道菌群失调在IBS和阿尔兹海默症等疾病中的作用，更加全面深入地理解精神心理疾病的发病机制，拓展我们对脑活动调控机制的了解。理解肠道菌群调控宿主行为的功能对今后精神心理疾病的治疗具有重要意义。对于肠道菌群失调导致的中枢神经活动异常，调节和恢复正常肠道菌群的疗法可能更直接、更安全有效。目前临床上常用的作用于肠道菌群的药物主要有抗生素和乳果糖。临床治疗IBS的常用抗生素有新霉素和利福昔明，治疗IBD的抗生素主要包括灭滴灵和环丙沙星，治疗HE的药物主要有利福昔明和乳果糖。虽然它们在治疗IBS，IBD和HE中表现出了一定的有效性，但仍存在副作用大、疗效不稳定和依从性差等诸多不足，不是理想的治疗制剂。抗生素的抗菌特异性差，可能造成病原菌抗生素抗性的产生，且抗生素的使用会引发肠道菌群失调，加重甚至导致IBS和IBD;乳果糖疗效不稳定，在其维持治疗期间HE常常复发，且具有引发腹泻和水盐代谢紊乱的副作用以及加重肠梗阻和乳糖不耐症的风险。益生菌调节肠道菌群平衡，有利于宿主身心健康，被认为是治疗心理精神疾病的安全有效制剂。已有不少的研究报道了益生菌改善情绪和调节宿主行为的有益作用，且临床研究显示IBS，IBD和HE患者，以及自闭症、CFS，MS和AD患者服用益生菌后消化道症状、神经症状、焦虑抑郁情绪和认知能力得到改善，生活质量得到提高。这说明益生菌具有用于治疗肠-脑疾病和CNS疾病的良好前景，但仍有几个需要注意的问题。首先，益生菌改善情绪和行为的临床研究还需要加深机制的探讨。比如，在益生菌改善IBS的临床研究中，虽然已有大量的研究结果支持益生菌对IBS的改善作用，但其中不少研究只对益生菌的改善作用进行了观测，没有深入探讨益生菌改善作用的可能机制和对肠道菌群的影响，且这方面的研究结果并不一致，还存在着部分阴性结果的报道。有研究统计，在目前发表的益生菌改善IBS症状的研究中大约有3/4的研究得到了阳性结果，还有1/4是阴性结果。造成结果不一致的原因可能包括实验设计上的差异、IBS患者类型和性别的差异、使用益生菌种类和活力的差异、使用单一菌种和复合菌的差异以及益生菌服用次数和疗程的差异等，这些都是以后临床研究中需要考虑的问题。此外，忽视安慰剂对肠道菌群的影响也可能是导致阴性结果的重要原因之一。在2个相似的研究中，研究者们探讨了含有多种益生菌的酸奶(2个实验均采用了嗜酸乳杆菌和双歧杆菌的混合菌，浓度均为107CFU/mL，服用8周)相对于不含益生菌的酸化牛奶，改善IBS症状的作用。虽然这2个研究得出的结论是益生菌对IBS没有显著的改善作用，因为酸化牛奶和酸奶对IBS的改善作用没有显著差异。但有趣的是，服用酸化牛奶和酸奶均显著地改善了IBS患者的症状。这2个研究均未对肠道菌群进行检测，而酸化牛奶本身会对肠道菌群产生影响，这可能是导致阴性结果的原因。相关研究表明，牛奶本身和酸性环境会对肠道菌群的构成产生重大影响，毕竟安慰剂组连续8周每天服用酸化牛奶400mL。已有研究表明，革兰氏阳性杆菌普遍具有耐酸能力，且酸性环境能够显著增加革兰氏阳性的乳酸菌和双歧杆菌的数量，提示酸化牛奶改善IBS的作用可能是由于其增加了肠道内益生菌的数量。其次，需要认识到每个种类的益生菌都有其独特的性质，可能和宿主进行特异性的相互作用。某种益生菌具有调节宿主行为的有益作用，但不能由此进行推论认为其他种类的益生菌或是包含该菌的复合型益生菌也具有类似的作用。有研究者发现，甚至是同一种类不同菌株的益生菌的生理调节作用也是不相同的。再次，如今益生菌的应用中有一个越来越常见但似乎缺少充足科学论证的做法，那就是使用复合型的益生菌制剂。复合型益生菌包含了多种益生菌，与单种益生菌相比，可能的优势是能够融合各种益生菌的有益作用，其综合作用可能大于每种益生菌单独使用时的相加效应，能够发挥更广泛的有益作用。然而，还有一种可能性是多种益生菌的混合使用可能造成各个益生菌间的相互抑制和有益效果的相互抵消，导致总体有益作用的降低。目前这个问题似乎还没有引起足够重视，只有少数的研究比较了复合益生菌和单种益生菌的有效性因此，还没有足够的证据支持复合型益生菌的有益作用大于单种益生菌。
发表评论：
TA的最新馆藏[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&