FSHW | 吃出来的脑健康？饮食将成为调控“微生物-肠-脑”轴进而改善神经退行性疾病的秘密武器

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

神经退行性疾病（Neurodegenerative diseases, NDs）是一类以中枢或外周神经系统神经元进行性丧失为特征的异质性疾病，包括阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、帕金森病（Parkinson’s disease, PD）和多发性硬化（Multiple sclerosis, MS）等。这类疾病常伴随记忆力减退、社交障碍、感觉异常和行为异常等症状。据统计，全球约有6 630万NDs患者，其中近2/3来自中低收入国家。随着人口老龄化的加剧，NDs的患病率持续攀升，不仅给患者带来巨大痛苦，也对全球公共卫生体系构成严峻挑战。

近年来，科学家发现肠道菌群可能在NDs发生发展中扮演关键角色。人体肠道是一个庞大的“微生物工厂”，栖息着超过100万亿个微生物细胞，包括细菌、古菌和真核生物等。研究表明NDs患者的肠道菌群组成与健康人群存在显著差异，同时在小鼠模型中也发现无菌小鼠与普通SPF级小鼠在神经病理和行为学上也存在明显差别。基于这些证据，研究人员逐渐将目光聚焦于“微生物-肠-脑“轴（Microbiota-Gut-Brain Axis）。根据现有研究，肠道菌群及其代谢产物可能通过以下3 条途径影响神经功能和大脑行为，包括：神经信号通路（如迷走神经激活、肠神经系统调节）；免疫系统调控（如小胶质细胞激活、肠道黏膜免疫影响神经炎症）；以及微生物代谢物（如短链脂肪酸、激素和神经递质等）。

值得注意的是，肠道菌群具有高度可塑性，尤其容易受到饮食因素的影响。早在2000年前，现代医学之父希波克拉底就提出“让食物成为你的药物”。如今，越来越多的研究支持饮食干预可通过调节肠道菌群，进而影响宿主神经功能，甚至可能预防NDs的发生。

中国农业大学食品科学与营养工程学院张淑晴博士、陈芳教授与李道通副教授等在本文中，概述了NDs的病理特征及患者/动物模型中肠道菌群的改变，随后系统梳理了“微生物-肠-脑“轴的三大沟通机制，并重点探讨了4 种关键膳食营养素如何通过调控菌群影响神经生理。最后，结合AD、PD和MS的临床前及临床研究数据，评估了靶向肠道菌群的饮食策略在NDs管理中的应用潜力，为未来精准营养干预提供了新视角。

Results and Discussion

肠道菌群在NDs中的作用日益受到关注。临床和动物模型研究均表明，肠道微生物的组成和功能变化与AD、PD、MS和ALS的病理进程密切相关。本文系统性的综述了近年来的相关文章，发现和健康人群相比，AD患者肠道菌群中双歧杆菌（Bifidobacterium）和Adlercreutzia丰度减少，而拟杆菌（Bacteroides）、Bilophila和Alistipes相对丰度显著增加。此外， Ruminococcaceae菌属的富集与脑内N-乙酰天冬氨酸水平下降相关。对于AD相关的动物模型的研究发现，5×FAD和APP/PS1转基因小鼠均表现出厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度提高而拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度减少，且SCFAs水平降低。此外，肠道菌群变化与Aβ沉积和线粒体功能障碍相关。

对于PD与肠道微生物，多项临床分析显示PD患者肠道中普雷沃菌科（Prevotellaceae）减少，而肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、乳酸菌科（Lactobacillaceae）和疣微菌科（Verrucomicrobiaceae）增加，尤其是疣微菌科细菌可能是帕金森病发病机制的标志性细菌。在一些PD遗传和药理学动物模型中也观察到了肠道菌群组成的变化，与移植了健康对照组菌群的小鼠相比，当过表达人类α-突触核蛋白（ASO）的转基因小鼠移植了PD患者菌群后，PD相关运动障碍和反应性小胶质细胞积聚开始加剧。这些发现支持了肠道菌群是维持PD动物模型中神经退行性功能和缓解标志性运动障碍所必需的。此外，此外，鱼藤酮和MPTP诱导的PD动物模型也显示肠道菌群紊乱，如促炎细菌Rikenellaceae丰度增加，而抗炎细菌双歧杆菌（Bifidobacterium）丰度减少。

对MS临床患者粪便的16S rDNA测序发现，MS患者肠道中产丁酸盐菌如Faecalibacterium prausnitzii、Roseburia丰度显著减少，而脱硫弧菌科Desulfovibrionaceae和Akkermansia muciniphila增加。这些菌群变化可能与干扰素信号和NF-κB通路激活相关。此外，针对 MS 动物模型进行的各种研究也表明，肠道微生物的变化与 MS 的病理发展之间存在相关性。例如，一项早期的开创性研究发现，使用广谱抗生素混合物来消耗肠道菌群可通过降低肠系膜 Th17 细胞水平来抑制 MS 的严重程度。在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠中， 研究人员发现Romboutsia、Clostridia和Ruminococcaceae的丰度增加，而乳杆菌Lactobacillus和Lactobacillacea的丰度显著降低。

最后，本文总结了多项关于ALS患者肠道菌群的变化的研究，但结果却相互矛盾。例如，一项小规模的37 例ALS患者和29 例健康对照者的观察性研究表明，ALS患者组Anaerostipes hadrus, Bacteroidales bacterium, 和Bifidobacterium pseudocatenulatum丰度增加，而Clostridium leptum和Escherichia coli丰度下降。然而，另一项涉及25 例ALS患者和32 例健康对照者的研究并未发现肠道菌群的显著差异。这一矛盾的结果可能至少部分归因于临床调查的样本量有限。ALS小鼠模型表现出产丁酸菌丰度的下降。此外，在另一项针对C9orf72 ALS小鼠模型的研究中发现，肠道菌群的改变在调节运动障碍的严重程度和寿命方面发挥着关键作用。

肠道菌群与中枢神经系统之间的主动通讯主要由包括神经信号通路、免疫信号通路和神经化学信号通路的直接或间接通路介导。肠道微生物及其代谢产物，如短链脂肪酸（SCFA）和胞外多糖A，可以直接与肠道迷走神经传入神经和肠神经系统相互作用，将肠道内的感觉信号变化通过感觉环路反馈至中枢神经系统，从而调节宿主相关的行为变化。肠道微生物还可以通过直接影响小胶质细胞的发育、成熟和功能参与神经免疫调节。除了微生物对中枢神经系统免疫细胞的影响外，肠道微生物及其代谢产物还可以通过影响肠道屏障的完整性来控制信号分子进入体循环，从而影响肠道黏膜免疫和全身免疫。血脑屏障是连接外周系统和中枢神经系统的重要环节。血脑屏障通透性的改变可以促进微生物产物的通过和外周免疫细胞的侵袭进入脑部，最终实现对中枢神经系统免疫功能的间接调控。一些特定的肠道微生物自身会分泌神经递质，例如γ-氨基丁酸（GABA）和5-羟色胺（5-HT）。这些肠道来源的神经活性化合物可以穿过血脑屏障，通过突触间传递实现信号交换，从而影响宿主的行为和健康。

图1 肠道微生物群与大脑之间的主要的沟通机制

大量证据表明，肠道菌群的组成和功能与人类健康和疾病密切相关。特定的饮食成分能够到达肠道，并为肠道菌群的基本生物过程提供能量。本文总结了微生物可及性碳水化合物、膳食脂肪、膳食蛋白质和膳食多酚可以到达肠道，为肠道菌群的基本生物过程提供能量，从而促进或抑制微生物菌群的生长发育。反过来，这些膳食成分被肠道微生物分解代谢，产生多种生物活性分子，包括短链脂肪酸 (SCFA)、脂多糖 (LPS)、次级胆汁酸、吲哚衍生物、支链氨基酸 (BCAA) 和小分子酚酸。这些生物活性物质可以通过肠-脑轴调节大脑各种生理和病理状态。

图2 膳食成分影响肠道菌群和神经功能的机制

饮食模式是一个综合考虑不同营养素和食物种类、摄入量、频率和比例的变量。累积研究结果表明，不同的饮食模式干预与神经生理指标和肠道菌群结构密切相关，提示微生物依赖性地调控神经退行性疾病和脑衰老。本文介绍了几种流行的饮食模式，主要包括热量限制 (caloric restriction, CR)、生酮饮食 (ketogenic diet, KD)、地中海饮食 (Mediterranean diet, MeDiet)、植物性饮食 (plant-based diet, PBD) 和西方饮食，它们在动物模型和 AD、PD 和 MS 的临床研究中，通过影响肠道菌群进而调节NDs病理特征。

Conclusion

由于饮食在调节“微生物-肠-脑”相互作用中的重要作用，因此进一步探索以肠道微生物为靶向的饮食策略的潜力并研究“微生物-肠-脑”轴在ND中的作用对ND管理具有广阔的前景。然而，未来的研究仍需解决一些根本性挑战。首先，尽管微生物代谢物是肠脑通讯的关键介质，但尚不清楚究竟有多少比例的活性代谢物能够穿过血脑屏障并在改善脑健康中发挥作用。开发合适的输送系统以提高这些代谢物在体内的生物利用度和功效将具有重要意义。其次，绝大多数关于饮食模式调节肠道菌群与行为之间因果关系的研究都是在啮齿动物模型中进行的。在转化为临床应用之前，需要在人体研究中进行进一步的验证。最后，由于NDs表型表现复杂多样，且ND患者肠道菌群存在个体差异，有必要整合不同个体的营养素摄入效率，制定个性化的饮食指导方案。可以预见，先进的多组学技术的发展与整合，将有可能明确饮食通过肠道菌群改善NDs病理的致病作用，为NDs的治疗和预防提供新的、安全有效的干预策略。

第一作者简介

张淑晴，女，中国农业大学食品科学与营养工程学院博士生，主要从事膳食营养物质调节肠道微生物及神经退行性疾病的相关研究。

通信作者简介

陈芳，女， 教授，博导，现任农业部果蔬加工重点实验室副主任，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授， 入选国家“万人计划”、国家自然科学基金“优青”、教育部新世纪优秀人才，荣获全国三八红旗手、中国食品学会杰出青年奖、茅以升北京青年科技奖等。主持国家自然科学基金重点项目“食品加工危害物丙烯酰胺的神经毒性及花色苷干预机制”、十三五国家重点研发计划项目“新型果蔬汁加工关键技术及装备研发”等28 项，获国家科技进步二等奖2 项、省部级一等奖3 项、二等奖1 项，发表SCI论文168 篇，最高影响因子17.681，授权国家发明专利20 件， 主持或参与制定标准8 项。eFood和Food Frontiers共同主编、Future Food编辑、Journal of Nutritional Biochemistry、Nutrients编委。研究方向为食品营养与安全，长期围绕天然产物提取、果蔬营养与安全开展深入系统的基础研究、技术开发和产业化应用， 重点挖掘了生姜、山药、桔梗、大麦叶等植物源食品原料的新功能，阐明了全食物及功能组分的活性机理；揭示了生物碱、丙烯酰胺、真菌毒素等食源性风险因子的形成转化规律及毒性机制， 建立了靶点明确的毒性干预技术等。围绕果蔬产业链安全、果蔬功能机制开展了深入系统的应用基础研究、技术开发、产业化应用和科普。

李道通，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授，硕士生导师。主要研究领域包括食药同源与健康调控机制，重点研究膳食营养与肠道微生物。担任“国际食物营养与安全协会”秘书，北京市科协产业特派员，作为浙江丽水乡村振兴大使参与产业扶贫等工作。《Nutrients》、《Frontiers in nutrition》客座编辑，在《Microbiome》、《Biotechnology Advances》等国际刊物上发表SCI论文20余篇，文章总引用次数700 次，影响因子＞10的文章5 篇，“ESI高被引论文”2 篇，作为项目和课题负责人承担国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、国家重点研发计划项目、中国博士后基金项目等，2019年北京大学“博雅博士后”，2022年中国农业大学“优秀人才”。

Role of microbiota-gut-brain axis in neurodegenerative diseases and the potential of microbiome-targeted dietary strategies: a review of current evidence and future perspective

Shuqing Zhang, Wenjing Chen, Chen Ma, Yinghua Luo, Li Dong, Xiaosong Hu, Fang Chen*, Daotong Li*

National Engineering Research Centre for Fruit and Vegetable Processing, Key Laboratory of Fruits and Vegetables Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Engineering Research Centre for Fruits and Vegetables Processing, Ministry of Education, College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

*Corresponding authors.

Abstract

Neurodegenerative diseases (NDs), mainly including Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and multiple sclerosis, represent a major public health challenge with the steady increase of aging population worldwide. Emerging evidence has revealed the key role of the microbiota-gut-brain axis in the pathogenesis of NDs. Diet is one of the most important environmental factors shaping the structure and function of gut microbiota. Manipulating the gut microbiota through specific diet patterns may represent a promising approach for NDs prevention. In this review, we highlight gut microbiota variations in NDs, outline several crucial signaling pathways of the gut-brain communication, and discuss the interplay of nutrients-microbes and biological effect of diet-derived microbial metabolites on neural physiology. In particular, we summarized the current knowledge about the application of dietary patterns in NDs to prevent disease progression via the modulation of the gut microbiota. Our study provides novel insights on the diet-microbiota-gut-brain axis in neurodegenerative disorders and highlights the potential of developing microbiome-targeted personalized dietary intervention for NDs management.

Reference:

ZHANG S Q, CHEN W J, MA C, et al. Role of microbiota-gut-brain axis in neurodegenerative diseases and the potential of microbiome-targeted dietary strategies: a review of current evidence and future perspective[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(9): 9250215. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250215.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2026年10月15-17日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第115届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。扫描下方二维码即可申请展位。

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社与海南大学、海南热带海洋学院、江西农业大学共同举办的“2026年动物源食品科学与人类健康研讨会”，将于2026年11月14-15日（11月13日报到）在中国 海南 海口召开。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）