微生物-腸-腦軸與酒精誘導腦損傷的研究進展

厲 穎李燦委范孟然尹愛武劉衛紅高鵬飛

(1.大理大學藥學院，云南 大理 671000；2.大理大學公共衛生學院，云南 大理 671000；3.湘潭醫衛職業技術學院，湖南 湘潭 411104；4.大理大學 農學與生物科學學院，云南 大理 671000；5.云南省昆蟲生物醫藥研發重點實驗室，云南 大理 671000)

酒精是一種精神活性物質，具有多種行為和神經生物學效應，過度飲酒不僅對大腦有直接影響，還與外傷、癲癇和中風等風險的增加有關[1]。研究發現，低劑量的酒精也會導致運動控制、判斷和反應時間受損[2－3]。酒精暴露不僅破壞大腦的表觀遺傳和轉錄過程，也損害神經再生，誘發神經炎癥，例如，酒精可調節小膠質細胞信號轉導，誘導其增生、活化、產生促炎性細胞因子[4－5]。腸道微生物、腸道和大腦三者間有著密切的信息交流，由此誕生微生物-腸-腦軸的概念[6]。腸道微生物可通過腸-腦軸影響大腦的行為和功能[7]。有報道稱，酒精中毒與腸道微生物失調有關，腸道微生物代謝物，如胃腸激素、短鏈脂肪酸、神經活性化合物前體和神經遞質等，均可影響生理和身體的正常功能[8]。本文通過查閱中國知網、Pubmed等數據庫，總結近年來微生物-腸-腦軸在酒精誘導腦損傷中的研究進展，為相關研究提供參考。

1 微生物-腸-腦軸

人類腸道微生物群主要由細菌組成，其他包括古菌、真菌、寄生蟲和病毒等，其中90%為厚壁菌門和擬桿菌門，另有放線菌門、變形菌門和疣微菌門等[9－10]。微生物-腸-腦軸是腸道菌群與大腦之間的雙向通訊通道，一方面，神經信號可影響腸道功能，改變腸道菌群的組成；另一方面，腸道微生物群可通過不同途徑向大腦發出信號，包括免疫和迷走神經的激活、產生微生物代謝物、多肽、神經遞質和神經調節劑[11－12]。該軸的功能障礙可導致許多神經精神類疾病，如腸易激綜合征、自閉癥和帕金森病等[13－15]。微生物群對自閉癥、焦慮、抑郁、帕金森病和精神分裂癥的影響已在臨床前和臨床工作中得到驗證，成為各種腦部疾病的潛在診斷和治療靶點[16]。有研究表明，腸道微生物群組成的改變可能導致神經免疫過程和周圍炎癥[17－18]。酒精暴露可增加腸道通透性，改變腸道微生物群的組成，使腸道內的微生物進入體循環，被血液中循環的免疫細胞或存在于靶器官的免疫細胞識別，合成促炎細胞因子。促炎細胞因子是腸腦交流的重要介質，可以到達中樞神經系統，誘發與情緒、認知和飲酒行為變化相關的神經炎癥[19]。

2 酒精對腦影響的腸道微生物特征

酒精攝入可使腸道微生物的組成和功能發生變化[20]。有報道稱，在酗酒者和慢性酒精暴露的小鼠模型中，促炎腸道微生物豐度增加，如變形桿菌；正常共生細菌豐度減少，如擬桿菌門[21－22]。Xu等[23]研究了酒精攝入誘導腸道細菌的變化及其與神經心理行為的相關性，發現酒精攝入可使腸道菌群發生明顯的變化，在門水平上放線菌和藍藻菌增加；在屬水平上，安德克氏菌屬(Adlercreutziaspp.)和蘇黎世桿菌屬(Turicibacterspp.)增加；進一步分析表明，Adlercreutziaspp.與酒精偏好呈正相關，與焦慮樣行為和前額葉皮質中腦源性神經營養因子(brain-derived neurophic factor，BDNF)/γ-氨基丁酸A受體α1(GABAAα1)的變化呈負相關。BDNF能促進運動神經元和多巴胺能神經元等的存活，增加神經遞質的合成，改變細胞膜上離子通道活性，在學習記憶、認知功能和情緒障礙的調節中發揮重要作用[24]。γ-氨基丁酸(GABA)是中樞神經系統重要的抑制性神經遞質，通過與GABAAα1受體結合，發揮突觸后抑制作用[25]。以上研究提示，慢性酒精暴露過程中的腸道菌群失調與酒精誘導的神經心理行為和腦部BDNF/GABAAα1的表達密切相關。

Wang等[26]通過研究腸道微生物在酒精成癮中的作用機制，發現酒精成癮小鼠的腸道微生物多樣性發生顯著變化，厚壁菌門及其梭菌綱豐度升高，擬桿菌門降低；膽汁酸和次級膽汁酸水平均升高，厚壁菌門可產生次級膽汁酸，結果提示，腸道微生物組成的變化可能影響機體代謝，是酒精成癮的作用機制之一；此外，強迫飲酒組小鼠的5-羥色胺(5-HT)水平升高，90%的5-HT由腸嗜鉻細胞、肌腸神經元和粘膜肥大細胞在腸道中合成，是一種調節胃腸道和其他器官系統的腦神經遞質[27]，提示腸道微生物的改變可能調控5-HT水平；本研究顯示，積極飲酒組小鼠牛磺酸水平升高，強迫飲酒組牛磺酸水平降低，牛磺酸能改善某些神經病理形態，缺乏牛磺酸會減緩小腦、錐體細胞和視覺皮層的細胞分化和遷移[28]，這間接闡釋了適度飲酒對大腦有正面積極的作用、過量飲酒對大腦有明顯的負面影響[29]。

Jadhav等[30]研究發現，在酒精成癮大鼠模型中，腸道微生物的變化可影響腦紋狀體多巴胺受體的表達；梭菌目、瘤胃菌科、毛螺菌科等細菌與酒精使用障礙嚴重程度呈正相關；毛螺菌科UCG-006、嗜酸球菌、沙特爾沃思菌屬、球菌屬，以及噬糖厭氧產氫桿菌的豐度變化與多巴胺2受體mRNA的表達降低有關。有研究報道，瘤胃菌科、毛螺菌科和α多樣性與酒精損傷的嚴重程度和腸道通透性改變相關[31]。以上研究提示，腸道菌群的組成變化與酒精成癮大腦回路中的神經密切相關。此外，Peterson等[32]研究乙醇蒸汽對小鼠腸道微生物群的影響，發現另枝菌屬顯著增加，梭菌屬IV和XIVb、多爾氏菌屬、糞球菌屬明顯降低。

3 酒精通過微生物-腸-腦軸對腦損傷影響的機制研究進展

3.1 免疫

越來越多的證據顯示，免疫系統對大腦的發育和功能有重要影響，神經免疫反應的改變可能導致神經病理變化[33]。據報道，神經免疫系統的激活參與酒精誘導的腦損傷過程，腸道微生物在這一過程中發揮著關鍵作用，其與大腦之間交流的中斷或改變可能是許多精神障礙的重要因素[34－35]。炎癥反應是人體免疫系統中保護機體的重要防線，腸道微生物代謝物內毒素(LPS)可激活巨噬細胞、單核細胞、白細胞等，釋放腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1(IL-1)、IL-6、血小板活化因子等促炎性介質，產生炎癥級聯反應[36]。腸道微生物及其代謝物的改變可誘發炎癥反應，并促進LPS向體循環的轉移，加強腦部炎癥的發展進程。

3.1.1 炎癥

酒精誘導的神經炎癥在酒精依賴、抑郁癥和其他精神疾病的病理生理學中發揮重要作用[37]。酒精成癮或戒斷可能會導致腸道保護性菌落減少或致病性菌落增加，進而誘導炎癥信號和細胞因子釋放的改變，促使迷走神經收縮或改變其神經保護傳入信號[20]。Lowe等[38]發現，酒精的攝入改變了腸道微生物的組成，增加了腸道通透性，促進微生物成分進入體循環，誘發神經炎癥和小腸促炎細胞因子的表達；口服抗生素通過減少腸道細菌負荷，降低腸道和腦部炎癥小體的表達，保護機體免受酒精引起的神經炎癥反應。Jiang等[39]研究發現，酒精可誘導腸道菌群多樣性和結構的變化，其影響機制包括小膠質細胞的激活、炎性細胞因子釋放、BDNF蛋白表達抑制和AKT/GSK3β/β-catenin信號通路的調控等。Monnig等[40]發現，在艾滋病和慢性酗酒的情況下，腸-腦軸的促炎紊亂可能導致神經認知障礙，減少飲酒對降低炎癥相關認知障礙和死亡率至關重要。

3.1.2 內毒素

正常情況下活菌和細菌衍生的代謝物不會進入血液，酒精的攝入可破壞腸屏障的完整性，使腸道細菌及細菌產物進入血液，如LPS，其是toll樣受體4(TLR4)的配體，TLR4是單核細胞和巨噬細胞上表達的先天免疫受體，LPS與TLR4受體復合物結合，可激活單核細胞，產生促炎細胞因子和趨化因子[41－42]。LPS通過TLR4依賴機制調控腦內免疫功能、髓鞘和突觸形成的基因表達[38－43]。酒精的攝入增加了LPS從胃腸道到血液的轉移，進而引發小膠質細胞的免疫激活導致神經退行性變[44]。小膠質細胞是中樞神經系統內固有的免疫效應細胞，在中樞神經系統的生理過程中發揮著重要作用[45]。此外，Shukla等[46]發現酒精誘導LPS從母體腸道的吸收，參與了胎兒腦內基因表達的變化，可能涉及自閉癥基因的表達改變。研究發現，妊娠期間外源性LPS給藥會導致子輩發生類似自閉癥的行為，而且在自閉癥患者中，血清LPS水平顯著升高[47－48]。

3.2 色氨酸代謝

腸道微生物可通過多種機制調節色氨酸代謝通路，色氨酸是一種必須氨基酸，經腸胃吸收后進入大腦，代謝產生神經活性化合物，如犬尿酸和喹啉酸，前者可阻斷N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的甘氨酸位點，后者可刺激NMDA受體[49]。腸道微生物對色氨酸代謝的調節主要通過犬尿氨酸途徑，其是色氨酸代謝的主要途徑，占色氨酸代謝的95%，色氨酸代謝參與腸-腦軸的調控，腸道菌群可通過直接和間接機制介導色氨酸對犬尿氨酸途徑的調控[50]。Giménez-Gómez等[51]研究發現腸道微生物參與了酒精引起腦部色氨酸代謝的改變，在吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)和色氨酸2，3-雙加氧酶(TDO)的作用下，色氨酸轉化為犬尿氨酸，這兩種酶在大腦中均表現出較低的基礎活性，長期過量飲酒導致免疫系統激活，產生神經炎癥反應，誘導IDO的活性，導致大腦犬尿氨酸水平的增加。有研究報道，外源性注射犬尿氨酸及其代謝物犬尿酸，可減少嚙齒動物的酒精消耗[52]。

3.3 其他

有研究報道，從慢性不可預測的應激小鼠到無菌小鼠的糞便微生物移植會導致受體小鼠出現類似抑郁的行為[53－54]。Zhao等[55]將酒精中毒患者的糞便菌群移植到健康小鼠體內，發現接受酒精中毒患者糞便微生物群的小鼠表現出類似焦慮和抑郁的行為，有自發的酒精偏好，而且內側前額葉皮質中BDNF、GABAAα1亞基減少，伏隔核中代謝型谷氨酸受體1、蛋白激酶C減少。提示腸道菌群可能對酒精偏好有重要影響。Xiao等[56]采用慢性酒精中毒和戒斷小鼠模型，研究酒精戒斷引起的焦慮和行為變化，并將酒精喂養小鼠的腸道微生物移植到正常小鼠中，發現酒精戒斷可引發焦慮行為跡象。進一步研究顯示，酒精暴露供體的腸道微生物移植會影響BDNF、促腎上腺皮質激素釋放激素Ⅰ型受體和μ阿片受體編碼基因的表達變化，可能導致酒精戒斷引發的焦慮。

4 益生菌介導酒精對腦部的影響

益生菌是一種對宿主有益的活性微生物，主要有酵母菌、益生芽孢菌、丁酸梭菌、乳桿菌、雙歧桿菌、放線菌等，攝入益生菌可改善腸道菌群的組成和功能，提高機體免疫力[57－58]。有研究報道，益生菌在治療神經紊亂方面有一定的效果，如乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌可降低海馬區GABAA受體的表達[59]，增加NMDA受體的表達[60]，并將GABA轉化為谷氨酸[61]，具有潛在的改善焦慮、抑郁的作用。Hadidi Zavareh等[62]研究發現，益生菌攝入對酒精暴露動物的行為和電生理方面有不同的影響，可以改善酒精暴露大鼠的記憶。

5 研究與展望

腸道微生物可通過炎癥、內毒素以及色氨酸代謝等途徑影響酒精誘導腦損傷的發展。基于“微生物-腸-腦軸”理論，加強酒精誘導腦損傷的機制研究，是今后相關研究的重要方向之一。

但腸道微生物種類繁雜，從眾多差異微生物中篩選出與酒精誘導腦損傷的關鍵菌株仍面臨眾多挑戰；其次，微生物的組成和功能易受遺傳、飲食、年齡、性別和疾病等因素的影響；而且，以動物為研究對象的實驗結果對人類的適用性有待探討；此外，“微生物-腸-腦軸”是腸道菌群通過大腦調控人體機能的主要方式，但有研究顯示，腸道微生物也可以通過腸道的相關神經元，獨立于中樞神經對人體機能進行調控，提示其作用方式的多樣性[63]。

今后應加強對腸道菌群分類及功能分析的研究，強化對關鍵細菌及其代謝產物的深入分析，使其更高效的用于酒精相關腦病的機制研究；其次，應注意建立統一的實驗標準，降低相關影響因素對腸道微生物特征的影響。例如，Dubinkina等[64]通過研究酒精依賴患者腸道微生物群組成與酒精依賴綜合征和酒精性肝病的關系，并對腸道菌群的分類和功能組成進行多因素分析，發現酒精依賴和肝功能障礙兩個主要臨床因素，對酒精依賴患者腸道微生物群落及功能有不同的影響；此外，應加強微生物-腸-腦軸研究從實驗到臨床的轉化。