Advanced Biology | 骨骼肌-肠-脑轴与精神疾病——从肠道菌群到心理健康的新视角

一、引言：为什么肠道被称为“第二大脑”？

在过去的30年里，尽管有许多药物和心理干预措施，但精神疾病仍然是全球疾病负担的前十大原因。近年来，肠道微生物群的重要性越来越明显，其与大脑的联系成为一个新的研究课题。近年来，科学家发现肠道与大脑之间存在复杂的双向交流网络，称为“微生物群-肠-脑轴”（microbiota-gut-brain axis,MGBA）。肠道中居住着约100万亿微生物（细菌、真菌等），它们不仅参与消化，还能通过神经、免疫和代谢途径影响大脑功能，甚至调控情绪、认知和行为。例如，肠道菌群可以产生血清素（一种与快乐相关的神经递质），而大脑也会通过迷走神经“感知”肠道的状态。

来自爱尔兰的团队在Advanced Biology的综述论文“The Muscle-Gut-Brain Axis and Psychiatric Illness ”中进一步强调了“骨骼肌-肠-脑轴”（muscle-gut-brain axis,MuGBA）的概念，将骨骼肌纳入这一网络，探讨运动如何通过调节肠道菌群改善精神疾病（如焦虑、抑郁）的症状。

图：肠道微生物组、骨骼肌和大脑之间的沟通途径。（SCFAs：短链脂肪酸，BDNF：脑源性神经营养因子，HPA轴：下丘脑-垂体-肾上腺轴）。

二、MGBA：肠道菌群如何与大脑“对话”？

微生物组是人体内所有微生物及其遗传物质的统称。它由超过100万亿个微生物组成，其中大部分存在于人体肠道中。人类肠道微生物群主要包含四大类：厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门，其中90%以上属于厚壁菌门和拟杆菌门。胃肠道是免疫系统和微生物群之间相互作用的主要部位。

在从婴儿期到成年期的过程中，多种因素会影响微生物组的发展，包括分娩方式（顺产或剖腹产）、哺乳类型（母乳或配方奶粉）、卫生水平、感染和抗生素的暴露以及饮食摄入等。细胞因子、B细胞和T细胞的产生在生命早期被下调，以允许微生物组在不引发炎症过程的情况下进化。肠道微生物群在很大程度上是在成年后建立的，具有高度的稳定性。然而，衰老过程与微生物组的改变有关，包括细菌种类多样性的减少，这增加了微生物组对外部压力的敏感性。

肠道与大脑的“对话”通过以下主要途径实现：

1. 迷走神经：作为直接通讯的“电话线”，传递肠道信号至大脑。例如，益生菌（如乳酸杆菌）的抗焦虑作用依赖于迷走神经的完整性。

2. 免疫系统：肠道菌群失衡（菌群失调）可能导致肠道通透性增加（“肠漏”），细菌产物进入血液，引发全身炎症。炎症因子（如IL-6）可激活下丘脑-垂体-肾上腺轴，导致皮质醇升高，加剧抑郁。

3. 代谢产物：肠道菌群分解食物产生的短链脂肪酸（SCFAs，如丁酸）能抗炎、增强肠屏障，甚至直接刺激大脑释放血清素。

4. 神经递质：某些菌群可直接合成γ-氨基丁酸（GABA）、多巴胺等神经递质，影响情绪和认知。肠道生态失调会影响各种神经递质的产生，包括多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸和GABA等。

三、MuGBA：运动如何成为“天然抗抑郁药”？

近年来，MuGBA的概念越来越受到关注，表明衰老过程、肠道生态失调和骨骼肌功能变化之间存在联系。肠道微生物组通过SCFAs的产生、肠道通透性、酶活性和乳酸代谢等影响运动表现。

越来越多的证据表明，骨骼肌不仅是运动器官，还能通过分泌细胞因子（如IL-6）和调节代谢等方式，与肠道菌群、大脑形成联动：

1. 运动改变菌群组成：适度运动增加丁酸产生菌，减少促炎菌群，改善肠道屏障功能。

2. 抗炎与代谢调节：运动降低血液中促炎因子（如TNF-α），同时通过AMPK酶促进葡萄糖和脂肪酸代谢，改善胰岛素敏感性。

3. 色氨酸代谢：运动促进色氨酸转化为“神经保护性”的犬尿喹啉酸，而非“神经毒性”的喹啉酸，这可能缓解抑郁。

4. 临床证据：

   ·运动员的肠道菌群多样性显著高于久坐人群，且SCFAs水平更高。

   ·运动干预在青少年、老年人中均能减轻抑郁症状，效果与药物或心理治疗相当。

四、菌群失调与精神疾病的关联

多项研究发现，精神疾病患者的肠道菌群存在特征性改变：

1. 抑郁症：乳酸杆菌、双歧杆菌减少，肠杆菌科增加；丁酸水平降低与症状严重程度相关。

2. 帕金森病：普雷沃菌科减少，肠杆菌科增多。

3. 干预手段：

   ·益生菌：特定菌株（如长双歧杆菌）可降低皮质醇，改善HPA轴功能。

   ·粪便移植（FMT）：将健康供体的菌群移植至患者，可减少动物模型的焦虑样行为。

五、未来方向与挑战

MGBA的发现为治疗包括精神疾病在内的多种疾病过程开辟了新的途径。MuGBA作为MGBA的延伸，拓宽了我们对身体活动、骨骼肌功能、最佳肠道微生物群状态和心理健康之间联系的理解，从而扩大了治疗抑郁症和焦虑症等精神疾病的各种治疗方法的潜力。

尽管不断扩大的临床前研究为MuGBA涉及的机制途径提供了关键见解，但仍然需要强有力的临床研究来转化这些临床前发现。仍需解决以下问题：

1. 个体差异：不同人群（如肥胖vs消瘦）对运动的菌群响应不同，需个性化方案。

2. 机制不明：运动如何精准调控菌群-肌肉-大脑的分子通路？

3. 临床转化：现有证据多基于动物实验，需大规模临床试验验证益生菌、运动干预的长期效果。

六、总结：从“肠”计议，身心共治

肠道不仅是消化器官，更是影响心理健康的重要枢纽。通过饮食、运动等生活方式干预调节菌群平衡，可能成为未来精神疾病治疗的“绿色疗法”。正如论文作者所言：“运动不仅是强身健体的工具，更是通过MuGBA重塑大脑健康的钥匙。”

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adbi.202200214

期刊介绍

Advanced Biology是Wiley出版社旗下Advanced 系列期刊之一。Advanced系列是Wiley倾力打造的自主旗舰品牌，涵盖了各学科领域的优秀期刊，如综合类期刊Advanced Science（IF: 14.3）和材料科学期刊Advanced Materials（IF:27.4）等。作为Advanced系列的第一本生命科学类期刊，Advanced Biology（IF:3.2）创刊于2017年，旨在成为生命科学领域具有国际影响力的原创成果发表平台，涵盖从分子到整个生命体以及更高尺度的生命科学研究。期刊致力于报道重要新颖具有广泛生物学意义的基础及应用研究，包括但不限于以下领域：细胞与分子生物学、系统生物学、合成生物学、组织工程与再生医药、生物技术与生物工程、免疫学、微生物学、结构生物学、神经生物学、癌症研究、发育生物学、遗传学与表观遗传学、生态系统与进化生物学等。作为Hybrid期刊，Advanced Biology为作者提供Gold Open Access发表选项。

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