腸腦軸的雙向相互作用加重大腦和腸道損傷的惡性循環

近年來，越來越多的證據表明，胃腸道和大腦之間存在一個叫做「腸腦軸」或「微生物-腸-腦軸」的雙向反饋環路，促進腸道和大腦之間的雙向溝通。

腸道和大腦之間的溝通依賴於迷走神經的傳入和傳出通路以及其它的作用機制，從而從大腦向腸道發出「自上而下」的信號或從腸道向大腦發出「自下而上」的信號。腸道和大腦之間的雙向相互作用有助於調節體內平衡、免疫反應和炎症。

腸腦軸的破壞與多種疾病有關，包括抑鬱症、焦慮症、阿爾茨海默病、帕金森病和腸易激綜合征等等。

2017年11月，來自美國馬里蘭大學醫學院的研究團隊發表在《大腦、行為和免疫》雜誌上的一項研究發現，小鼠外傷性腦損傷和腸道功能變化之間的雙向關聯。

外傷性腦損傷可導致胃腸道癥狀，包括腸道黏膜損傷、腸道屏障功能破壞和腸道動力障礙，以及影響創傷後的發病率和死亡率。外傷性腦損傷後72小時會出現內毒素血症相關的腸道損傷、炎症和屏障功能紊亂。在大腦中，創傷引發的繼發性損傷機制可以持續數月甚至數年，包括持續性的神經炎症過程，可導致漸進性神經退行性和神經功能障礙。外傷性腦損傷導致的遲發性的全身性影響，比如全身炎症反應綜合征和多器官功能障礙綜合征，在外傷性腦損傷後的發病率和長期死亡率中發揮了一定的作用。外傷性腦損傷患者的死亡原因分析表明，這些患者死於敗血症的可能性是普通人群的12倍，死於消化系統疾病的可能性是普通人群的2.5倍。

腸屏障功能障礙與炎症性腸病、代謝綜合征、非酒精性脂肪肝、糖尿病以及全身炎症反應綜合征和多器官功能障礙綜合征的發病機制有關。值得注意的是，腸道屏障功能破壞的一些指標，比如腸道通透性增加和內毒素血症，與大腦損傷的嚴重程度呈正相關，與外傷性腦損傷相關的發病率有關。由於腸黏膜屏障是複雜多樣的外部環境和內部環境之間相互作用的主要部位，維持體內平衡對於黏膜屏障對有害或致病性刺激的反應能力至關重要。腸道上皮細胞、固有層免疫細胞和腸道神經膠質細胞可通過複雜和動態的相互作用調節黏膜屏障穩態。

具體來說，研究人員發現小鼠外傷性腦損傷所引起的胃腸道的變化使腸道通透性增加。腸道通透性的這種變化也增加了有害微生物從胃腸道遷移到身體其它部位並引發感染的幾率。這些來自胃腸道系統的細菌感染增加了大腦炎症，並與大腦海馬體神經元的丟失有關。

作為雙向腸腦軸研究的一部分，研究人員也關注了極端的腸道功能紊亂會如何加重大腦的炎症。感染是外傷性腦損傷患者常見的併發症。大腦損傷後感染的易感性增加被認為是由於中樞神經系統損傷直接導致的外周免疫抑制所導致的，這種影響不僅發生在住院期間，而且是長期的。給小鼠感染檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）可以模擬人類腸道出血性大腸桿菌和腸道致病性大腸桿菌感染。為了精確定向腸道對大腦的影響，研究人員給小鼠感染檸檬酸桿菌，當外傷性腦損傷的小鼠被這種強有力的腸道細菌感染時，大腦損傷會進一步惡化，增加星形膠質細胞和小膠質細胞調節的大腦炎症。

這項研究表明了外傷性腦損傷後大腦和腸道之間的慢性和雙向的相互作用，這可能會對大腦損傷以後的結果產生負面影響。

大腦和腸道之間存在這很強有力的雙向相互作用，這可能有助於解釋為什麼大腦創傷後系統性感染的幾率會增加，並且有助於開發新的治療方法。這些結果強調了腸道和大腦的雙向溝通對外傷性腦損傷的長期影響的重要性。

這項研究也首次發現，小鼠的外傷性腦損傷會引發一種惡性循環。在這種惡性循環中，外傷性腦損傷會導致腸道功能紊亂；而這些腸道功能破壞又會通過導致大腦炎症從而加劇最初的腦損傷，這又會進一步惡化腸道功能紊亂。久而久之，反反覆復，陷入這種惡性循環而無法自拔，大腦損傷和腸道功能紊亂都變得越來越嚴重。

圖片均來自網路

參考文獻：

Ma, E. L., et al. (2017). "Bidirectional brain-gut interactions and chronic pathological changes after traumatic brain injury in mice." Brain Behav Immun 66: 56-69.

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