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探索大脑健康的宝藏:神经营养素、肠道菌群与我们的思维宇宙

谷禾健康

大脑健康,其实是我们每个人日常生活质量的关键所在。从决策记忆,从情绪管理社交互动,大脑在我们生活中扮演着不可或缺的角色。

近年来,科学研究逐渐揭示大脑健康、神经发生与神经营养素以及肠道菌群之间存在着密切的联系。

研究人员逐渐认识到,大脑在一生中不断通过形成新的神经连接来进行自我重组。大脑中新神经元的诞生被称为神经发生。现在科学认为,大脑在一生中不断自我重组并创造新的脑细胞。

神经生长因子 (NGF) 是一组称为神经营养因子的类蛋白质小分子之一,负责神经发生新神经元的发育以及成熟神经元的健康和维持。

根据动物研究结果,研究人员认为神经生长因子可能促进神经元和轴突的生长、维持和存活。它还被认为有助于修复髓鞘,髓鞘是轴突周围的绝缘涂层。

动物实验发现,随着大脑中神经生长因子产生的减少,动物形成新连接以及保留和访问记忆的能力就会受到损害。神经生长因子可能会挽救退化的神经并帮助恢复其功能,但缺乏人体数据。

神经营养素有的像是ω-3脂肪酸这样分子,给大脑细胞补充能量,让其更加强健;有的则像是维生素E和C这样的抗氧化剂,为大脑提供了一层无形的护盾,对抗那些想要损害大脑的自由基;还有的,比如B族维生素,它们确保大脑的能量供应,让我们的思维更加敏捷。

肠道菌群是肠道中的居民,它们与大脑通过“肠-脑轴”的紧密相连。肠道菌群可以通过多种机制影响大脑功能,包括通过调节免疫系统、产生神经递质以及影响神经发生。不健康的肠道菌群组成可能会导致炎症的增加,从而影响大脑健康,增加患有情绪障碍和神经退行性疾病的风险。“肠-脑轴”让我们的大脑和肠道可以互相传递信息,这导致吃进肚子里的食物,能影响我们的情绪和思维。

科学家们通过不断的研究,揭示了这些微生物如何帮助我们的大脑保持年轻和活力。例如,补充ω-3脂肪酸可以改善记忆力,抗氧化剂的摄入与减缓认知衰退有关。

本文我们来了解一下神经发生、神经营养素、神经营养因子及其与肠道菌群的关联等,通过了解这些关键的生物学概念及其相互作用,可以采取措施维持肠道微生物群的平衡,可以为大脑提供必要的支持,提高认知能力,有效减缓认知衰退,从而保持其长期的活力和健康。

神经 · 发生

神经发生,或称神经元发生,是指在成年大脑中新的神经元(神经细胞)的形成过程。

成年大脑定型了吗?

长期以来,科学家们曾认为成年人的大脑不再能够产生新的神经元,也就是说大脑的结构和功能一旦在儿童时期和青少年时期形成之后便定型不会有太大的变化

然而,近年来的研究发现,成年大脑确实能够通过神经发生产生新的神经元,尤其是在海马区和嗅球区等特定区域。这一发现不仅挑战了以往的认知,也为理解大脑的可塑性、学习记忆机制以及大脑疾病的治疗提供了新的视角。

神经发生对大脑健康的影响和意义是多方面的

首先,它是大脑适应环境变化、学习新知识和技能的基础。新的神经元能够形成新的神经网络,增强大脑的处理能力和记忆存储能力。例如,在学习和记忆过程中,海马区的神经发生是非常重要的。

其次,神经发生对情绪调节和应对压力也有重要作用。研究表明,抑郁症和焦虑症患者的海马区神经发生水平较低,而适当的运动和抗抑郁治疗可以促进神经发生,改善情绪

然而神经发生并非在所有情况下都是有益的

在某些脑部疾病,如癫痫,过度的神经发生可能导致异常的神经网络形成,引发病症的加剧。因此,如何在促进神经发生的同时,维持神经网络的稳定性和功能性,是当前研究的一个重要课题。

生活方式对神经发生也有显著影响

研究发现,规律的身体锻炼充足的睡眠、健康的饮食习惯、积极的社交活动、一些草药和补充剂例如褪黑激素、尿苷等都能够促进成年大脑的神经发生。相反,长期的压力、抑郁、睡眠不足以及不健康的生活方式则可能抑制神经发生。

总之,神经发生是大脑适应环境变化、学习和记忆、以及情绪调节的一个重要机制。了解和促进神经发生的过程,不仅对于提高个体的认知功能和情绪健康有重要意义,也为治疗各种神经系统疾病提供了新的策略和方法。随着科学研究的深入,相信在未来,通过调控神经发生,人类将能更好地维护大脑健康,提高生活质量。

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神经营养素如何影响神经系统发育?

大脑可以看做是一座正在建设中的超级城市,而神经营养素就是那些建设这座城市所需的原材料和工人。这些营养素通过一系列精妙的机制,共同打造出一个健康、功能强大的大脑。

那这些机制是如何运作的呢?

“大脑城市”的基础工程:细胞外基质分子及受体

首先,有些像是建筑工地上的脚手架和信号旗,细胞外基质(ECM)分子及其受体(比如层粘连蛋白和纤连蛋白)为神经元提供结构支持和方向指示。它们确保神经元能够正确生长和相互连接,就像确保城市中的道路和桥梁精准对接一样。

“大脑成长”的营养奶粉:关键营养素

假如说这座城市还是个婴儿城市,那它在成长的早期阶段需要大量的“营养奶粉”,这里指的是蛋白质、能量、长链多不饱和脂肪酸、维生素和矿物质。这些营养素保证了城市(也就是我们的大脑)的健康发育,为神经细胞的生长、分化提供能量和原料。

微量元素,比如铁、锌和碘,就像是城市中的微型工程队,它们在大脑发育中扮演着至关重要的角色。铁负责运输“氧气”,锌则负责“通信系统”的建设,保证城市运转顺畅。

“大脑城市”规划师与交通系统:神经营养因子与神经活动的调节

还有前面说到神经营养因子,如NGF和BDNF,它们就像是城市规划师和建筑师,指导神经元如何成长和相互连接,确保大脑城市的设计既清晰又实用

神经活动的调节作用就像城市中的交通系统,根据需要调整道路和信号灯,以保证信息流动的顺畅和效率,从而促进大脑的可塑性和学习能力。

脂质在这个比喻中,可以看作是提供能量和材料的重要来源,帮助城市中的建筑物更加坚固,同时保证城市的能源供应。

生命早期的营养对这座城市的未来有着长远的影响。正确的营养摄入不仅能促进城市的健康成长,还能避免未来出现结构和功能的问题,确保城市居民(即我们的神经细胞)能够快乐、健康地生活。

这些神经营养素和它们的作用机制共同努力确保了我们的大脑能够健康成长,展现出最佳的功能。

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神经营养素如何影响认知功能?

试想一下,你的大脑始终处于工作的状态——调整呼吸和心跳、接收和处理信息、产生思想和调控运动等,即使你在睡觉时,它依然在24小时全天候工作。这就意味着你的大脑需要持续稳定的燃料供应,而这种“燃料”正是来源于你每天所吃的食物。

相比于其他身体部位,大脑消耗大量的能。虽然人的大脑仅仅占人体重量的2%,但它所消耗的能量可占总能量的20-25%。因此,从食物到大脑神经元的能量转移所涉及的机制可能是调控脑功能的基础,能量代谢紊乱直接影响大脑功能。

过去人们对食物的认知,还停留在为人体提供能量和提供构造身体的原料。现在越来越多的证据表明,某些营养素的摄入不足或过量都可直接影响神经健康,从而影响大脑的结构和功能,并最终影响认知和情绪

如果把大脑想象成一个超级复杂的宇宙神经营养素则是其中的超级英雄,守护着我们的认知功能——记忆、学习能力,乃至抵御神经退行性疾病的侵袭。但这并不简单,因为这些超级英雄的力量来源,也就是我们的饮食模式和营养素摄入量是可变的,有时候也可能成为我们的隐形敌人。

首先,看下反面角色。

高脂肪和高糖的饮食模式,就像是给大脑施加了一个沉重的负担,特别是在海马体这个与学习和记忆密切相关的区域,它们会导致突触功能障碍和神经可塑性的减退

但也有积极的力量。膳食脂质,比如磷脂和鞘脂,是认知功能的守护者,通过影响我们肠道的微生物组成,它们以一种隐秘的方式保护着我们的认知健康。

优质脂肪

起初,大家认为脂肪对心血管系统功能有影响;但最近的研究显示,有益的膳食脂肪更对大脑有直接的作用,包括:

  • 牛油果
  • 坚果、种子
  • 植物油(橄榄油)
  • 大豆

抗氧化维生素如β-胡萝卜素、α-生育酚以及叶酸,可以抵御认知功能的衰退

植物营养素

类胡萝卜素是食物中的色素,让水果和蔬菜呈现色彩,如黄色、红色和橙色等。

植物营养素家族中一些较有影响力的成员,叶黄素和玉米黄质,相比有益大脑的功效,它们支持眼睛健康的效果更熟为人知。这些营养素与正常健康的认知功能有关。

大脑也需要其它营养素。它们是帮助保护大脑免受氧化压力损伤的抗氧化成分,可以尝试以下食物:

胡萝卜、南瓜、菠菜、红薯、红甜椒、番茄、羽衣甘藍等。

而当谈论营养状况对认知能力的影响时,B族维生素、维生素D、E和omega-3脂肪酸的摄入量成了关键角色。它们是大脑宇宙中的正能量,但过量摄入又可能适得其反,成为负面力量,引发高血压和血糖控制不佳等问题。

图源:askthescientists

Omega-3脂肪酸促进大脑发育和维持大脑正常功能方面起着重要作用,其中DHA还是神经细胞膜的重要成分。人体无法自行合成Omega-3脂肪酸,因此这属于人体必需脂肪酸,这意味着这些重要脂肪酸的唯一来源是我们所摄入的食物。

Omega-3脂肪酸的主要来源是多脂鱼类,包括:

三文鱼、沙丁鱼、鲱鱼等。其中主要以DHA和 EPA的形式存在。

研究表明,多摄入DHA和EPA对认知功能具有保护作用;还可帮助改善患有轻度认知障碍人群的认知功能。

胆碱

胆碱在人体中具有多种重要功能。胆碱可与磷脂结合成磷脂酰胆碱,是大脑和神经元细胞膜的重要组成成分。同时,它也是神经递质——乙酰胆碱的前体分子,对神经信息传递起着重要作用,可控制人的运动、记忆和情绪等。

胆碱的缺乏还与某些肝脏疾病神经系统疾病的发生有关。

可以选择一些食物如:

  • 鸡蛋、肝脏(牛肝、鸡肝等)
  • 牛肉、猪肉、羊肉
  • 三文鱼、贝类

叶酸和维生素B12

叶酸(维生素B9)和维生素B12对于生命早期的神经发育至关重要,孕期如果缺乏这两种营养素,可能会导致胎儿神经管发育畸形

血液中同型半胱氨酸水平过高可增加认知功能减退和患痴呆症的风险,而叶酸和维生素B12可降低血液中同型半胱氨酸的水平,从而降低认知功能减退和患痴呆症的风险

缺乏叶酸可导致神经和认知问题

临床试验结果显示叶酸补充剂本身或与其它维生素(B6和B12)结合一起服用,可在衰老过程中有效维持健全的认知功能

可以选择以下这些食物:

  • 豆类、菠菜、西蓝花、芦笋
  • 牛肉、海鲜、鸡蛋(含有维生素B12)
  • 香蕉、马铃薯、坚果(含有维生素B6)

维生素C和维生素E

维生素C和维生素E 作为抗氧化营养素,可保护神经免受氧化损伤。此外,大脑神经元中需要保持一定水平的维生素C才能维持大脑的正常功能。因此,食用富含维生素C的食物可以帮助延缓因年龄增长而导致的认知功能退化。

一些维生素C含量较高的食物

注:单位“杯”是一个常见的非正式计量单位,美规和英规略有区别,大约是237毫升-250毫升左右,涉及到果蔬的份量时,一杯通常是指将果蔬切碎后填满一杯容器的量。

维生素D

维生素D可影响神经元的生长、发育和存活的过程。研究表明,在老年人群体当中,体内维生素D水平低下可能增加认知功能退化和患老年痴呆症的风险。

维生素D3是我们身体需要的维生素D形式。调节大脑中的钙水平,帮助保护脑细胞免受有害的氧化作用,并支持海马体(大脑记忆中心)的健康

大多数研究发现,纯素食者的血液中维生素D3含量较低,并且在冬季,素食者更有可能出现维生素D3不足。

类黄酮

类黄酮可以提高血管功能,从而影响神经细胞间的物质传递和信息交流,进而影响神经健康和大脑功能。食用富含类黄酮的食物或饮料可以帮助提高人体健康水平,以及帮助提高患有轻度认知障碍老年人的认知功能。

类黄酮的抗氧化作用已在实验中获得证实,但这些植物化合物(如可可、银杏、葡萄籽提取物)在人体内具有更多的综合作用,目前仍在持续进行研究中。

一些类黄酮在保持健康的大脑功能方面表现出不错的结果。

槲皮素是一种类黄酮,是银杏萃取物中的主要成分,它已在一些研究中被证明能维持记忆力和学习能力。

类黄酮来自多种色彩丰富的植物食物。可以尝试以下这些食物:

  • 莓果
  • 黑巧克力
  • 深色绿叶蔬菜
  • 葡萄
  • 李子
  • 西兰花

钙和镁

大脑能如此天衣无缝地运作依靠的是神经元之间相互连结和交流的能力。钙和镁这两种矿物质对维持通讯顺畅进行发挥重要的作用。

钙质有助于维持神经细胞正常发挥功能,并有助于控制神经递质的流量。镁对脉冲传输发挥作用。它还透过催化B族维生素转化为活性形式,而帮助大脑释放B族维生素的所有益处。

富含钙质的食物如:

  • 乳制品、豆类、橙子、卷心菜和羽衣甘蓝;

富含镁的食物如:

  • 坚果、全谷类、牛奶、肉类和绿叶蔬菜;

其它有益大脑的营养素

以下简要列举一些经研究对大脑健康有益的其它营养素:

α-硫辛酸

已获证实可维持记忆力和认知功能。它能够使其他抗氧化剂恢复到活性状态。富含的食物如:内脏(肾、心、肝)、土豆、菠菜、西兰花等。

咖啡因

不仅能帮助提神,摄入咖啡因还与大脑处理信息的能力之间存在联系有关。但注意适量,过多的咖啡因会让人过度兴奋或焦虑,一个健康的成年人每天的摄入量不应超过三到四百毫克

存在于大脑前部的一种必需矿物质。其运作机制仍需更多研究才能确定,但缺乏锌却与很多神经系统问题有关。当人的锌水平低时,可能会出现焦虑,抑郁,失眠和情绪失调等状况。

研究发现抑郁症和精神病患者的锌含量低。在患有帕金森氏病,阿尔茨海默氏病,唐氏综合症多动症的患者中也发现了锌缺乏

补锌有助于改善抑郁症状,是 “自然的抗抑郁药”。锌的饮食来源多种多样,尤其是在红肉,家禽和鱼类中。

姜黄素

一种强力抗氧化成分,可保护大脑免受脂质过氧化反应和一氧化氮类的影响。

新鲜姜黄可以适量切片或切碎后加入沙拉、汤或炒菜中。临床试验都表明姜黄素补充剂安全且耐受性良好的。

几种胃肠激素或胜肽

如瘦素、饥饿肽、胰高血糖素样肽-1(GLP1)和胰岛素等, 可支持健康的情绪反应和认知过程。

不要忘了炎症——认知功能的隐形敌人,通过抗炎和促炎作用影响着大脑。而姜黄素、白藜芦醇、蓝莓多酚和多不饱和脂肪酸等超级食材,以及生活方式的选择,如热量限制和体育锻炼,都是强大的盟友,帮助保持认知功能。

地中海饮食、营养支持和热量控制饮食抵御了认知能力下降和神经退行性疾病的威胁。

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神经营养素如何调节情绪?

如前所述大脑是一座忙碌的都市,神经营养素则是其中维持秩序的超级英雄,特别是在情绪调节这个复杂的领域。情绪调节就像城市交通系统,涉及多个区域,对我们的心理健康和行为至关重要。接下来我们再来探索一下大脑城市。

神经递质:大脑交通的信号灯

首先,神经递质犹如信号灯,这就像是在城市交通中错误地发出信号就会导致了交通堵塞甚至是严重的交通后果。所以神经递质抑郁的严重程度之间的关系,就像是使用了不良情绪调节策略的结果。

前额皮质:情绪调节的指挥中心

然后,来到前额皮质区域,这个区域就像是大脑都市的交通指挥中心,它不仅参与情绪调节,还和身体的内分泌和免疫系统功能相关。这意味着,改善情绪调节就像是优化了城市交通,对整个都市的健康都有益处。

饮食与遗传:大脑都市的燃料与基础设施

我们的饮食,就像是为大脑都市提供燃料。特定的营养素能够影响神经元功能和突触可塑性,进而影响情绪。这就像是选择了高质量的燃料,让整个城市运转得更加顺畅。

遗传因素在情绪调节中也扮演了角色,就像是大脑都市中的基础建设。特定的遗传变异,比如血清素转运蛋白的变异,会影响情绪特征和神经系统,这就像是决定了城市交通系统的设计和效率。

神经影像学:交通管理

神经影像学研究揭示了参与情绪调节的特定大脑区域,就像是确定了城市中的关键交通节点。而实时功能磁共振成像神经反馈的研究,能够实时调节这些交通节点的流量,对精神障碍的治疗具有潜在的益处。

压力和性别:突发事件和不同司机

压力和性别在情绪调节中的作用,就像是突发事件和不同司机的驾驶习惯对城市交通的影响。急性压力可能会损害我们分散情绪刺激的能力,而性别差异则决定了我们减少负面情绪的能力

总之,神经营养素通过对大脑功能和突触可塑性的影响,扮演着情绪调节中的超级英雄。无论是遗传因素还是饮食,都在这个复杂的城市交通系统中发挥着重要作用。而神经影像学的发现和实时神经反馈技术的进步,就像是为这座都市提供了新的管理工具。最后,不容忽视的是压力和性别差异,它们就像是影响交通流量的突发事件和不同司机的习惯。

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哪些人适合补充维生素B改善脑健康?

在这个快节奏的世界里,大脑像是永不休息的工作狂,不断地处理信息、接收信息、做决策、回忆过去和规划未来。但是,就算是高效的机器,大脑也需要适当的燃料和维护来保持其最佳性能,特别是那些对脑健康至关重要的维生素B。

最新的研究发现让我们对维生素B和其他神经营养素在保持我们的思维敏捷和记忆力方面的作用有了更深的认识。比如说,一项研究发现,老年人补充omega-3脂肪酸可以让认知功能保持在较好的状态,甚至减缓认知衰退的脚步。另一项研究则揭示了维生素E补充剂与降低某些类型认知障碍风险的联系。

那么,具体来说,哪些人群最适合通过补充B族维生素来提升脑健康呢?

  • 对于没有认知障碍或者患有轻度认知障碍(MCI)的老年人来说,补充维生素B可能帮助他们延缓或维持认知能力的下降,维生素B补充剂在提升记忆力方面表现出了中等程度的益处。
  • 那些有心血管事件病史的患者,尤其是曾经经历过中风的人,通过补充B族维生素和omega-3脂肪酸,可能会减少心血管事件的发生,对他们的时间定向任务有益。
  • 一般的老年人群,特别是那些B族维生素水平不足的人,通过补充这些维生素可能会提高他们的认知能力,因为即使是营养状况的轻微差异也可能微妙地影响认知。

总的来说,补充维生素B似乎对记忆力有一定的益处,目前的证据还不足以推荐其用于改善认知功能、执行功能和注意力,或者用于稳定或减缓阿尔茨海默病患者的认知、功能、行为和整体变化的下降。还需要更多精心设计的、大样本量的随机对照试验来明确维生素B补充剂在这些亚组中的预防效果和最佳剂量。

神经 · 营养因子

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神经营养因子与脑健康

接下来再聊聊那些让我们的大脑保持活力和健康的小帮手——神经营养因子

神经营养因子:大脑城市的维护英雄

如果我们的大脑是一座充满活力的城市,那么神经营养因子就是那些维护城市基础设施、确保一切运转顺畅的英雄。

它们是一类特殊的蛋白质,对我们的神经系统来说,就像是超级食物一样,负责支持神经细胞的生存,促进受损神经细胞的修复,还有调节细胞之间的通信。简而言之,没有它们,我们的大脑就不能正常工作。

神经营养因子包括神经生长因子(NGF)和脑源性神经营养因子(BDNF)

  • 神经生长因子是这个家族中的先锋,对感觉神经和交感神经至关重要。
  • 而BDNF,则是大脑中的常客,它负责保持神经元的生存,促进神经突触的形成,以及调节神经传递物质的释放。

促进生长与修复

这些超级英雄通过与神经细胞表面的特定受体结合,激活一系列信号传导途径,从而促进神经细胞的生长、分化,增强我们大脑的可塑性和修复能力

影响学习与记忆

神经营养因子在保护神经细胞、促进受损神经组织的修复,以及提高我们的学习和记忆能力方面发挥着显著作用。比如,BDNF的水平,就和我们的学习能力及记忆形成紧密相关。这也像是大脑的健身教练,帮助思维保持敏捷,记忆力强大。

与神经退行性和精神疾病相关

神经营养因子还参与了与神经退行性和精神疾病相关的病理生理学过程。它们的水平改变与阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、抑郁症和药物滥用等疾病有关。这些都表明,神经营养因子的平衡对我们的神经健康至关重要。

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哪些因素会影响神经营养因子

生活方式

运动

运动无疑是提高 BDNF 水平的最佳方法之一。

  • 在久坐的男大学生中,高强度运动可以提高 BDNF 水平和记忆力。
  • 在雄性和雌性大鼠运动后几天内,神经细胞中 BDNF 水平的变化,并且甚至在运动后持续数周。
  • 在大鼠中,当 BDNF 水平增加时,低强度运动实际上比高强度运动更好。这与正常大鼠的证据一致,即低强度运动比高强度运动更能改善突触可塑性。

这些影响尚未在人类中进行研究。

睡觉

与睡眠健康的对照组相比,失眠患者的 BDNF 水平较低。根据一些未经证实的理论,压力是否会导致精神障碍取决于睡眠是否得到维持或受到干扰。在大鼠中,长期睡眠不足导致IL-1b和TNF增加,BDNF 减少

在抗抑郁治疗中,BDNF 升高可能是抗抑郁药物是否有效的预测指标,尽管这一指标并不完全可靠。BDNF 实际上并不与抑郁症的减少同时发生,因此,人们认为大部分预测效果可能基于睡眠。这意味着 BDNF 可能是人们睡眠质量的一个标志,需要大规模研究来证实这一理论。

减轻压力

慢性或急性应激和皮质醇会降低大鼠海马和前额皮质中的 BDNF

急性应激更显著降低 BDNF。

承受很大压力的人表现出较少的 BDNF。

晒太阳

对荷兰 2,851 人的分析发现,血液中的 BDNF 在春季和夏季增加,在秋季和冬季减少。BDNF 水平与一个人暴露在阳光下的小时数相关。

然而,维生素 D 补充剂可能无效。

人体试验中补充维生素D不会增加 BDNF

绝经后女性补充维生素 D 实际上会降低 BDNF。

认知刺激

动物高度刺激的早期社会环境会增加 BDNF

在小鼠中,探索行为的水平会诱发 BDNF,而在人类中,这相当于精神和身体刺激或新奇感。

当学习事物或挑战大脑时,大脑会增加 BDNF,因为它在学习和记忆中发挥着重要作用。

间歇性禁食

在小鼠中,隔日禁食(禁食日单餐摄入约 600 卡路里热量)可使 BDNF 的产生增加 50% 至 400%具体取决于大脑区域。禁食对人类 BDNF 的影响还需进一步研究。

保持昼夜节律

一些科学家推测,昼夜节律失调与 BDNF 水平低有关。例如,昼夜节律失调的脑外伤患者的 BDNF 产生量也较低。

饮食/食物

科学家正在研究以下饮食因素是否会增加或降低 BDNF 水平:

西方饮食

所谓的“标准西方饮食”(“SAD”)——即高糖和饱和脂肪的饮食,可能会减少 BDNF 的产生。

鱼油 / DHA

抗性淀粉,例如抗性淀粉– 转化为丁酸盐,导致 BDNF 增加。

其他

下列物质均显着增加雌性大鼠额叶皮质中的 BDNF :

  • 蜂蜜
  • FOS、GOS(益生元)
  • 蓝莓
  • 可可(类黄酮)
  • 大豆 –雌二醇和大豆植物雌激素

然而,没有临床证据支持上面列出的增加 BDNF 的方法。上述因素涉及动物和细胞研究,应进一步研究。

激素/神经递质

科学家发现动物体内以下激素与 BDNF 水平之间存在联系:

  • 黄体酮
  • 雌激素
  • 褪黑素
  • 促肾上腺皮质激素
  • 血清素
  • 脱氢表雄酮

缺乏人类数据。

没有研究表明增加这些激素会增加人类的 BDNF。

在没有看医生的情况下不要服用任何激素。在没有医疗监督的情况下服用激素可能非常危险。

补充剂

膳食补充剂尚未获得批准用于医疗用途。补充剂通常缺乏扎实的临床研究

一些研究表明,这些补充剂可能有助于增加 BDNF 并支持心理健康:

  • 丁酸盐
  • 槲皮素和山奈酚
  • 咖啡因
  • 姜黄素通过激活啮齿动物皮质神经元中的BDNF/ TrkB依赖性 MAPK 和 PI-3K 级联产生神经保护作用。
  • 烟酸
  • 镁(位于前额皮质、海马体)
  • 乳酸研究人员给人们注射乳酸后发现 BDNF 水平升高。
  • L-苏糖酸镁脑镁含量升高会增加 NMDA 受体 (NMDAR) 信号传导、BDNF 表达。
  • 肌苷
  • 植物乳杆菌
  • 绞股蓝
  • 没食子儿茶素没食子酸酯
  • 锂通过抑制 GSK-3 来提高 BDNF,这也能促进骨骼肌生长。
  • 橄榄叶
  • 茶氨酸增加 BDNF 并减弱皮质醇与DHEA的关系,对 AMPA、红藻氨酸和 NMDA 受体的亲和力也较低 。
  • 红景天
  • 白藜芦醇
  • 熟地
  • 人参口服预处理后,GRb1 显着抑制应激介导的 BDNF 水平下降,同时进一步增加应激介导的HSP70水平升高。
  • 黄芩甙
  • 假马齿苋在大鼠中,当动物暴露于慢性不可预测的压力时,假马齿苋会增加 BDNF。
  • 何首乌
  • β-丙氨酸
  • 龙眼
  • 植物神经酰胺
  • 2-脱氧葡萄糖

药物

尚未批准任何药物用于提高 BDNF 水平;以下研究是调查性的,不够有力,不足以被视为足够的使用证据。它仅供参考。

  • Semax(ACTH类似物)
  • 西酞普兰(Celexa,SSRI)
  • 噻奈普汀(三环)
  • Ladostigil(实验药物)
  • 一种可逆的乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶抑制剂,以及一种不可逆的单胺氧化酶B抑制剂。增强 GDNF 和 BDNF 的表达
  • 雷沙吉兰

一些非法药物也会增加 BDNF,但会以整体有害的方式影响大脑并造成严重伤害。

其中许多药物可能劫持大脑的奖励系统,导致成瘾。它们的使用还可能导致危及生命的情况,应不惜一切代价避免使用。

注意:未经医生建议不要随意服用任何药物。

神经 · 肠道

胃肠道(GI)对于营养物质的吸收,粘膜和全身免疫反应的诱导以及健康的肠道微生物群的维持是必不可少的。

你会发现肠道不只是消化的细胞,还有大量的神经元和免疫细胞,以及海量的肠道菌群。

想象一下,我们的肠道里住着数万亿的微生物,它们不仅帮助我们消化食物,还能影响我们的心情和大脑功能。

经研究发现,神经发育的主要过程与母体和新生儿肠道微生物的变化一致。

Sharon et al. Cell, 2016

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微生物群与大脑结构或功能关联的证据

微生物群对大脑结构的影响

关于微生物群在人类大脑结构发育中的作用的研究仍然很少。

在成年人中,聚类分析确定了与不同白质和灰质特征相关的不同微生物群组成,包括右海马、左伏隔核、右枕前沟和小脑的区域体积差异。微生物群中的α多样性也与肥胖成人的下丘脑、尾状核和海马的微观结构有关,而特定的放线菌门的相对丰度与下丘脑、丘脑和杏仁核的微观结构变量相关。

在儿童中,只有一项研究检测了大脑结构和肠道微生物群,报告了1岁时α多样性2岁时左中央前回、左杏仁核和右角回体积之间的正相关。同样的研究还报告了基于微生物群聚类分析的特定区域脑容量差异

微生物群对早产儿大脑发育的潜在影响

在新生儿重症监护病房早产儿粪便微生物群移植研究中采用了一种更具实验性的方法。与高生长菌群的受试者相比,在NICU中生长不良的婴儿微生物群定植的无菌小鼠在神经元分化、少突胶质细胞发育和大脑皮层髓鞘形成的标记方面表现出大脑发育延迟的迹象。来自低生长婴儿的微生物群也影响各种神经传递途径增加神经炎症,同时降低生长激素的循环水平

微生物群与大脑功能、神经发育的关联

去年两项研究都发表在儿童大脑功能或活动的微生物调节上。

  • 第一项研究,在1岁儿童中评估了各种大脑网络的功能连通性。肠道微生物群α多样性与杏仁核-丘脑、扣带回前皮质-右前岛叶和补充运动区-左顶叶三个独立网络的功能连通性相关。此外,后一组与2岁时的认知评估表现相关,可能为微生物群与认知表现之间的关联提供了部分机制。
  • 第二项研究是在5-11岁的儿童中进行的,这些儿童暴露在早期的逆境中(孤儿院的养育)。在这个队列中,某些菌群的水平与前额叶皮层对情绪面孔的激活相关。这些分类中的一些在有早期逆境史的儿童中不太常见,支持他们认为微生物群在早期创伤经历和神经发育和心理风险改变之间起着联系作用的观点。

相关动物研究

一项研究很好地拟合了动物早期应激模型中的观察结果。在母性分离后,一种已知会扰乱微生物群早期应激啮齿动物模型,大鼠幼犬表现出条件性恐惧反应的加速成熟。在压力期间益生菌补充足以逆转对这两种行为的影响前额叶皮层的激活。

在压力环境之外,在各种动物模型中,微生物调节大脑功能或活动的证据基础越来越强。例如,对无菌动物杏仁核的转录组分析揭示了差异基因表达、外显子使用和RNA编辑。

最近的一项关于在缺乏微生物群的小鼠中消除恐惧的研究发现,内侧前额叶皮层的基因表达、神经元活动和树突棘重塑发生了显著变化。此外,有许多关于通过操纵微生物群而改变各种神经递质系统的报告,特别是关于5-羟色胺BDNF(脑源性神经营养因子)。这项工作与脑形态学的研究一起,强调了微生物群对大脑发育和健康的深远影响。

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肠道菌群如何影响大脑功能和行为?

肠脑轴

我们的肠道和大脑之间有着一条看不见的纽带,这就是所谓的肠脑轴。这条线不仅仅是关于我们吃了什么,更是关于我们的情绪、认知能力乃至大脑的整体健康。

肠-脑轴综合示意图

Wang and Kasper. Brain, behavior, and immunity, 2014

目前,微生物-肠道-脑轴内存在许多已知的通信途径,包括迷走神经、HPA轴、脊髓、免疫系统和代谢产物的外周传输等。这些已在其他地方详细阐述。在这里就提供一个简短的和简单的概述,其中一些路径与一个具体的发展重点(见下图)。

肠-脑轴参与婴儿早期神经发育与感受

Cong et al., Advances in neonatal care: official journal of the National Association of Neonatal Nurses, 2015

此外,肠道菌群可以影响神经传递的产生和释放,比如血清素多巴胺以及GABA,此外还有激素,谷氨酸,小分子肽等,这些都是影响我们情绪和认知的关键物质。

其次,通过调节免疫系统的反应,肠道菌群还能影响大脑中的炎症反应,这对于预防神经退行性疾病非常重要。

肠道菌群的代谢产物,比如短链脂肪酸,对大脑健康至关重要,它们不仅能为大脑提供能量,还能调节血脑屏障的完整性和功能

由肠道微生物及其产物直接或间接驱动的基本发育过程

编辑​

Sharon et al. Cell, 2016

深入一点来说,肠道微生物群通过涉及芳香氨基酸和色氨酸代谢的途径,影响诸如血清素、多巴胺和脑源性神经营养因子(BDNF)等神经递质水平。这就是为什么肠道菌群的失衡可能会导致神经递质途径紊乱,进而影响我们的大脑健康。

而且,特定的微生物酶能够直接产生神经递质,这说明了微生物群如何直接影响我们的生理和行为。肠道微生物群还能调节神经肽和神经递质受体的表达,影响体重调节和瘦素敏感性。

通过抗生素、益生菌或是粪菌移植等方式改变肠道微生物群组成,都会影响神经递质的调节,与一系列神经精神和神经系统疾病有关。

深入挖掘机制:微生物对神经发育的影响途径

微生物群-内脏-大脑轴由多个通道组成,允许微生物群和大脑之间双向交流。在发育过程中,一些关键的通路包括营养提取、免疫信号和屏障功能,以及沿脊髓、迷走神经和下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)的神经和激素信号

之前的文章有详细介绍微生物群与大脑之间的通讯途径。

Cryan JF, et al., Lancet Neurol. 2020

多种直接(如迷走神经)和间接(如短链脂肪酸、细胞因子和关键的膳食氨基酸,如色氨酸、酪氨酸和组氨酸)途径,通过肠道微生物群可以调节肠-脑轴。

扩展阅读:

肠道微生物群在神经系统疾病中的作用

代谢和养分利用率

也许解释微生物群对神经发育的调节作用的最简洁的假设是,微生物群是生长中的大脑必需营养和能量的关键来源。微生物群将原本不易消化的食物成分,转化为具有营养或生物价值的产物,营养本身是一种公认的认知结果调节器。

母乳喂养是一种影响微生物群成熟的饮食因素,长期以来一直被认为可以改善认知结果,尽管最近的数据表明,这种影响是由诸如母亲智力或教育水平等混杂变量造成的。

另一方面,特定营养素缺乏总体饮食质量低都与认知发展的长期负面影响有关,并且对易受伤害人群的营养干预可以改善儿童期的认知结果。有人认为,这些影响需要从发展中的微生物群的角度来考虑。

为了支持这一论点,最近对荷兰小学生进行的一项队列研究发现,学龄前饮食与代谢表型之间关系的强度取决于微生物群的组成

儿童营养不良延缓了微生物的成熟,从营养不良的儿童身上移植到啮齿动物或猪身上的粪便菌群表明,这种改变的菌群在与营养不良相关的发育迟缓和代谢问题中起着因果作用。在这两种动物模型中,通过补充唾液酸化的母乳低聚糖来解决这些微生物依赖性问题。这些化合物通常存在于母乳中,作为微生物群的益生元,在营养不良儿童的母亲母乳中含量较低。

最近的另一项“微生物导向补充食品”试验发现,与传统食品治疗相比,在动物模型和营养不良儿童中都有很好的效果

营养物的可利用性微生物群和代谢发展之间似乎存在着重要的相互作用,通过喂养微生物群,微生物群可以喂养发育中的身体和大脑。

屏障功能

在微生物群和大脑之间,有两大屏障:胃肠道屏障血脑屏障(BBB)。

这些屏障的通透性与微生物来源的代谢产物神经递质在微生物-肠-脑轴之间的传递特别相关;渗透性越强,传递的信号就越多。

这两个障碍有惊人的相似之处

  • 首先,两者主要功能是防止入侵病原体和毒素。
  • 第二,它们具有一些广泛的结构相似性,由一个细胞层组成,该细胞层与免疫细胞(尤其是肠屏障的T细胞、大脑的小胶质细胞)一起构成主要的物理屏障,这些细胞可以抵御病原体。
  • 第三,尽管这些结构边界以及在这些关键界面上分离内外环境的重要性,但这两个屏障都不是完全不可穿透的。两者对某些生物和化学元素都有选择性的渗透性。在健康状态下,这允许来自胃肠环境的营养物质或信号分子流入血液和/或在大脑和身体之间传递。然而,如果这些受到严密监管的系统崩溃,屏障通透性的增加会导致各种病理形式的脆弱性。
  • 第四,这两种屏障在出生后仍在继续发展,在早期的发育阶段被认为是最易受伤害的。
  • 最后,至少在动物模型中,胃肠道和血脑屏障都是由微生物群调节的。微生物群密切地调节胃肠道的发育,无菌动物在肠屏障中表现出深刻的结构和功能改变。这些变化包括紧密连接蛋白和mRNA(claudin-1和clauddin)的表达改变、微绒毛拉长和粘膜层丢失,所有这些都可能导致肠通透性的增加。微生物群也与血脑屏障的发展有关。无菌动物的血脑屏障通透性显著增加,从子宫开始一直持续到成年。无菌动物BBB完整性的丧失伴随着紧密连接蛋白(claudin和claudin-5)表达的减少。成年后,无菌动物的肠道和血脑屏障通透性都可以通过再电离恢复,表明屏障功能和肠道微生物群之间存在着终生的联系。

3
微生物或饮食干预调节对大脑健康的影响

饮食或益生菌干预有希望恢复?

饮食干预在减少压力或其他微生物群对整个生命周期学习和记忆结果的影响方面显示出了希望。

在成年啮齿动物中,益生菌补充被用于逆转压力、感染或抗生素治疗后的空间记忆缺陷,甚至在空间记忆、物体识别记忆和长期恐惧记忆方面为健康动物提供益处

在青春期,饮食中添加ω-3多不饱和脂肪酸维生素A可恢复慢性社会不稳定应激后盲肠微生物群的组成和新的物体识别障碍。

在发育早期,特定的益生菌菌株(鼠李糖乳杆菌和瑞士乳杆菌)拯救了暴露于早年母体分离应激的幼鼠条件恐惧行为的预期发育模式。压力大的婴儿表现出更持久的恐惧记忆,在恐惧消失后更容易复发,但这两种行为异常都可以通过益生菌治疗逆转

饮食-微生物群相互作用在阿尔茨海默改善中的作用

鉴于阿尔茨海默患者与健康受试者之间微生物群差异的新数据,研究人员已经开始探索通过调节微生物群来改善阿尔茨海默。

我们知道肠道微生物群可以通过多种方法进行调控,包括使用益生菌、益生元、合生元和抗生素或改变饮食,但饮食是肠道微生物群的最重要调节方式

不饱和脂肪、水果和蔬菜以及全谷类为重点的饮食调节可以给阿尔茨海默相关的认知健康带来好处。例如,地中海饮食通过增加血浆类胡萝卜素和降低C-反应蛋白水平,与阿尔茨海默关键区域的脑萎缩减少相关,表明对阿尔茨海默病理学有积极影响。

此外,炎症也是阿尔茨海默的主要症状。食用富含二十二碳六烯酸(一种n-3多不饱和脂肪酸)的鱼制品降低阿尔茨海默风险有关。富含维生素D3的鱼和富含维生素D的奶制品促进神经生长因子蛋白的分泌,这种蛋白可以防止大脑炎症和衰老。

由于地中海饮食对阿尔茨海默的这些改善作用,一项人体试验研究了MD-DASH饮食干预对神经退行性延迟(MIND)的影响,该饮食是地中海饮食与DASH饮食(阻止高血压的饮食方法)的结合,富含水果,蔬菜,全谷类,低脂乳制品和瘦肉蛋白,实验表明MIND饮食比单独使用地中海饮食或DASH更为有效

除了某些饮食生活方式外,个别食物还可以带来抗阿尔茨海默病理学的益处。例如,在小鼠模型中:

  • 饮用红酒可防止Aβ肽生成并降低阿尔茨海默风险。
  • 富含类黄酮的食物,例如黑加仑子,葡萄,柑橘和绿茶,已显示出抑制Aβ沉积并防止tau蛋白过度磷酸化,同时改善了阿尔茨海默的其他生物标志物。

几项研究探讨了直接针对阿尔茨海默肠道细菌的补充剂的使用:

  • 一项随机双盲对照人体试验,研究了12周食用嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、双歧杆菌和发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)的益生菌组合的效果,对认知功能有显著的积极影响,但对氧化应激或炎症没有影响。
  • 一项小鼠实验研究了生物素丁酸钠对早期阿尔茨海默小鼠Aβ水平和行为症状的影响,发现补充丁酸钠12周后Aβ水平显着降低,行为反应增加。

益生菌和益生元的组合合生元也显示出对阿尔茨海默的益处。

  • 一项人类研究观察到,阿尔茨海默患者食用开菲尔谷物发酵的牛奶(形成共生物质)90天后,精神能力得到改善,炎症和氧化应激减少。

综上所述,目前有关饮食和补充剂影响肠道微生物群和改善阿尔茨海默是有希望的,但更多的研究是也非常需要。

4
脑肠轴如何通过免疫系统影响大脑?

我们的肠道和大脑里都住着一些非常勤劳的免疫细胞。它们调节着炎症反应和免疫稳态。这种调节过程对于防止炎症相关疾病至关重要。

想象我们的肠道是一个繁忙的社交场所各种微生物在这里聚会,它们通过免疫系统的路径与大脑沟通,影响着精神和神经发育。而饮食、压力和我们早期的生活经历则是这场社交活动的调味料,影响着微生物群的组成和它们的交流方式。

肠道微生物群和肠道屏障的微小变化,都能引起中枢神经系统内免疫调节的变化。这就像是在说,改变我们的饮食习惯有可能对治疗多发性硬化症等疾病有潜在的帮助。

而益生菌、益生元和健康饮食不仅能让我们的肠道微生物开心,还能通过一系列免疫、神经和代谢途径,帮助调节大脑的发育和行为。这就像是给大脑发送了一份特别的营养餐。

肠道微生物群的影响力非常强大,它们通过神经递质、神经肽、激素和细胞因子,成为大脑、肠道、免疫系统和自己之间沟通的信使。

肠-脑轴甚至能通过分泌信号和免疫系统的激活,改变大脑的功能,有时候还会导致精神疾病。而迷走神经在这个双向通讯过程中,就像是一个忙碌的信息传递员。

有趣的是,微生物群还能通过抑制免疫系统诱导炎症来影响脑肿瘤的发展和治疗结果。这让我们意识到,微生物群在精准肿瘤学中的作用可能远比我们想象的要大。

肠-脑轴内的相互作用,包括自主神经和中枢神经系统、应激系统和肠道免疫反应,都与炎症性肠病的发病机制有关。而大脑-肠道-微生物组通讯的干扰,可能会导致肠易激综合征、肥胖以及各种精神和神经系统疾病。

总之,肠-脑轴通过免疫系统调节大脑功能,免疫细胞、微生物代谢物和各种信号分子在肠道微生物群和大脑之间建立了一个复杂的通讯网络。饮食、压力和早期生活事件是塑造这种相互作用的关键因素,对于治疗精神、神经发育和神经退行性疾病,以及炎症和压力相关疾病的干预具有潜在的影响。

5
哪些具体的肠道菌会影响认知衰退?

长双歧杆菌,能够通过阻止肠道菌群失调、降低内毒素水平和调节大脑炎症途径来保护我们的认知功能。简而言之,长双歧杆菌是我们大脑的守护神。

但是,就像任何城市一样,总有一些不那么受欢迎的居民。研究发现,Megamonas、Serratia、Leptotrichia和梭菌科的增加与阿尔茨海默病的早期阶段有关。同时,一些好家伙,比如CF231、Victivallis和肠球菌的数量减少,这也不是个好消息。

阿尔茨海默病患者的肠道小城市里,双歧杆菌、鞘氨醇单胞菌、乳酸菌和Blautia的数量丰富,但鞘氨醇单胞菌的增多似乎与认知功能的下降有关。同时,恶臭杆菌、厌氧杆菌的减少也值得我们关注。

认知障碍的情况下,放线菌和变形菌的丰度较高,而拟杆菌门和厚壁菌门的比例较低。这意味着,肠道小城市的居民组成与我们的认知健康紧密相关。

轻度认知障碍似乎与瘤胃球菌属、丁酸单胞菌属和草酸杆菌属的减少有关,而黄硝杆菌属的增加可能预示着问题。

主观认知能力下降的个体显示出抗炎的粪杆菌属显着减少,这提示我们,肠道中的抗炎英雄可能在保护我们的大脑健康方面发挥着关键作用。

6
哪些菌会导致抑郁?

科学研究已经锁定了一些特定的细菌属,它们似乎与重度抑郁症(MDD)有着密切联系。

研究人员发现,Gelria、Turicibacter、Anaerofilum、Paraprevotella、Holdemania、Eggerthella属在抑郁症患者中普遍存在,而普雷沃氏菌(Prevotella)和戴阿利斯特杆菌Dialister)的存在减少。

抑郁症患者体内有益菌大量减少

后来的研究还发现,与对照组相比,抑郁症患者肠道微生物总体减少。肠道微生物群中的双歧杆菌和乳酸菌减少

Dorea瘤胃球菌属阿克曼氏菌属显著减少副拟杆菌属Parabacteroides)、雷沃氏菌属和放线菌属Actinobacteria)的增加与抑郁个体相关。

Basiji K, et al., Metab Brain Dis. 2023

通过饮食调整,增加那些能让有益菌群欣欣向荣的食物,比如高纤维的蔬菜和水果,以及富含益生菌的酸奶和其他发酵食品。同时,减少抗生素的使用和压力水平,也能帮助我们维持肠道菌群的平衡。

我们不仅能够保持消化系统的健康,还能通过肠脑轴的联系,促进大脑健康,提升生活质量。

7
哪些菌与神经发育相关?

首先,有一些细菌属如拟杆菌属和双歧杆菌属,它们就像是小小的神经发育助推器,特别是在认知和语言发育方面。这些微生物帮助大脑发育,让你变得更聪明。

TuricibacterParabacteroides在那些精细运动技能不太灵光的小朋友的肠道中更常见。相反,双歧杆菌和乳酸杆菌则在那些精细运动技能较好的孩子们中占据主导地位。就仿佛这些微生物在背后默默地支持着孩子们的每一个小动作。

Gordonibacter pamelaeBlautia wexlerae似乎与更高的认知功能有关,而瘤胃球菌则在认知得分较低的儿童中更常见。这就像是肠道中的智力竞赛,不同的细菌支持着大脑的不同功能。

毛螺菌科的出现与最佳的头围生长有关,而头围生长是神经发育的一个重要标志

总的来说,特定的肠道细菌,如拟杆菌属、双歧杆菌属、乳杆菌属等,对早期神经发育有着不可忽视的影响。它们与认知和运动技能的发展,以及大脑的整体生长密切相关。这些发现让我们意识到,婴儿期肠道微生物组的组成可能对我们的神经和心理健康产生长期影响。

结 语

本文主要简述了大脑发育(神经发育),强调了神经营养素以及脑源性神经营养因子(BDNF)对神经发育以及功能和修复等的重要性。这些神经营养素或神经营养因子需要我们日常膳食足量足质的补充或摄入。此外,这些营养素吸收,转化以及代谢等都离不开肠道及其微生物群,而且肠道微生物还会通过其他多种途径影响大脑的发育,认知以及衰老和疾病发生。

如果将大脑和肠道都看着是两座超级大城市,那么神经营养素或因子和肠道菌群就是其中的参与者、建造者、使用者和维修者。例如优质的膳食脂质,比如磷脂和鞘脂,是认知功能的守护者,而双歧杆菌尤其长双歧杆菌就是肠道的领路者和超级英雄。

作为人体两大超级系统(大脑-肠道),它们之间的交流和互动密不可分,保持着信息和资源的畅通。我们在日常生活中的饮食习惯和生活方式不仅影响着肠道微生物的构成和功能,也直接关系到大脑的健康和发育。要想让这两座超级大城市运转良好,需要关注神经营养素的摄入和肠道菌群的平衡,尽可能让身体和大脑保持最佳状态。

主要参考文献

Borrego-Ruiz A, Borrego JJ. An updated overview on the relationship between human gut microbiome dysbiosis and psychiatric and psychological disorders. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2023 Sep 8:110861.

Cryan JF, O’Riordan KJ, Sandhu K, Peterson V, Dinan TG. The gut microbiome in neurological disorders. Lancet Neurol. 2020 Feb;19(2):179-194.

Bear T, Dalziel J, Coad J, Roy N, Butts C, Gopal P. The Microbiome-Gut-Brain Axis and Resilience to Developing Anxiety or Depression under Stress. Microorganisms. 2021 Mar 31;9(4):723.

Bryan B. Yoo et al. (2018) The Enteric Network: Interactions between the Immune and Nervous Systems of the Gut. Immunity. 46(6): 910–926.

Shivani Ghaisas et al. (2016) Gut microbiome in health and disease: linking the microbiome-gut-brain axis and environmental factors in the pathogenesis of systemic and neurodegenerative diseases. Pharmacol Ther. 158: 52–62.

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口-肠-脑轴与精神健康的关系

谷禾健康

在个体中,每个微生物栖息地都表现出独特的微生物种群模式。迄今为止,关于微生物组相关疾病的研究主要集中在器官特异性微生物组上。然而,器官间的微生物网络正逐渐成为生理功能和病理过程中的重要调节因子和治疗机会

在正常情况下,人体维持动态平衡,各个身体部位的微生物可以通过直接相互作用或间接作用于系统循环中的炎性物质、细胞因子和代谢物来相互影响。在这其中,口腔和肠道是人体中两个最为重要的微生物栖息地,它们在微生物组相关疾病中起着关键的作用。

近年来,随着网络的发展和生活水平的提高,大众对心理健康产生了极大关注,同时精神类疾病也面临巨大挑战,患病率高、致残率高、治疗率低。许多患者无法获得及时有效的救治,导致病情日益严重。药物治疗只能暂时缓解症状,容易出现复发,甚至形成对药物的依赖,带来更加严重的后果。因此,对于人体微生物与精神健康之间的研究越来越多,尤其是以肠道菌群为研究靶点,探索和验证以肠道菌群为靶点治疗精神疾病的潜力

此外,大量高质量的研究证据以及实践检测发现,精神疾病往往与功能性胃肠病共存,并可能相互影响和形成负向循环,其共同的病理生理基础是“菌-肠-脑轴”的异常互动。例如,精神疾病患者通常会出现胃肠道症状,特别是腹疼痛、饱胀、恶心、反酸、消化不良和腹泻等,以至于他们会在消化内科或外科咨询就诊。反过来,功能性胃肠疾病患者则伴随着睡眠障碍、社交障碍、焦虑和抑郁等症状,他们将前往心理科寻求帮助。同时,研究也发现患有精神类疾病的人除了胃肠道症状外,常常还伴有口腔问题,如牙周病或口臭,而患有牙周炎或牙周病的人更容易出现认知或精神障碍

目前,在功能性胃肠病、口腔疾病与精神疾病的临床诊疗中存在一些问题,医患双方对于其临床表现的认知和重视程度不高,对病理生理机制的理解不够全面,对干预方式的整体观念和综合视角不足,导致目前该类疾病的疗效不理想。急需让精神疾病患者和医务工作者了解这些相关联系,并在治疗过程中予以关注。

在讨论和传播关于脑肠轴与精神疾病相关的知识和科普的基础上,本文主要拓展了对于口-肠轴或口-肠-脑轴在精神健康障碍中的重要性的理解,尤其是探讨了基于口肠微生物群的联合治疗神经精神疾病的解决方案和预防措施等。

01
口腔和口腔微生物

口腔是继肠道之后微生物组的第二大定植区。此外,它还是呼吸道和消化道的门户。口腔微生物群的改变可能导致或预示各种口腔和全身疾病

口腔和口腔结构

食物的消化很少发生在口腔中。然而,通过咀嚼或咀嚼的过程,食物才能很好的通过上消化道运输到胃和小肠。咀嚼是食物经历的第一个机械过程。咀嚼时下颌的运动是由咀嚼肌(咬肌、颞肌、翼内肌、翼外肌和颊肌)。包围和支撑牙齿的牙周膜的敏感性,而不是咀嚼肌肉的力量,决定了咬合的力量。

理论上来说,咀嚼对于充分消化来说并不是必需的,但是咀嚼对于吞咽和运输又有很大的影响,从这个意义上说咀嚼确实有助于消化,因为它可以将食物切成小颗粒并将其与唾液腺分泌的唾液混合。唾液润滑和润湿干燥的食物,而咀嚼则使唾液分布在整个食物团中。舌头抵住硬腭和脸颊的运动有助于形成圆形的食物团。

嘴唇和脸颊

嘴唇是围绕嘴的两个肉质褶皱,外部由皮肤组成,内部有粘膜。粘膜含粘液分泌腺,它们与唾液一起确保言语和咀嚼的充分润滑。

脸颊,即嘴的两侧,与嘴唇连续,具有相似的结构。脸颊的皮下组织(皮肤下的组织)有一个明显的脂肪垫;这种垫对于婴儿来说特别大,被称为吸吮垫。在每个脸颊的内表面上,与第二上臼齿相对的地方有一个轻微的隆起,标志着腮腺管的开口,从位于耳朵前面的腮腺唾液腺引出。在这个腺体的后面有四到五个分泌粘液的腺体,其导管在最后一颗臼齿的对面打开。

口腔顶部

口腔顶部呈凹形,由硬质和软质形成上颚。硬腭由两块腭骨的水平部分和上颌骨或上颌的腭部分形成。硬腭覆盖着厚厚的、略显苍白的粘膜,该粘膜与牙龈连续,并通过坚固的纤维组织与上颌骨和腭骨结合。软腭与前面的硬腭是连续的。其后面与覆盖鼻腔底部的粘膜连续。软腭由坚固、薄的纤维片、腭腱膜、舌腭肌和咽腭肌组成。

口腔底

只有当舌头抬起时才能看到口底。中线是一个突出的、升高的粘膜皱襞(舌系带)将每个嘴唇与牙龈结合在一起,其两侧都有一个轻微的褶皱,称为“舌系带”舌下乳头,下颌下唾液腺导管从中开口。从每个舌下乳头向外和向后延伸的是一个脊(舌下皱襞),标志着舌下(舌下)唾液腺的上边缘,该腺体的大部分导管都通向此处。

牙龈

牙龈由粘膜组成,粘膜通过厚纤维组织与颌骨周围的膜连接。牙龈膜上升,在每颗牙齿的牙冠基部(暴露部分)周围形成一个颈圈。牙龈组织富含血管,接收来自牙龈的分支肺泡动脉;这些血管由于与牙槽或牙槽的关系而被称为牙槽,也供应牙齿和上颌和下颌的松质骨,牙齿位于其中。

牙齿

牙齿是口腔中坚硬的白色结构。不同脊椎动物的牙齿通常用于咀嚼,有时是专门化的牙齿。咀嚼对于食肉动物来说并不像对于草食动物那么重要。人类是杂食动物(吃植物和动物组织),其牙齿在功能和结构上属于食肉动物和食草动物的牙齿所达到的极端专业化之间。

每颗牙齿有牙冠和压根。它们具有不同的功能。口腔的不同部位以及不同动物的牙冠和牙根的形状各不相同。下颌一侧的牙齿本质上是另一侧牙齿的镜像。上牙与下牙不同,但又互补。

舌头

舌头是位于口底的肌肉器官,是一个极其灵活的结构,是言语、咀嚼和吞咽等运动功能的重要辅助器官,也是口腔微生物聚集的地方。它与脸颊一起,能够引导和保持食物在上牙和下牙之间,直到咀嚼完成。舌头的运动有助于在口腔内产生负压,从而使婴儿能够吸吮。作为一种外周感觉器官,舌头尤其重要,它含有一组特殊的上皮细胞,称为味蕾,将刺激从口腔传送到中枢神经系统。此外,舌头的腺体会产生一些吞咽所需的唾液。

舌头由大量交织的横纹肌组成,其中散布着脂肪。覆盖舌头的粘膜在不同区域有所不同。舌头通过其外在肌肉附着在下颌、舌骨(下颌和喉部之间的U 形骨)、颅骨、软腭和咽部。它与口腔底部和口腔相连会厌(作为喉盖的一块软骨板)由粘膜褶皱形成。

唾液腺

食物被品尝并与几组腺体分泌的唾液混合。除了许多分泌唾液的微小腺体外,还有三对主要的唾液腺:腮腺、颌下腺和舌下腺。唾液腺是最大的一对,位于面部侧面、每只耳朵的下方和前方。腮腺被包裹在鞘中,当发炎时,如腮腺炎,腮腺可以限制肿胀的程度。下颌下腺呈圆形,位于下颌骨内侧附近,位于胸骨乳突肌(下颌突出的肌肉)前面。这舌下腺直接位于覆盖舌头下方口腔底部的粘膜下方。

唾液腺中含有很多分泌细胞,分泌细胞在圆形囊中呈簇状排列,称为腺泡,附着于导管的自由分支系统。分泌细胞可以是浆液型或粘液型。后一种类型分泌粘蛋白,粘蛋白的主要成分粘液; 前者是含有淀粉酶的 水状液体。

腮腺的分泌细胞为浆液型;颌下腺,有浆液性和粘液性两种类型,浆液性细胞与粘液性细胞的数量为四比一。舌下腺的腺泡主要由粘液细胞组成。

唾液腺由自主神经系统的两个部分(交感神经和副交感神经)控制。这副交感神经 供应调节腺泡细胞的分泌并导致血管扩张。受规管的职能交感神经包括腺泡细胞的分泌、血管的收缩以及可能的肌上皮细胞的收缩。

正常情况下,无论口腔中是否有食物,唾液的分泌都是恒定的。24小时内分泌的唾液量通常为1-1.5升。当有东西接触牙龈、舌头或口腔内壁的某些区域时,或者咀嚼时发生时,唾液分泌量增加。刺激物质不一定是食物——嘴里的干沙,甚至在空嘴时移动下巴和舌头都会增加唾液流量。这种对口腔粘膜的直接刺激与唾液分泌增加的结合被称为无条件唾液反射。当一个人了解到特定的视觉、声音、气味或其他刺激通常与食物相关时,仅该刺激就足以刺激唾液流量增加。这种反应被称为条件性唾液反射。

唾液

唾液溶解一些咀嚼的食物并充当润滑剂,促进后续食物顺利通过消化道。唾液还含有一种称为淀粉酶(ptyalin)的淀粉消化酶,它可以启动酶水解过程;它将淀粉(一种含有许多连续链结合的糖分子的多糖)分解成双糖麦芽糖分子

许多食肉动物,例如狗和猫,其唾液中没有淀粉酶;因此,他们的天然饮食中含有很少的淀粉。物质必须处于溶液中才能刺激味蕾;唾液的成分各不相同,但其主要成分是水、与血浆中常见的无机离子,以及许多有机成分,包括唾液蛋白质、游离氨基酸以及溶菌酶和淀粉酶。尽管唾液呈弱酸性,但其中所含的碳酸氢盐和磷酸盐可充当缓冲剂,并在正常条件下保持唾液的pH 值或氢离子浓度相对恒定。

唾液中碳酸氢盐、氯化物、钾和钠的浓度与其流速直接相关。碳酸氢盐浓度与血液中二氧化碳分压之间也存在直接关系。血液中氯化物的浓度从低流速时的 5 毫摩尔/升到高流速时的 70 毫摩尔/升不等。类似情况下的钠浓度从每升 5 毫摩尔到每升 100 毫摩尔不等。血液中钾的浓度通常高于血浆中的浓度,每升高达 20 毫摩尔,这就是唾液在快速流动时产生尖锐金属味的原因。

唾液的持续流动使口腔和牙齿保持湿润,并且相对清除食物残渣、脱落的上皮细胞和异物颗粒。通过去除可用作细菌培养基的物质,唾液抑制细菌的生长。唾液具有保护功能,因为溶菌酶具有溶解或溶解某些细菌的能力。因此唾液的分泌与口腔菌群构成和变化紧密。

唾液的分泌还提供了一种机制,使某些有机和无机物质可以从体内排出,包括汞、铅、碘化钾、溴化物、吗啡、乙醇以及某些抗生素,如青霉素、链霉素和金霉素。虽然唾液不是生命所必需的,但唾液的缺乏会导致许多不便,包括口腔粘膜干燥、细菌过度生长导致口腔卫生不良、味觉大大减弱以及言语困难。

口腔微生物群

与牙周炎有关:

如普氏菌属、卟啉单胞菌属、密螺旋体属、聚集杆菌属、梭杆菌属等。

与龋齿有关:

如变形链球菌 、乳酸菌、奈瑟菌属等。

精神障碍潜在相关的主要口腔细菌种类如下:

doi.org/10.3390/microorganisms9071450

口腔和肠道之间存在密切的解剖和生理联系。口腔和肠道都是消化系统的一部分。由于胃酸的pH值较低,恶劣的化学环境使得许多口腔细菌难以在肠道内定殖。然而,疾病、药物、衰老等各种情况都会促进口腔细菌在肠道中的定植。

口腔微生物群如何迁移到肠道?

研究人员已经提出了细菌从口腔转移到肠道的两种可能途径:

  • 胃肠道途径
  • 血液途径
  • 免疫细胞迁移路线

胃肠道途径

人类每天要吞下大约1.5升唾液,这些唾液富含口腔细菌。来自牙周炎患者和健康对照者的唾液微生物可以在小鼠肠道中存活至少 24 小时,暗示口腔菌群影响肠道菌群的重要途径。然而,胃酸和碱性胆汁对口腔微生物群在肠道中的定位构成了很大的瓶颈,关于口腔微生物群是否可以通过肠内途径定植肠道存在激烈争论。最近的一项研究表明,没有证据表明口腔细菌在健康成人的远端肠道中定植。相反,另外的研究得出的结论是,至少三分之一的口腔微生物群可以解决健康成年人的肠道问题,肠癌和类风湿性关节炎患者比健康人有更多的口腔到肠道微生物传播。胃炎、炎症性肠病、结直肠癌等肠道疾病,使易位的口腔细菌在肠道内定植和扩张

由上所述,唾液含有粘液(由水、脂质和蛋白质如粘蛋白组成),可以保护微生物群免受胃酸影响,从而在胃肠道中存活。口腔管饲与牙周炎相关的唾液可加重小鼠糖尿病模型、结肠炎、精神症状、老年痴呆症和骨质疏松症。据估计,患有严重牙周炎的患者每天会吞咽大约大量的牙龈卟啉单胞菌 (P. gingivalis),如果进入肠道定制会改变肠道菌群 。

然而,由于胃肠道的屏障功能胃的酸性,摄入的口腔细菌很少到达并定植在健康的肠道中。但是这两道屏障也可能受损,以下三种情况下,口腔菌群可以趁机进入肠道。

方式一:肠道微生物群破坏

我们知道,肠道微生物群作为一个重要的屏障,可以阻止摄入的口腔细菌在肠道中定植,一旦健康肠道微生物群被破坏,则会导致口腔细菌在肠道的定植增加。例如,抗生素万古霉素用于治疗细菌感染,扰乱肠道微生物组成,从而为口腔细菌在肠道中定植和扩张提供便利。

方式二:胃功能不全

由于长期使用质子泵抑制剂而导致胃功能不全的患者,其口腔细菌如嗜血杆菌属、链球菌属、韦荣氏球菌属的肠道定植显著增加

胃炎和胃手术也可能导致摄入的口腔细菌暴露于胃液的减少,研究表明,患有胃炎或接受过胃手术的人的肠道微生物组成发生了改变,特定口腔微生物组分类群的相对丰度在肠道中显著增加,如链球菌属、韦荣氏球菌属、肠杆菌科等。

方式三:某些菌耐酸

某些口腔细菌,如牙龈卟啉单胞菌,具有耐酸性,因此可以通过胃屏障进入肠道。

血液途径

当一个人患上牙周病时,牙周袋表皮的撕裂、日常的口腔卫生习惯(激烈刷牙/用牙线)、侵入性的牙齿手术等情况,都可能导致口腔细菌传播至全身循环(菌血症)。

此外,日常牙科活动(如用力咀嚼、刷牙)和牙科手术(如洗牙和牙根平整、牙齿矫正、拔牙)造成的口腔机械损伤可能会使口腔细菌扩散到体循环中。此外,牙周炎导致牙周袋血管化和牙龈溃疡,使牙周病原体很容易进入血液。血液途径可能是口腔梭杆菌到达结肠肿瘤的首选途径,而不是肠道途径。

研究表明,牙周炎引发口腔细菌传播至肝脏和脾脏。此外,口腔细菌具有入侵免疫细胞(如巨噬细胞和树突状细胞)并在其内部存活的能力,这就好像口腔细菌能够利用宿主免疫细胞作为特洛伊木马,从口腔传播到肠道粘膜。

以上是口腔菌群进入肠道的几种方式。研究发现,绝大多数口腔细菌可转移到肠道。

免疫细胞迁移路线

一些口腔细菌可以在树突状细胞和巨噬细胞等免疫细胞内存活,表明口腔细菌可能劫持宿主免疫细胞作为“木马”从口腔粘膜传播到肠道粘膜。此外,来自口腔淋巴结引流的免疫细胞可以迁移到其他淋巴组织,包括但不限于肠道。口腔致病菌反应性 T 辅助细胞 17(Th17) 可以迁移到发炎的肠道。在肠道中,口腔来源的 Th17 细胞可被易位的口腔致病菌激活并导致结肠炎的发展。

以上我们了解到口腔-肠道传播是影响肠道微生物组成的重要过程,因此可能通过改变肠道微生物群间接影响中枢神经系统功能,我们在下面展开阐述。

口腔微生物群如何影响肠道微生物群?

口腔-肠道轴在正反馈回路中具有引发全身炎症的倾向。失调的口腔微生物群不仅直接引发炎症,还可以改变肠道微生物群的组成、功能和微生物代谢产物,从而导致促炎级联反应,进一步加剧口腔炎症。

口腔微生物群也有可能通过代谢产细菌素的释放影响肠道微生物群。在自然环境中,细菌产生具有抗菌活性的细菌素和肽,以便与其他细菌争夺营养物质。

唾液微生物组影响肠道微生物群

将重度牙周炎患者的唾液灌胃移植到小鼠体内可改变肠道菌群,肠道菌群的β多样性与对照组有显着差异,卟啉单胞菌和梭杆菌增多,阿克曼菌减少,表明唾液微生物群可以通过肠道途径改变肠道微生物群。

通过灌胃将牙周炎患者的唾液移植到患有结肠炎的小鼠体内可以加速结肠炎,并改变与炎症性肠病相关的微生物群,如Blautia幽门螺杆菌和瘤胃球菌

牙龈卟啉单胞菌影响肠道菌群

牙龈卟啉单胞菌是牙周炎最重要的致病菌之一。它也是研究最多的影响肠道菌群的口腔致病菌。研究牙龈卟啉单胞菌对肠道菌群的影响,首先要明确以下问题:

  1. 牙龈卟啉单胞菌能否在动物模型中定植口腔?
  2. P. gingivalis可以在肠道定植吗?
  3. 牙龈卟啉单胞菌对肠道菌群有何影响?

下面将从这三个方面进行讨论。

牙龈卟啉单胞菌定植于小鼠口腔并影响口腔微生物群

一般认为牙龈卟啉单胞菌可以在小鼠口腔内定植。接种P. gingivalis 7 天后,小鼠口腔内可检测到P. gingivalis 。在小鼠牙龈停止外用牙龈卟啉菌4周和8周后口腔内仍可检测到牙龈卟啉单胞菌DNA,提示牙龈卟啉单胞菌可在小鼠牙龈内定植增殖。

在小鼠口腔中接种牙龈卟啉单胞菌会导致可培养的共生细菌总量增加,并改变口腔微生物群的质量组成,增加口腔微生物多样性并允许潜在的机会性物种的定植。

牙龈卟啉单胞菌可以在肠道定植吗?

由于胃液和胆汁的恶劣环境,牙龈卟啉单胞菌能否在肠道定植尚不确定。为了模拟体外胃环境,将牙龈卟啉单胞菌暴露于人工胃液 (AGJ) 中。在 pH 5 下暴露于 AGJ 2 小时后,只有 1% 的牙龈卟啉单胞菌浮游细胞存活,这相当于饭后立即的 pH 值。牙龈卟啉单胞菌生物膜的形成显着提高了存活率。几乎 100% 的细胞在 pH 5 下存活。因为牙龈卟啉单胞菌在口腔内与多种细菌形成复杂的生物膜,所以这个体外实验的结果不能推导到体内

有的研究人员试图通过使用无菌小鼠来解决这个问题。他们通过在无菌小鼠口中擦拭人类唾液,开发了人类口腔微生物群相关小鼠模型(HOMA),还通过灌胃无菌人类粪便悬浮液开发了人类微生物群相关小鼠模型(HMA)老鼠。然后,他们cohoused HOMA 和HMA 模型。与 HMA 模型相比,同居模型显示小肠中的卟啉单胞菌增加,Turicibacter减少这个结果表明卟啉单胞菌在与肠道微生物群竞争小肠定植方面发挥了关键作用。

牙龈卟啉单胞菌影响肠道菌群

大量研究表明,牙龈卟啉单胞菌可以改变肠道菌群组成, 持续时间范围P. gingivalis口服灌胃后 2 天一次到 10 周的重复应用P. gingivalis

大多数研究使用口服管饲,而有些人将P. gingivalis应用于口腔,一项研究使用静脉注射。三项研究报告α多样性没有显著变化,并且有两个报告称 α多样性降低。五项研究表明β多样性存在显著差异,一项研究表明β多样性没有差异。

P. gingivalis 属于拟杆菌门,在门水平上,一些研究显示拟杆菌的比例增加,而有些人则相反。厚壁菌门是肠道微生物群中的另一个主要门,一项研究显示厚壁菌门的丰度增加,以及其他显示厚壁菌门减少的研究。

有趣的是,牙龈卟啉单胞菌在野生型小鼠 (WT) 和链脲佐菌素诱导的小鼠 (STZ) 中诱导了一些肠道微生物群的相反变化。乳酸杆菌的丰度在 WT 小鼠中减少,但在 STZ 小鼠中增加。Turicibacter的丰度在 WT 小鼠中增加,但在 STZ 小鼠中减少。这表明高血糖可能会影响细菌生长并改变小鼠肠道菌群的组成。

具核梭杆菌影响肠道菌群

据报道,具核梭杆菌( F. nucleatum ) 参与牙周病和根尖病变的发展会影响肠道微生物群。具核梭杆菌感染牙髓诱发大鼠磨牙根尖周炎后, 2周时可在肠道中检测到具核梭菌,并改变肠道菌群,证实大肠感染

伴放线放线杆菌影响肠道菌群

伴放线放线杆菌Aggregatibacter actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans )经常在严重牙周炎中检测到,并与局部侵袭性牙周炎有关。在管理A之后。给小鼠灌胃 6 周伴随放线菌,肠道中的Turicibacter属显着减少。该属与丁酸的生产有关,丁酸盐的减少与胰岛素抵抗有关。

肠道微生物群影响口腔微生物群

由于口腔与肠道在物理上相连,一些研究人员报告说,肠道微生物群的变化也会影响口腔微生物群。发现不同类型的肠道微生物群与不同类型的口腔微生物群相关。经过长期富含脂肪的饮食,小鼠的肠道微生物群概况可分为三种类型:糖尿病抵抗型、中间型和糖尿病敏感型。只有糖尿病敏感小鼠的牙周微生物群显示出丰富的普氏菌属和坦纳氏菌属,它们是主要的牙周病原体,表明肠道微生物群和口腔微生物群存在相互作用。同样,糖尿病导致口腔微生物群变得更具致病性。高血糖发作后,口腔微生物群中肠杆菌科、气球菌、肠球菌和葡萄球菌的水平升高,这些菌群通常与牙周炎有关。

02
口-肠轴如何影响大脑?

在了解口腔微生物群是如何影响精神障碍类疾病之前,我们先来看一下,口-肠轴是如何影响大脑的。

这部分内容我们分成几个部分来详细阐述:

  • 口腔微生物群如何影响大脑?
  • 肠道微生物群如何影响大脑?
  • 口腔和肠道微生物群之间的相互作用如何影响大脑?

doi.org/10.1016/j.jdsr.2022.11.003

口腔微生物群如何影响大脑?

1

血液途径(细菌或其产物破坏血脑屏障)

口腔微生物群的改变可能导致炎症反应的增加,破坏血脑屏障,使得炎症介质和细菌代谢产物进入大脑,从而影响神经元的功能和存活。

如牙龈卟啉单胞菌通过血流迁移到冠状动脉和股动脉的内膜层。这种迁移可能会在体内产生急性炎症状态,导致炎性细胞因子的产生,这些细胞因子可以通过特定的细胞因子转运蛋白,穿过血脑屏障进入大脑

2

神经途径

  • 神经连接(三叉神经节)

迷走神经三叉神经复合体是口腔与大脑之间的重要神经连接。口腔微生物群的变化可能通过这些神经连接与中枢神经系统进行交流,影响大脑的功能和健康。

在阿尔茨海默病患者的三叉神经节海马中发现了一种口腔细菌,即齿状密螺旋体Treponema denticola)。这一发现在另一项针对小鼠的临床前研究中得到了支持,其中口腔T. denticola感染诱导了海马中淀粉样蛋白-β的产生。目前尚不清楚这些细菌是如何迁移到海马体的,人们认为口腔细菌可能是通过三叉神经途径到达大脑的。

  • 神经炎症(激活小胶质细胞)

牙周炎会诱发全身炎症,促炎细胞因子可以激活表达 TNF-α  IL-1 受体的内皮细胞,进而向紧邻脑内皮细胞的血管周围巨噬细胞发出信号。这些血管周围巨噬细胞随后与小胶质细胞通讯,从而导致小胶质细胞激活和随后的神经炎症

牙周细菌细胞外囊泡,如外泌体,是免疫系统的有力刺激物,增加炎症负担。外泌体存在于大多数体液中,包括唾液,一项研究发现唾液中 CD9/CD81 外泌体水平降低与牙周病的发病机制有关。

因此,牙周细菌具有多种机制,可以将包括牙周炎在内的周围炎症转化为神经炎症,从而影响中枢神经系统的功能和行为。

  • 神经激素/神经递质

牙周血管系统的渗透性增加导致脂多糖“泄漏”。脂多糖可激活下丘脑-垂体-肾上腺轴,从而增加应激激素和/或神经递质。这会影响肠道生理、栖息地、微生物组组成和细菌基因表达。

肠道微生物群的改变可能导致全身炎症,这不仅影响中枢神经系统,而且加剧其他炎症病理。

口腔微生物群影响和促进神经精神疾病结果的机制

doi.org/10.3389/fpsyt.2022.810008

以上是口腔微生物群影响神经精神疾病的一些机制,口腔微生物群还可以通过肠道间接和大脑产生交流

肠道微生物群如何影响大脑?

肠道作为“第二大脑”影响情绪和行为,大脑和肠道直接通过迷走神经和脊髓中的自主神经系统进行沟通。细菌通过迷走神经和肠神经系统传入神经元的刺激,在大脑和胃肠道微生物群之间建立直接的神经联系。

肠-脑轴的相互作用对我们的情绪和行为产生影响。肠道微生物的失衡和肠道疾病与焦虑、抑郁等精神疾病的发生和发展密切相关。

微生物群与大脑之间通过肠脑轴的分子通讯途径

Sorboni SG, et al.,Clin Microbiol Rev. 2022

肠-脑轴的相互作用是一个复杂的系统,涉及到肠道微生物群、肠道黏膜屏障、免疫系统、神经递质和代谢产物等多种机制的相互作用和影响。这些在我们之前的很多文章已经详细阐述,此处就不展开,详见:

肠道微生物组在人类神经系统疾病中的作用

柳叶刀:肠道微生物群在神经系统疾病中的作用

深度解读 | 肠道菌群和中枢神经系统的关系

口腔和肠道微生物群之间的相互交流如何影响大脑?

doi.org/10.1111/prd.12452

1) 牙周病原体可以通过血液和受损的血脑屏障直接到达大脑。

2) 促炎细胞因子激活内皮细胞可以间接影响中枢神经系统。

3) TNF-αIL-1内皮受体的表达激活小胶质细胞,导致炎症。

4) 牙周血管系统通透性的增加导致脂多糖的“渗漏”。

5) 脂多糖可以激活下丘脑-垂体-肾上腺轴,从而增加应激激素和/或神经递质。

6) 这会影响肠道生理、栖息地、微生物组组成和细菌基因表达。

7) 肠道微生物组的变化可能导致进一步的全身炎症,从而增强对中枢神经系统的影响。

8) 此外,它可能通过增加炎症负担来影响牙周病。

9) 口腔细菌通过唾液传播到肠道也可能影响肠道微生物组的组成和功能。

10)激素途径,例如,神经肽Y (NPY)、糖皮质激素、胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)、食欲素-A、瘦素,口肠菌群的变化导致这些激素稳态或受体响应,进而影响精神系统。

以上,我们可以看到,口-肠轴对于大脑,也就是心理健康来说非常重要。这也就说明了口腔健康和心理健康之间存在着很大关联。

值得注意的是,口腔-肠道微生物组轴改善了胃肠道系统的发病机理和预后的预测。荟萃分析表明,口腔微生物组的变化与胃肠道癌的风险有关,包括CRC,PDAC和HCC,这可能是早期发现的潜在指标。已经验证了PDAC特定的口腔微生物模式作为PDAC生物标志物。两种口腔细菌物种长奈瑟菌Neisseria elongata和 轻型链球菌Streptococcus mitis),同时富集可以将PDAC患者与健康受试者区分开来。

03
口腔健康与心理健康之间的关联

龋齿、严重牙周病、牙齿脱落是主要口腔疾病。口腔健康是一个全球被低估的健康问题。

口腔健康问题带来的经济负担

2017年,全球每年所有口腔疾病的负担达到了1830万,较1990年增加了19.9%;而全球经济负担为5440亿美元,其中1870亿美元是由生产力损失造成的。

间接成本,如生产力损失,可能归因于口腔健康对社交退缩和孤、疼痛和咀嚼功能减弱、自尊心、缺乏口腔健康意识,对口腔医生的不信任所产生的影响。

口腔健康带来的健康问题与心理障碍并存

口腔健康一般健康有影响,有证据表明口腔健康与冠心病、呼吸系统疾病、中风和糖尿病密切相关。这些疾病在患有心理障碍的人群中常见并存。

口腔健康问题和心理问题之间关联

  • 饮食失调(厌食症和贪食症)——牙齿侵蚀
  • 焦虑和抑郁——灼口综合征
  • 高糖消耗——龋齿
  • 不良卫生习惯和过度吸烟——牙周病发病率增加、颞下颌关节功能障碍的风险增加

据报道,与普通人群相比,严重的精神障碍导致缺牙的风险高2.8倍。口腔健康不佳的预测因素和决定因素涉及心理障碍和生活方式因素,说明了心理和口腔健康中影响因素的复杂相互作用

口腔健康状况不佳的预测因素

doi.org/10.1016/j.jobcr.2023.06.003

口腔健康状况不佳的决定因素

doi.org/10.1016/j.jobcr.2023.06.003

诊断口腔疾病时发现异常,应考虑是否存在精神障碍

常见的情况,如牙齿表面物质的损失,可能归因于许多基于其表现的精神障碍

  • 38%的饮食失调患者会出现牙齿侵蚀
  • 腭齿表面通常是由于自我诱导的呕吐而受到影响
  • 常见的唇侧侵蚀是由于外源性饮用酸性饮料引起的
  • 磨牙症,俗称磨牙,很可能患有焦虑或抑郁。磨牙病会导致牙齿物质的垂直流失,而由于疯狂刷牙导致的唇面脱落,往往与强迫症有关。
  • 口干症、口干的感觉、唾液分泌不足与抗抑郁药和精神病药物有关。例如,三环类抗抑郁药可以使一个人的流涎率减半。口腔干燥会增加龋齿的风险,削弱义齿的固位力,并增加念珠菌感染的风险。

以上我们了解了口腔健康与心理健康之间的关联,接下来进一步深入探讨精神障碍与牙科疾病之间的关系。研究表明,精神障碍患者更容易出现牙科问题,而牙科疾病也可能与精神健康问题相关联。

04
精神障碍和牙科疾病

精神障碍涉及一个人的行为或心理模式;基于 DSM-5 中的标准。

最常见的疾病是抑郁症和焦虑症,影响世界人口的约 3.8%。最近,全球青少年抑郁和焦虑的患病率估计为 25-31%。心理健康状况不佳是全球日益严重的负担。这不仅仅涉及药物和住院等直接成本,还包括因失业或迅速退休而导致生产损失的收入损失。

常见的精神障碍包括抑郁症、焦虑症、躁郁症、精神分裂症、痴呆症、酒精和药物滥用障碍等。

常见的心理健康障碍及其常见症状

doi.org/10.1016/j.jobcr.2023.06.003

牙周炎常见且危害较多

牙周炎是一种慢性疾病,影响牙齿结构周围的组织,伴有炎症障碍、退化,最终导致牙齿脱落

除了牙齿脱落和随后的咀嚼功能障碍,牙周炎还影响整体健康。在全球范围内,牙周炎是最常见的疾病之一,有20-50%的人口受到影响。随着人口老龄化和越来越多的老年人选择保留天然牙齿,牙周炎的患病率预计将增加

牙周炎是一种慢性炎症性疾病

牙周炎会使宿主全身长期暴露于促炎细胞因子和急性期蛋白中,中度至重度牙周炎患者的全身C反应蛋白水平升高。评估牙周炎全身炎症影响的研究表明,前列腺素E2、IL-1β、IL-6和TNF-α水平升高,牙周炎产生的炎症介质可以通过系统和神经途径延伸到大脑。牙周袋为大量牙周细菌进入系统循环和神经组织提供了独特的机会。

精神障碍及其与口腔疾病,特别是牙周炎的关系,在研究界越来越受到关注。其中一些关系被认为是双向的,这为未来的治疗、诊断和预防措施开辟了道路。

阿尔茨海默病

牙周炎和阿尔茨海默病之间存在显著关联

许多研究支持这种联系,并提出了几种解释,细菌移位导致全身炎症的机制似乎是合理的。

牙龈卟啉单胞菌(牙周炎的主要病原体之一)的DNA以及针对几种牙周炎相关细菌的抗体支持了这一点。

口腔微生物组通过血管、炎症/免疫、神经毒性和葡萄糖代谢途径,在已建立的生活方式因素和阿尔茨海默病风险之间是一个合理的因果中介:

Loughman A, et al.,J Alzheimers Dis. 2023

牙周炎的严重程度与阿尔茨海默病之间存在关联

对这一证据的进一步支持归功于动物研究,其中小鼠受试者被给予活的牙龈卟啉单胞菌或其内毒素脂多糖给药导致动物海马中学习和记忆功能明显下降淀粉样蛋白-β斑块(一种与阿尔茨海默病相关的典型组织学发现)减少

这些发现激发了抑制牙龈卟啉单胞菌蛋白酶的银杏蛋白酶抑制剂的开发。抑制剂导致斑块形成、细菌体积减少,并对海马细胞产生保护作用。

注:一个例子是用于治疗阿尔茨海默病的银杏蛋白酶抑制剂COR388,目前正处于2/3期临床试验中。

总之,文献表明,牙周炎是痴呆症的一个可改变的风险因素(特别是阿尔茨海默病),因此可以作为治疗和预防措施的目标。

抑郁症

细菌可能在牙周炎抑郁症之间的关系中挥作用

抑郁症患者的口腔微生物组存在显著差异

一项16s高通量测序研究比较了符合 DSM-IV 抑郁症标准的年轻人 (n = 40) 和匹配对照 (n = 43) 的唾液微生物组的结构和组成,健康受试者和抑郁受试者之间的分类群在丰度上不同奈瑟菌属(Neisseria)和变黑普雷沃氏菌(Prevotella nigrescens)的水平升高

Wingfield B, et al.,Sci Rep. 2021

动物研究支持这样一种观点,即:

口服脂多糖活的牙周炎相关病原体会导致包括大脑在内的系统炎症标志物升高抑郁样行为。

有人提出了一种遗传关系。一项研究调查了串扰基因神经肽在这两种疾病中的作用。

神经肽肾上腺髓质素、胰岛素样生长因子2、强啡肽原和抵抗素在牙周炎抑郁症相互表达,也在识别抑郁症中发挥作用。

牙周炎和抑郁症共病

抑郁症受到心理和社会因素的影响。牙周炎症状,如口臭、口腔卫生不良、缺牙、牙龈退缩,可能会出现社会孤立、羞耻、自尊下降等,产生负面影响,从而导致抑郁。

  • 流行病学数据显示,与健康人(38.86%)相比,牙周炎患者的抑郁症共病率为62.5%。
  • 另一项研究对60000多名受试者进行了10年的跟踪调查,发现牙周炎患者的抑郁发病率较高。

种植体周围炎也可能是抑郁症的危险因素

当牙齿丢失时,可能会被种植牙替代,然而,种植牙也可能发展为种植体周围炎,类似于牙周炎。最终,植入物可能会丢失。从牙周炎到种植体周围炎,可以推断出几种影响和疾病关系。牙周炎和种植体周围炎可能是抑郁症的可改变的危险因素,如果是这样,简单的牙周干预口腔卫生指导可以预防或帮助治疗抑郁症。

双相情感障碍(躁郁症)

慢性炎症是双相情感障碍的一个因素。

2001年-2012年对双相情感障碍牙周炎之间的关系进行了研究:

  • 对于双相情感障碍,与非牙周炎受试者相比,牙周炎受试者的风险较高。
  • 与患有牙周炎但精神健康的患者相比,患有牙周炎和双相情感障碍的受试者的牙周炎相关病原体的细菌载量更高(如放线菌聚集菌Aggregatibacter actinomycetemcomitans和牙龈卟啉单胞菌)。

这些研究支持了双相情感障碍和牙周炎之间的可能关系,值得进一步研究。

帕金森病

一些研究报告了帕金森氏症患者牙周炎患病率的升高

帕金森病会导致运动障碍认知障碍,这是由于大脑黑质中产生多巴胺的神经元的神经元细胞死亡所致。

手抖僵硬是常见的症状,这就很难保持足够的日常口腔卫生。这种疾病本身可以说是牙周炎的一个危险因素,然而,流行病学证据支持牙周炎会增加患帕金森病的风险。

与完全没有接受治疗或连续5年没有接受治疗的患者相比,在连续5年接受牙周治疗的患者中观察到了对帕金森病的保护作用。作者推测:

牙周炎相关病原体进入大脑,引发和维持的炎症最终会导致帕金森症

进一步研究其机制关系,以及牙周治疗对已确定的帕金森氏症的影响,可能是未来的方向。

精神分裂症

关于牙周炎和精神分裂症之间关系的支持性文献很少。

一些研究报告称,精神分裂症患者患牙周炎的风险较高服用抗精神病药物的患者患牙周炎风险更高

血管紧张素转换酶基因D等位基因是对抗精神分裂症和牙周炎的保护因子,并可能被证明是一种生物学联系。

口咽微生物组唾液微生物组和牙周炎的作用被认为可能与精神分裂症有关,牙周炎强化了炎症在精神分裂症病理生理学中的作用。

口腔微生物群与精神分裂症之间的联系

doi.org/10.3390/ijms23020846

唾液是一种对多种疾病具有诊断意义的体液,也可能用于精神分裂症的诊断,目前的证据仍然有限,还需更多研究。

精神分裂症患者唾液牙龈卟啉单胞菌较多

一项横截面研究发现,精神分裂症患者唾液中牙龈卟啉单胞菌的数量显著更高。此外,牙龈卟啉单胞菌细胞的数量与精神分裂症的精神病理学严重程度呈正相关。牙龈卟啉单胞菌可能导致神经炎症状态。

患有精神病发作的精神分裂症患者血清中炎症细胞因子的浓度升高,包括IL-12干扰素 γ肿瘤坏死因子α 和 C反应蛋白。低度慢性炎症状态可能会导致免疫系统异常,从而使精神分裂症患者易患全身性疾病。

精神分裂症患者口腔菌群在肠道定植

口腔常驻细菌口腔乳杆菌(Lactobacillus oris)、唾液链球菌(Streptococcus salivarius)可能在精神分裂症患者的肠道中定殖,导致口腔常驻细菌显著富集。

也有宏基因组研究发现,与精神分裂症相关的肠道细菌之间的共现相关性,大多数物种起源于口腔,口腔常驻细菌可能以协同的方式在精神分裂症患者的肠道定植。

与口腔疾病相关的精神障碍的管理

精神健康障碍患者应接受全面的口腔和牙周健康信息卫生指导、教育和定期随访,以提高患者的意识、习惯。

多学科干预可以进一步改善依从性、牙齿恐惧、口腔健康和习惯,并有助于更积极的预后

科医生应接受有关精神障碍的教育,以便更好地管理、沟通和识别这些患者,并与其他卫生专业人员合作。牙科应与现有的精神康复和预防计划相结合,实现一个全面、方便的多学科计划,将人体内部的整体关联考虑在内。

05
基于肠道微生物群干预和治疗神经精神疾病

“胃肠精神病学”涉及两大系统,涉及的病种、症状均较多,而且各个病种间可能交互出现,因此症状也可能隐匿、多变,这给诊断和治疗带来巨大的困难,因此需要包括消化系统内外科、精神心理、营养及影像科的多学科讨论。

医生应该了解当前的研究状况,在治疗过程中应该详细了解患者的饮食习惯、生活习惯和肠道健康状况对患者的发病原因进行综合评价,并就基于肠道菌群的干预措施向患者提准确而明智的建议,将改善饮食、生活方式等改善肠道健康的方式纳入患者的治疗方案之中。以下给大家一些在选用常见的菌群改善或营养饮食方面的简单建议。

1. 饮食和生活方式的干预

肠道菌群作为治疗精神疾病的潜在靶点,一直是近年来精神病学研究的热点。肠道细菌通过影响神经、免疫和内分泌,在肠道和大脑的交流中发挥关键作用。

微生物-肠-脑轴为精神病学的研究和治疗提供了一种新的范式。一项大规模的人群研究证实,许多精神疾病患者,特别是精神分裂症、双相情感障碍和重度抑郁症等重度精神疾病患者,比一般人群摄入的致肥胖营养物质和炎症性饮食更高。自闭症患儿也大多存在严重的偏食和挑食等不良饮食习惯。

虽然关于肠道菌群在精神类疾病发生中的具体作用还有待发现,但是营养和肠道健康领域已经成为精神疾病整体治疗中的一个重要组成部分如在自闭症儿童中,存在严重的食物过敏现象,限制麸质饮食和酪蛋白饮食有助于自闭症症状的改善;诸多精神类疾病也存在偏食症状,如偏食促发自闭症的发生发展。IBS患者可能有与饮食成分消化不良相关的腹胀,如可发酵的低聚糖、双糖或单糖和多元醇饮食有关。因此,建议精神障碍人群的精准个性化的营养饮食。

2. 益生菌

益生菌无论是在精神性疾病或者胃肠功能性疾病都表现良好的治疗效果,而且存在双向调节作用。近年来,关于肠-脑轴的研究则提供了更加充分的理论支持。因此,肠-脑-菌群轴被认为是能为精神病患者提供创新疗法的基础,其重点是在临床层面上系统性鉴别出精神益生菌(psychobiotics)。在临床前研究中发现,精神益生菌对行为、肠道通透性、神经活性有益处和减少促炎性及应激反应。

在啮齿动物中的实验表明,精神病益生菌可通过迷走神经、脊髓、神经内分泌系统起到抗抑郁及抗焦虑的作用。精神病益生菌在IBS患者中被广泛研究,他的作用包括缓解抑郁症状及慢性疲劳综合征等,可能与益生菌的抗炎及减少下丘脑-垂体-肾上腺轴活性相关。

虽然领域还处于起步阶段,存在着许多挑战,但是鉴于目前已有的初步证据,在精神类疾病的治疗中,补充益生菌或加入一些营养配方是合理且具有极大潜力的。

3. 益生元

临床报道益生元对于慢性便秘、腹泻、IBS及焦虑、抑郁、自闭症等具有良好的疗效。益生元是被宿主微生物选择性利用以促进健康的物质,发挥抵抗病原体、调节免疫、增加矿物质吸收、改善肠道功能、影响代谢和饱腹感等作用。

益生元与益生菌还存在协同和互养的作用,如果聚糖、低聚半乳糖、抗性淀粉、维生素、植物多酚、海藻等益生元可通过不同机制维持益生菌在肠道中的活性,包括增强益生菌对氧气及活性氧的抗性、增强其对胃酸和胆汁酸的抗性。益生元可通过多种机制增强益生菌在肠道菌群中的益生功能,包括发酵产生的短链脂肪酸促进益生菌的定殖、与致病菌竞争性结合宿主上皮细胞上的受体。

4. 肠道菌群移植

无论是基础研究还是临床研究均表明,肠道菌群移植在治疗胃肠功能的同时,对肠道外疾病如精神神经系统包括焦虑和抑郁症、自闭症、帕金森病、阿尔兹海默症等均有良好的疗效。

上海市第十人民医院在《Lancet Gastroenterol Hepatol 》杂志上发表成果显示,8547例菌群移植治疗肠道功能合并自闭症、焦虑和抑郁等疾病的成果,均表现出良好的临床疗效和安全性。此外,在对IBS的5年长期随访中发现,菌群移植在改善胃肠功能障碍的同时,对精神心理也有很好的疗效。

菌群移植通过纠正肠道菌群的失衡,增加菌群的多样性,促进有益菌的定殖等,在改善胃肠道功能的同时,肠道内环境的改善,肠道菌群及其代谢产物可以通过自主神经系统、免疫系统调节中枢的活性,从而改善精神行为的异常症状。近年来,人源化的无菌动物模型的构建,更进一步证明肠道菌群移植对精神神经系统的干预作用,即将自闭症、焦虑或者抑郁症患者的粪便移植至无菌小鼠内,无菌小鼠产生临床类似的精神症状,而通过健康小鼠共喂养或者将健康人群的粪便移植至模型小鼠,其症状可以得到明显的改善

无锡第二人民医院柳老师团队前期的研究结果显示,对菌群移植可以显著改善睡眠障碍合并抑郁症的患者,菌群移植治疗后,睡眠和抑郁症同时得以明显的改善。因此,菌群移植在功能性胃肠病合并精神症状的机体中,具有双向调节作用,为该类患者提供了整体治疗思路。

5.心理认知干预

对于复杂胃肠疾病,心理医师的介入是非常关键的,需要心理医师,参与筛查、评估、诊断、治疗和随访。

同时患者家庭,亲属和朋友对“胃肠精神共病”需要有充分的认知和参与,认知越高参与越积极,治疗效果越好。如父母因素在儿童慢性便秘的病理生理和预后中有重要作用,神经质和存在抑郁症状的父母及父母的养育态度和培养行为与便秘严重程度相关;在这种情况下,基于家庭的认知干预也许有好处。

06
基于口腔微生物群治疗神经精神疾病的解决方案和预防措施

抗菌药物

抗菌药物是我们对抗病原体感染的第一道防线,致力于消除特定物种(即噬菌体治疗),或整个微生物群(即抗生素治疗)。

去除与神经精神疾病相关的微生物,可能是未来解决神经精神疾病症状或严重程度的新方法。口服抗生素已被证明对口腔微生物群影响很小,在口腔中局部或直接施用抗生素可能更有效

饮食

一项关于饮食与牙周炎之间关系的10000名NHANES参与者的横断面研究发现,富含水果、蔬菜、沙拉、水、茶的饮食模式,一定程度限制摄入可发酵碳水化合物、脂肪酸、蛋白质和高糖饮料的摄入,患牙周病的程度较低

益生菌

益生菌作用的主要益生菌机制包括:

  • 改善对细菌定植位点的粘附
  • 病原微生物竞争
  • 产生抗菌物质
  • 调节宿主的免疫反应

体外和体内证实了乳酸杆菌双歧杆菌对调节与精神障碍相关的口腔微生物群(动物双歧杆菌、副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、德氏乳杆菌)的作用。细菌竞争排除了一些病原体而不破坏生物膜结构(具核梭杆菌、牙龈卟啉单胞菌等)。

乳酸杆菌双歧杆菌属可以帮助控制口腔中致龋链球菌的生长。

  • 口服卷曲乳杆菌四周后,牙龈卟啉单胞菌的数量也有所减少。
  • 服用罗伊氏乳杆菌片剂 28 天可减少龈下微生物群中中间假单胞菌和牙龈假单胞菌的数量。口服罗伊氏乳杆菌DSM 17938 可能是牙周炎治疗中龈上洁治的一种有用的辅助治疗。
  • 每天食用干酪乳杆菌商业发酵奶一个月,可减少牙龈卟啉单胞菌、A. actinomycetemcomitans和慢性全身性轻度至中度牙周炎患者中的中间P. intermedia。
  • 服用唾液乳杆菌L. salivarius片剂八天后 4 周,龈下菌斑中伴放线放线杆菌A. actinomycetemcomitans、中间普雷沃氏菌属P. intermedia、牙龈卟啉单胞菌、T. denticola、T. forsythia的数量显着减少。
  • 口服L. salivarius作为漱口水 28 天,可对A. actinomycetemcomitans产生抗菌活性。
  • 连续四周每天食用鼠李糖乳杆菌和动物乳杆菌结合的益生菌含片,可以降低唾液和菌斑中伴放线放线杆菌A.actinomycetemcomitans和F. nucleatum的细菌负荷。食用也会减少牙菌斑中牙龈卟啉单胞菌的数量。
  • 动物双歧杆菌可抑制牙龈卟啉单胞菌、中间假单胞菌、具核梭菌、伴放线放线杆菌的生长。
  • 短双歧杆菌通过多种机制发挥抗抑郁样作用,例如解除过度活跃的下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的调节。
  • 长双歧杆菌可以降低边缘反应性,从而削弱大脑对负面情绪刺激的反应。

益生元

使用各种益生元化合物(硝酸盐、β-甲基-d-半乳糖苷、N-乙酰基-d-甘露糖胺等)对口腔微生物组进行营养刺激,可能会诱导牙齿生物膜的组成和有益口腔细菌的生长,减少致病菌(P.gingivalis、A. actinomycetemcomitans、F.nucleanum)。

虽然益生菌的使用可能作为精神障碍患者的补充治疗手段,但有必要注意口腔微生物组稳态的多因素特征。

有研究发现,海藻提取物、n-3 PUFA、海参提取物和海洋细菌代谢物等海洋生物活性成分具有抑制口腔致病菌、消除炎症和抗肿瘤的作用。这一发现为通过使用这种生物活性成分(例如以口香糖或无糖片剂的形式包装)来预防和稳定精神障碍开辟了有趣的研究前景。

口腔微生物移植

来自健康捐赠者的微生物群被移植或播种到接受者体内。口腔微生物移植(OMT)可能能够作为预防龋齿的第一道防线或用于治疗牙周病,但这尚未在人体中进行过测试。未来应探索 OMT 在缓解神经精神疾病等全身性疾病症状方面的应用。

口腔卫生产品

牙膏和漱口水等口腔卫生产品通过限制某些物种的生长来管理口腔微生物群落,并且可能是促进所需口腔微生物定殖的一种方法。

例如,当前的牙膏采用具有抗菌特性的化学物质(例如氟化物)配制,除了促进牙釉质健康之外,氟化物已被证明可以降低总体微生物负荷和多样性。许多漱口水含有酒精来杀死微生物。

虽然这些是日常卫生习惯中用于预防和减少口腔疾病的工具,但它们也可能是帮助调节与神经精神疾病相关的微生物的工具新的研究正在检查其他化合物,它们可以在不破坏微生物群共生平衡的情况下保持口腔卫生

考虑生物膜的重要性

在研究口腔疾病的预防措施和干预措施时,需要考虑的一个重要组成部分是微生物群产生的生物膜

生物膜是口腔微生物在牙齿坚硬表面形成的细胞外基质。这些生物膜附着在牙齿表面将微生物群包裹在分泌聚合物的保护层中,使微生物能够抵抗环境变化

微生物群还能够通过基因表达模式改变生物膜表型以响应变化。正因为如此,口腔微生物生物膜能够抵抗去除和抗生素或用于抗菌治疗。因此,生物膜可能在移植成功或抗菌产品功效中发挥重要作用,并可能在神经精神疾病的发展和治疗反应中发挥潜在作用。

生活方式

口腔微生物群可以通过改变生活方式或饮食来调节,或者可能通过改变环境暴露来调节。

通过饮食和水源将环境微生物引入口腔是优先的,尽管这方面的研究有限。环境暴露可能在我们如何考虑调节口腔微生物群以解决系统健康问题方面发挥作用

例如,城市规划通过引入自然“绿地”来增加土壤微生物的多样性,可能有助于增加对有益微生物的接触,因为接触这些环境微生物可能在神经精神疾病的治疗中发挥关键作用。

具体而言,暴露于土壤细菌分枝杆菌已被证明对宿主具有抗焦虑作用,因为宿主的免疫反应释放抗炎细胞因子,对减少身体和大脑中的炎症具有积极效果,这在焦虑和抑郁中是一个重要因素。

然而,通过口腔微生物群促进的机制尚未确定。尽管如此,实施提供健康和环境暴露的社会政策(例如,要求儿童在上学期间每天安排一点时间接触这些空间),可以进一步确保人们能够受益于环境微生物多样的地方。

07
结 语

口腔健康与精神障碍之间的相互作用可以从微生物群-口肠-脑轴的几个角度进行解释,包括微生物群失调、细菌迁移和神经炎症等。目前对于微生物组在口腔-肠道-脑轴中的作用已经有了一定的认识,这是一个重要的研究方向,从病理生理学到调节肠道微生物组对精神疾病的临床影响。进一步了解微生物组与精神疾病的发展和预后之间的紧密联系,还需要探究地理、种族、饮食模式、过往医疗状况、口腔护理以及胃肠道手术等因素如何改变微生物组的情况。

口肠微生物组还可被视为精神疾病潜在治疗的目标之一。例如,通过改变饮食习惯、使用益生菌或抗生素等手段来调节口肠微生物组,可能对精神疾病的治疗产生积极的影响。谷禾正在整合口腔和肠道微生物组数据,在提高检出率等方面获得了更全面的视角

总的来说,人体微生物群检测有望为精神疾病的早期辅助诊断、辅助治疗和预防提供新的方法和策略。在一些细分疾病领域中仍需要进一步的研究和临床实践来推动其在临床上的应用。

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维生素C的功能、吸收代谢、与肠道菌群的关联

谷禾健康

维生素C是一种广泛存在于自然界中的水溶性维生素。维生素C在人体新陈代谢中具有多种重要功能,包括抗氧化、参与胶原蛋白合成、增强铁的吸收等。由于其众多生理益处,维生素C被广泛地应用于修复伤口、治疗感冒、癌症等多种疾病。

人体无法自行合成维生素C,需要从膳食来源(如水果、蔬菜)中获取。维生素C的代谢过程涉及多个酶和转运蛋白肠道微生物群可能通过影响这些酶和蛋白的活性或表达,来影响维生素C的代谢吸收过程。

维生素C也可以直接调节肠道微生物群,或通过修复肠道屏障、改变氧化还原电位等方式间接对肠道微生物群的平衡起到调节作用。

个体之间的差异、饮食习惯和生活方式等因素各不相同,这些都可能对维生素C与肠道菌群的相互作用产生影响。

本文将从维生素C的结构、功能、吸收和代谢、与肠道菌群的关联等多角度,全面探讨维生素C的作用及其对人体健康的影响,同时介绍了一些维生素C的食物来源、人体需要的剂量、如何补充、注意事项等。

本文主要内容

编辑​

01
关于维生素C

维生素C,也称为抗坏血酸,是一种水溶性维生素,对人体健康非常重要。它在许多身体功能中起着关键作用,包括增强免疫力、抗氧化、胶原蛋白的合成等。

结 构

维生素C的化学名称是L-抗坏血酸,它是一种有机化合物。无臭,味酸,易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。

维生素C结构简单,化学式为C6H8O6

这种结构使维生素C具有抗氧化性质,能够捕捉自由基,并保护细胞免受氧化损伤。

注:体内的分子暴露于环境污染物、吸烟和慢性炎症等情况时,它们会变成自由基。自由基是不稳定的分子,会破坏细胞并导致疾病,维生素C可以通过中和自由基减缓或预防某些健康问题。

由于其与葡萄糖的结构相似,维生素C可以在许多化学反应中取代葡萄糖,并且可以防止蛋白质的非酶糖基化。

功 能

维生素C参与胶原蛋白激素肉碱的合成,促进铁离子的吸收,此外,它在免疫系统的功能和调节中发挥着重要作用,对维持内部环境的平衡和中枢神经系统的正常功能极为重要。

维生素C的大部分功能是由于其作为抗氧化剂和辅助因子的能力。由于人类缺乏L-gulono-1, 4-lactone氧化酶,无法自行合成维生素C,因此完全依赖于维生素C的饮食摄入

食 物 来 源

从食物中获取营养总是最好的。大约90%的日常需求来自蔬菜和水果,它们是这种维生素的极好来源,例如奇异果、橙子、芒果、草莓、红椒、青椒等。

一些维生素C含量较高的食物

注:单位“杯”是一个常见的非正式计量单位,美规和英规略有区别,大约是237毫升-250毫升左右,涉及到果蔬的份量时,一杯通常是指将果蔬切碎后填满一杯容器的量。

02
维生素C在人体健康中的重要作用

大脑健康

维生素 C 对大脑健康非常重要。大脑在长期缺乏维生素 C 的情况下以牺牲其他组织为代价来保留维生素 C,并且可以维持比其他器官(例如肝脏和肾脏)高很多倍的浓度,如下图。

维生素C的分布在身体各器官之间差异很大

doi.org/10.1016/j.redox.2020.101532

维生素C供应不足时,首先保证大脑里的浓度,那么维生素C对于大脑而言有什么作用?

  • 清除大脑中的活性氧、神经调节和血管生成方面发挥作用。
  • 调节大脑中的神经递质系统,包括胆碱能、儿茶酚胺能和谷氨酸能系统
  • 有助于神经元的发育、成熟、分化和髓鞘形成
  • 有助于维持血管系统的完整性和功能,这对大脑功能很重要
  • 参与通过神经递质在神经系统中传输信号
  • 防止神经元损伤并诱导脑源性神经营养因子 (BDNF) 的表达,从而有助于大脑防御机制

生产胶原蛋白

维生素 C 对胶原蛋白的稳定作用对于形成整个身体的结缔组织框架至关重要;包括皮肤、骨骼、软骨、肌腱、韧带、血管等。

胶原蛋白生产的最后步骤取决于维生素 C,维生素 C 在前胶原脯氨酰和赖氨酰残基的羟基化中充当电子供体。

增强其他营养素吸收

维生素 C 可增强其他营养素的生物利用度,例如维生素 E 和非血红素铁,这可能会增强含维生素 C 的食物的健康效果。

维生素C经常添加到含铁的口服制剂中,以增加铁的吸收。

增强免疫与预防感冒

维生素 C 是否可以预防或减轻包括普通感冒在内的感染的严重程度是一个有争议的话题。大多数证据都支持其好处。

  • 能增强各种白细胞功能,减少病毒的复制
  • 缩短了普通感冒的持续时间,减轻严重程度
  • 在身体极度紧张的时候,降低感冒的发生率
  • 降低了肺炎的发病率
  • 降低了男性游泳运动员呼吸道感染的持续时间和严重程度,但女性没有
  • 在接受常规治疗的30%患者中,补充维生素C促进了幽门螺杆菌的根除
  • 维生素 C 对免疫系统的作用可能有助于某些感染,例如:COVID-19或其他呼吸道感染

骨 骼 健 康

维生素C对正常骨骼发育至关重要。维生素C水平与骨骼健康之间存在正相关关系,如骨密度、骨折概率、骨转换标志物等。

  • 维生素C缺乏的动物表现出骨骼健康受损和骨骼形成减少。
  • 维生素C缺乏症通过抑制小鼠骨细胞分化和促进骨细胞向脂肪细胞的转化,在自发性骨折中发挥重要作用
  • 每天使用维生素C补充剂,以及雌激素替代疗法和钙补充剂,可以帮助绝经后妇女增加骨量
  • 在50岁以上、体力活动水平较低的韩国成年人中,维生素C摄入量越高,患骨质疏松症的风险越低
  • 除了稳定骨基质中的胶原蛋白,维生素C还能清除对骨骼健康有害的自由基

皮肤健康

维生素 C 有助于维持健康的皮肤。

  • 应用于皮肤,外用维生素 C 作为一种恢复活力的疗法非常有效,可显著诱导胶原蛋白合成,且副作用最小
  • 维生素C摄入量越高,出现皱纹、皮肤干燥的可能性越低
  • 外用维生素 C 可以部分纠正与衰老过程相关的结构变化
  • 维生素 C 是一种有效的短期治疗黄褐斑和炎症后色素沉着
  • 减轻牛皮癣和特应性皮炎(口服或局部)等情况下的皮肤炎症

肺部健康

肺部的维生素C水平是血液中的30倍。

维生素C在抵御氧化剂的同时也会被消耗,这表明即使是单剂量的维生素C,也能有效抵御肺部氧化应激的急性增加。

积极情绪

根据现有证据,摄入足够的维生素 C 可能有助于保持健康的情绪。

  • 长期缺乏维生素 C 与紧张和情绪不稳定有关
  • 维生素 C 会增加催产素的释放
  • 接受维生素 C 治疗后,住院患者的情绪障碍减少了 35%
  • 补充维生素 C 对年轻男性(17-29 岁)的心理表现、性格或当前精神状态没有太大影响,除非补充剂可以纠正现有的缺陷

焦虑

  • 维生素 C 减少了高中生的焦虑
  • 短期补充维生素 C ,对降低糖尿病患者的焦虑水平是安全且有益的

抑郁

  • 许多研究发现,维生素 C 可以减轻儿童和成人抑郁症的严重程度,并改善健康人的情绪
  • 在一项包括抑郁轮班工人的试验中,维生素 C 显着降低了抑郁症的严重程度
  • 维生素 C 状态差与老年人急性疾病后抑郁症状增加有关
  • 足够的维生素 C 水平是将神经递质多巴胺转化为去甲肾上腺素所必需的,去甲肾上腺素是抑郁症和情绪波动中的一种重要激素
  • 维生素 C 还可以提高抗抑郁药的功效。与氟西汀加安慰剂组相比,接受氟西汀和维生素 C 治疗六个月的患者抑郁症状明显减轻

与年龄相关的认知衰退

人类慢性低维生素 C 状态与神经退行性疾病有关。但是,尚未确定因果关系。

  • 较高摄入维生素C与老年人认知功能良好相关
  • 不同类型痴呆症的老年人维生素C水平显著降低
  • 维生素C补充与阿尔茨海默病发病率降低相关,在阿尔茨海默病动物模型中,维生素 C 改善了认知功能

炎 症

维生素 C 可以通过抑制炎性细胞因子来减轻炎症。

  • 维生素C可以缓解肥胖、糖尿病或高血压患者的炎症
  • 高剂量静脉注射维生素C可以减轻癌症患者的炎症(hs-CRP和炎症细胞因子:IL-1α、IL-2、IL-8、TNF)
  • 减少人工诱导的炎症性肠病中的氧化应激和炎症反应(减少炎症细胞因子、MPO和丙二醛(MDA)活性)

其他健康作用

除上述主要的功能之外,在部分小型研究中提到的关于维生素C的功能如下:

助孕育:

  • 改善男性的精子活力和结构
  • 婴儿和母亲血液中维生素C水平较高时,他们的体重会更高

助减肥:

  • 维生素C水平充足的人在中度运动中燃烧的脂肪多30%
  • 维生素C抑制脂肪细胞的脂肪堆积
  • 维生素C与降低肥胖患病率和预防体重增加有关

降血压、防中风:

  • 显著降低轻中度高血压患者的收缩压和舒张压
  • 血液中维生素 C 浓度高的人,中风风险比浓度低的人低 42%

降血糖:

  • 维生素C给药改善了全身葡萄糖处理和非氧化葡萄糖代谢
  • 维生素C给药改善了全身葡萄糖处理和非氧化葡萄糖代谢

助排毒:

  • 15例成年女性中,维生素C可减少持久性有机污染物(POPs)含量

助抗癌:

  • 在动物模型和组织培养研究中,大剂量维生素C抑制肿瘤生长
  • 高膳食维生素C与降低胃癌发病率有关
  • 在乳腺癌诊断之前,较高的膳食维生素C摄入量与提高生存率有关。这种关联在65岁以上的女性中最为强烈
  • 维生素C可减轻骨癌放疗患者的疼痛55%

牙周健康:

  • 维生素C缺乏可导致牙周连结组织的损伤
  • 维生素C补充剂可以改善牙周炎手术后的结果,减少龈炎患者的龈沟出血

03
维生素C的过量、缺乏、正确补充

水溶性维生素在人体内储存较少,从肠道吸收后进入人体的多余的水溶性维生素大多从尿中排出。因此,摄入较多的水溶性维生素一般不会引起中毒现象,但是若摄入量过少,则会很快出现缺乏症状。

缺乏

刚缺乏的时候症状不明显,饮食中缺乏VC需要大约一个月的时间才会出现症状。

体内维生素C总含量低于300-400mg会出现明显症状。

维生素C的缺乏会出现什么症状?

  • 疲劳(血浆水平约低于20μM时)
  • 牙龈炎(牙龈疾病)
  • 瘀点(皮肤上的小红点)
  • 伤口愈合不良
  • 慢性疼痛
  • 肿胀
  • 骨骼变弱
  • 免疫功能差
  • 体重增加
  • 皮肤粗糙干燥
  • 气短
  • 血管变弱
  • 沮丧
  • 缺铁
  • 虚弱、易怒
  • 牙龈出血
  • 流鼻血
  • 牙齿脱落
  • 贫血
  • 容易瘀伤
  • 红色斑块
  • 匙状指甲
  • 关节痛

由于维生素C功能的复杂性及其被不同还原剂的部分替代性,维生素C与坏血病症状的直接联系不容易确定。

如果发展为坏血病,典型症状是:

肌肉无力、牙龈肿胀和出血、牙齿脱落、瘀点出血、自发性瘀斑、贫血、愈合障碍、角化过度、虚弱、肌痛、关节痛和体重减轻(也可能因肿胀而出现矛盾的体重增加),而早期表现包括嗜睡、倦怠、易激惹,甚至呼吸困难等。

在生化上,维生素C血浆水平低于11μM被认为与坏血病的临床症状一致。

在专业医疗人员的指导下,补充维生素C可以轻松有效地逆转坏血病。许多症状可以在几周内轻松解决。富含维生素C的饮食将防止坏血病的发展

什么人群更容易发生维生素C缺乏?

  • 吸烟者吸烟可使血浆中维生素C水平平均降低25%-50%。部分归因于烟雾引起的氧化应激增加。
  • 酗酒者
  • 老年人
  • 孕妇和哺乳期女性
  • 患有某些疾病患者或服用某些药物的人
  • 手术、创伤、脓毒症和烧伤人群

过量

NIH 认为,成人可耐受的上限是每天 2000 毫克,仅仅靠含有维生素 C 的食物几乎不可能达到这一上限,所以食物可以放心吃。服用补充剂则需注意剂量,可能存在过量的风险。

更高的剂量更有可能导致副作用

维生素C过量可能会出现什么症状?

  • 胃灼热
  • 恶心
  • 呕吐
  • 头痛
  • 胃痉挛
  • 腹泻
  • 肾结石

单次口服5-10克维生素C会产生短暂的渗透性腹泻和/或腹胀伴疼痛,不建议这样做。

随食物一起摄入可减少这些不良反应。

每天超过 2000 毫克的剂量可能会增加腹泻和肾结石的风险。如果有肾结石病史,每天摄入超过 1000 毫克可能会增加患结石的几率。

那么到底应该怎么补充?每日摄取多少维生素C 合适呢?

最佳剂量

科学界对维生素C的最佳剂量方案(摄入量和频率)最健康存在持续争论

对于大多数健康人来说,通过食物可以获得足量的维生素 C

维生素C摄入量标准在不同地区有所不同:

注:RDA – 推荐膳食摄入量,

PI – 建议摄入量,SDT – 建议膳食目标

在中国营养学会编著的《中国居民膳食指南》2022版中对维生素C的推荐摄入量:

  • 成人(18岁以上):100mg/天
  • 儿童(1-18岁):40-100mg/天

中国居民膳食指南2022版

为什么不同地区的标准不一样呢?

这主要是由于RDA标准的基本前提从预防坏血病(~45 mg/d)至健康优化(~200 mg/d)。许多权威机构建议使用最低量的维生素C,但这可能无法满足不同亚群的健康需求。

例如,吸烟者和肥胖者比普通人群有更高的要求。一些国家的吸烟率继续上升,有证据表明,吸烟者每天至少摄入200 mg的维生素C。

随着全球肥胖率的增加,以及与肥胖相关的合并症,如代谢综合征、糖尿病和心血管疾病,需要更多地考虑适当的建议,以优化快速增加的亚健康人群中的维生素C状态。

以上是维生素C的摄入量标准,具体该如何补充,应该注意什么?详见下一章节。

04
合理补充维生素C的小知识:
最大化吸收、与其他药物互作、不同补充形式

▼ 

如何尽最大可能吸收维生素C?

食物:如何才能最大程度地保留其维生素C?

——烹饪方式

长时间烹饪,特别是用大量水煮沸会导致维生素C浸出到水中,显著降低食物中的维生素C含量。

少量水中蒸或煮,且持续时间较短,是保存维生素C的更温和的方法。

即使将所有外部因素消除到最低限度,也会发生损失,因为由于抗坏血酸氧化酶的存在,材料内部会发生氧化反应。因此,理想的加工方法是用最少量的水快速热灭活酶,然后快速冷却。

——长期保存条件

温度对储存稳定性也有很大影响。随着温度的升高,会出现更显著的损失。然而,在长期储存期间,即使维持短期储存期间仅发生少量损失的条件,维生素C的量也会显著减少。

损失主要是由于酶催化的氧化反应,其程度尤其取决于pH、材料完整性和温度

总之,为了使水果和蔬菜的维生素C含量保持更长时间,最温和的方法是深度冷冻。

补充剂:一天中分几次服用

食物和许多补充剂中的维生素 C 是一种抗坏血酸的形式。

当肠道面临较低水平的抗坏血酸(即低于约 400 毫克)时,主动运输系统会吸收维生素 C(即,将营养物质通过肠道并进入血液,到身体需要的地方)。

一旦这些主动运输变得不堪重负被动扩散就会接管吸收其余的维生素 C(这是一个相当低效的过程)。吸收并不像听起来那么容易,事实上抗坏血酸有吸收上限。

身体一次可以处理大约 300 – 400 毫克的纯抗坏血酸形式的维生素 C,更多量一下子难吸收。

所以如果能记得的话,一天中分几次服用比较合适。

不适宜维生素C补充剂的人群

维生素C补充剂并非适合所有人。如果遇到以下任何情况,请首先与医生联系:

  • 癌症治疗患者:维生素C补充剂可以与一些癌症治疗相互作用。
  • 慢性肾脏疾病患者:维生素C会增加草酸的形成,导致肾衰竭。
  • G6PD紊乱:大量维生素C(静脉注射)导致患有葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(或G6PD)代谢紊乱的人溶血(红细胞分解)。然而,这并不常见。
  • 铁过载的人:补充维生素C会加剧症状,因为它对铁的吸收有作用

不要认为维生素C服用越多越好,每天服用 1000 毫克或更多,实际上会使吸收率降低约 50%

与其他药物互作

维生素C可以增加某些药物的吸收,例如:

服用维生素C可以增加含铝药物(如磷酸盐粘合剂)对铝的吸收。这可能对有肾脏问题的人有害。抗酸剂中含铝:不要同时服用维生素C和抗酸剂。服用维生素C后至少等待两个小时,然后再服用抗酸剂。服用抗酸剂后等待四个小时服用维生素C。

  • 左旋甲状腺素

维生素C可能会增加左旋甲状腺素的吸收。

补充维生素C会降低一些药物的疗效:

  • 蛋白酶抑制剂

口服维生素C可能会降低这些抗病毒药物的作用。

  • 他汀类药物和烟酸

当与维生素C一起服用时,烟酸和他汀类药物的影响可能会降低,这可能有益于高胆固醇的人。

  • 华法林(詹托芬)

高剂量的维生素C可能会降低人体对这种抗凝剂的反应。

其他还包括:

  • 抗精神病药物氟奋乃嗪
  • 某些艾滋病药物,如英迪那韦
  • 某些化疗药物

维生素C增加或减少药物副作用的风险

如果服用雌激素或基于雌激素的避孕药,维生素C可能会增加激素副作用的风险。这是因为维生素C可能会减缓雌激素离开身体的速度。

一些早期的研究认为, 维生素C可能有助于预防阿司匹林和非甾体抗炎药引起的胃部不适。

VC和益生菌可以一起服用吗

维生素 C 和益生菌对肠道健康和免疫力有不同的好处,它们可以很好地互补,这意味着它们可以安全地一起服用。

一项针对学龄前儿童的双盲、随机、安慰剂对照初步研究中,发现益生菌与维生素 C 联合预防呼吸道感染的功效(URTI;33%,P =0.002)。

Lab4 益生菌和维生素 C 组合补充 6 个月的儿童显示,上呼吸道感染症状的发生率持续时间有所减少,降低感染的严重程度。

注:Lab4 益生菌包含:嗜酸乳杆菌CUL21(NCIMB 30156)和CUL60(NCIMM 30157),双歧杆菌CUL20(NCIMB 30153)和动物双歧杆菌乳亚种CUL34(NCIMM 30172)。

注意:根据说明书剂量服用或遵医嘱。

以上并不是维生素C可能发生的相互作用的完整列表。在开始补充维生素C或调整摄入量之前,请与医生或药剂师沟通,让医生知道你正在服用的所有药物,包括处方药和非处方药、其他维生素或微量营养素、草药补充剂等。

静脉注射和口服给药有什么区别?

静脉注射口服给药,这两者可能具有不同的药代动力学特征。

药理学模型显示,口服维生素C,即使是在非常大和频繁的剂量下,也只能适度地增加血浆浓度,从0.07 mM增加到最大0.22 mM。

静脉注射剂量预计会导致血浆维生素C峰值水平比口服剂量高60倍以上尿液浓度比口服剂量低140倍

分子的实际生物利用度由许多因素控制,包括肠道和其他组织的吸收、肾脏的吸收和排泄以及其他患者特异性因素。

除了通过静脉给药和口服给药的浓度差异外,口服给药将维生素C直接输送到肠道微生物组,而不是通过血液;因此,它对肠道微生物的影响可能与动力学和浓度有关,这与影响血浆水平的动力学和浓度完全不同。

静脉注射维生素C常用于临床医疗环境中,用于治疗某些疾病或特殊情况下的高剂量补充,如感染、外伤、手术恢复等。专业医生会给予相应的建议。

口服给药适用于一般的日常维生素C补充,维持正常的维生素C水平。

05
体内维生素C水平的评估

有几种方法可以评估人体中的维生素C状态。这些包括测量血浆、尿液、组织、粪便中维生素 C 的浓度。

抽血

检测血浆维生素C,血浆样品中维生素C的定量测定常见的有两种方法:酶法和色谱法。

酶促维生素C测定

有几种基于维生素C的酶促转化的商业试剂盒,产生可以用光光谱法检测的信号。通常,抗坏血酸氧化酶用于这种类型的测定。这些测定的常见方法是酶联免疫吸附测定(ELISA),它非常适合分批处理样品,但不太方便立即测定少数样品中的值。

根据欧洲外部质量评估计划(Instand EQAS)中报告的方法,基于酶的分析方法在医院中并不常规使用。如果临床对立即测定维生素C的需求增加,由于其直接的技术性质,这些基于酶的测定可用于护理点或集中平台。

色谱法测定维生素C

抗坏血酸和DHA的定量测量目前是通过高效液相色谱(HPLC)方法进行的。如果必须分析具有相似性质的多种化合物,或者如果存在许多可能干扰感兴趣化合物定量的物质,则HPLC方法是优越的。

将酸化样品注射到HPLC仪器中后,通过通过基于化合物的物理性质不同地保留化合物的柱来分离化合物。结果,在分离柱的末端,可以选择性地检测抗坏血酸和DHA,而不受其他化合物的干扰。

目前有两种方法可以检测分离后的抗坏血酸和DHA,一种是电化学检测,另一种是紫外线检测。这两种检测方法给出的结果相同,但由于相对技术简单,紫外线检测更广泛地用于日常检测。

其他检测技术,如荧光检测,需要在柱前对抗坏血酸和DHA进行化学改性,但使用较少。比色/荧光法可能会产生更高的DHA浓度,因为该方法缺乏特异性。

肠道菌群健康检测

可以查看近期体内维生素状况。

肠道菌群可以影响食物中的营养物质的吸收和利用。肠道菌群的失调可能会影响维生素C吸收,从而出现维生素C缺乏,引发一系列健康问题。因此,检测肠道菌群的状况,可以帮助我们更好地了解维生素C的吸收和利用情况。

与抽血检测不同,肠道菌群的评估更加反映一段时间 ( 一般2周左右 ) 的长期状态,如部分维生素无法在体内留存,需要每日补充,血液检测波动较大

肠道菌群与维生素C的水平之间存在怎样的关联?

为什么肠道菌群检测报告可以了解维生素情况?

我们来看下一章节。

06
肠道微生物群与维生素C的互作及其对人体健康的影响

我们在日常生活会看到,同样吃食物,有些人的维生素吸收状况比较好,有些人就容易缺乏,这是为什么呢?

为什么大剂量补充对一些人的身体有益,而少数人因为过量出现了肾结石呢?

这其实都与肠道微生物群相关

这里我们分为两个方面来讨论:

一个是肠道微生物群对维生素C的影响,

一个是维生素C的补充对肠道微生物群的影响。

一、

肠道微生物群对维生素C的影响

维生素C在人体代谢过程中的吸收和利用,与肠道微生物群相关。了解肠道微生物群对维生素C的吸收和利用的影响,可以帮助我们更好地理解其与人体健康之间的关系。

维生素C的吸收

微量营养素使用各种特定的吸收途径和机制,既可以是被动的,也可以是主动的。

膳食维生素 C 很容易通过钠依赖性维生素 C 转运蛋白(SVCT1 和 SVCT2)在肠道中吸收,其他比如维生素A 、维生素D 的吸收通过小肠中的被动扩散发生。

肠道微生物群是人体肠道中的有效生物反应器,可将各种化合物转化为有益或有害的代谢物,因此对其生物利用度起着至关重要的作用。

doi: 10.1016/j.coemr.2021.100285

胃肠道各部分理化特性的差异,以及位点特异性受体的存在,使得不同的维生素和矿物质能够沿胃肠道吸收。不同微生物在每个不同部分定殖影响当地环境,从而对微量营养素的生物利用度产生积极或消极的影响。

微生物可以干扰维生素C的吸收

微生物可以通过干预生物合成过程和调节吸收,来调节微量营养素的水平,包括维生素C。

来自革兰氏阴性脂多糖降低SVCT-1的表达,进而降低SVCT-1-介导的维生素C的摄取

Chmiel JA, et al.,Nat Rev Urol. 2023

大肠杆菌可以通过释放脂多糖来减少宿主对抗坏血酸的摄取,从而增加NF-κB依赖性TNF的产生,其进而通过抑制SLC23A1和SLC23A2启动子(分别编码SVCT1和SVCT2),来降低钠依赖性维生素C转运蛋白SVCT1与SVCT2的表达。从而对维生素C的吸收率产生负面影响

细菌可以与宿主竞争维生素C

大肠杆菌抗坏血酸转运蛋白对抗坏血酸的亲和力高于哺乳动物SVCT1,这表明细菌可以与宿主竞争维生素C。

因此,肠道菌群中大肠杆菌等革兰氏阴性菌占比较多的情况,可能不利于维生素C的吸收,这在谷禾肠道菌群检测报告中也是可以反映的。

肠道菌群代谢维生素C

肠道细菌如大肠杆菌和乳酸杆菌代谢维生素C。

利用ula基因簇大肠杆菌等细菌可以将抗坏血酸代谢为D-木酮糖,宿主细胞可以进一步加工木酮糖以产生草酸盐

肺炎链球菌、沙门氏菌、福氏志贺菌、粪肠球菌、肺炎克雷伯菌等病原菌中,也发现了相同的ula基因簇。

带ula的致病菌与草酸盐:携手制造结石

结石形成者(比如肾结石患者)微生物群更常见地富含携带ula基因簇的致病菌,并且这些患者在接受口服维生素C时,草酸盐增加的水平比非结石者增加得更多。高草酸盐水平增加了结石的风险。

因此,如果在肠道菌群检测报告中发现以上提到的致病菌占比较多,则有可能在代谢维生素C的时候产生的草酸盐过多,增加了结石的风险。

Chmiel JA, et al.,Nat Rev Urol. 2023


以上通过微生物群代谢维生素的机制,有助于我们更好地理解结石形成的机制。

既然有促进结石的细菌,自然也有降解的细菌:

一些乳酸杆菌可以将维生素C转化为乙酸盐和乳酸盐,这是一种无毒的代谢产物,通过生物能量途径增加微生物组的功能,并可能促进这些草酸降解细菌的定植

Oxalobacter formigenes是一种革兰氏阴性厌氧细菌,可降解肠道草酸盐并促进原发性高草酸条件下肠道草酸盐的分泌。该菌在肠道定植可降低尿液或血浆中的草酸盐浓度。

Barone M, et al., Biofactors. 2022

我们看到生活中有人认为不能吃生菠菜,会得肾结石,但有些人每天吃生菠菜也没事…其实可能是因为人家的肠道菌群中致病菌较少,而降解草酸的菌群又在拼命干活…

因此,健康的肠道菌群结构非常重要,菌群在该干活的时候各司其职,井井有条,那么你的身体抵抗疾病的能力也随之提升。

以上是肠道菌群对维生素代谢吸收的影响,反过来,维生素C的补充也可以影响肠道菌群的组成。

二、

维生素C对肠道微生物群的影响

补充维生素C可以直接调节肠道微生物群,也可以通过改变氧化还原电位、修复肠道屏障,改善肠道条件,支持部分有益菌生长,防止有害菌泄漏到身体其他部位。

维生素C直接调节肠道菌群

与安慰剂组相比,补充维生素C已被证明可以显着增加微生物生态系统的多样性,以及Collinsella的相对丰度和粪便水平的短链脂肪酸,特别是丁酸盐和丙酸盐

健康受试者中,每日高剂量维生素C补充(1000 mg/天):

下列菌群的相对丰度升高

  • 毛螺菌科(p<0.05)↑↑

下列菌群的相对丰度下降

  • 拟杆菌门(p<0.01)↓↓
  • 肠球菌属(p<0.01)↓↓
  • Gemmiger formicilis(p<0.05)↓↓

一项观察性研究探讨了微量营养素维生素C对肠道微生物组组成和多样性的影响。结果表明,维生素C增加了肠道中双歧杆菌属的丰度,在科水平上,毛螺菌科双歧杆菌科显著增加。

双歧杆菌属的成员是有益菌,例如增加ATP生成、调节免疫系统、黏膜屏障完整性、短链脂肪酸的产生,对健康有益,维生素C通过增加肠道有益菌促进健康。

研究发现,囊性纤维化患者维生素C摄入量的增加厚壁菌门的丰度呈正相关,与拟杆菌门的丰度呈负相关

改变氧化还原电位

调节微生物组的机制类似于维生素B2:通过改变氧化还原电位改善消化道中的厌氧/耐氧平衡,从而选择性地支持微生物生长,改善肠道条件。

与安慰剂相比,维生素C组粪便样本中的粪便pH值和氧化还原平衡降低。

修复肠道屏障

我们知道,肠道屏障受损细菌和有害物质有可能会穿过屏障进入血液循环,对人体产生各种负面影响,导致诸如过敏、炎症、自身免疫疾病等多种反应。

关于肠漏可以详见我们之前的文章:

什么是肠漏综合征,它如何影响健康?

而维生素 C 具有维持肠粘膜屏障完整性和修复粘膜屏障的作用。

这里介绍两种修复肠屏障机制。

——通过激活Notch 信号

Notch 信号影响细胞正常形态发生的多个过程,与许多人类疾病有关,包括IBD,因此被认为是癌症治疗的潜在靶点。Notch 信号通路的激活会改变紧密连接蛋白的表达并影响其分布的连续性,从而降低细胞屏障通透性

豚鼠结肠组织相关基因检测表明,低剂量的维生素C可强烈激活Notch/Hes-1信号通路,对DSS诱导的结肠炎豚鼠的肠粘膜具有一定的保护作用。肠上皮受损时,Notch-1表达增加可促进上皮细胞增殖,有利于损伤部位的修复和重建。

——通过增加肠道胶原蛋白合成

增加维生素 C 摄入量的另一个潜在好处是肠道胶原蛋白合成增加,从而改善屏障功能。这一提出的机制与抗坏血酸的辅酶功能一致,即羟基化脯氨酸赖氨酸以交联胶原蛋白。

例如,对具有吲哚美辛诱导的屏障功能障碍的 T84 人隐窝样上皮细胞系的研究表明,细菌通过跨细胞途径穿过上皮细胞,维生素 C 治疗可消除该途径。因此,肠道中抗坏血酸状态不佳可能会加剧屏障功能障碍,从而增加 LPS 衍生的革兰氏阴性菌的易位,从而加剧炎症。

维生素C修复肠道屏障后,肠道屏障可以正常发挥吸收、分解和转换营养物质等功能,同时可以帮助促进健康微生物群栖息和生长,从而促进整体健康。

以上我们了解到,维生素C可以通过多种方式影响肠道菌群,从而促进整体健康。那么当我们看到肠道菌群报告中菌群多样性较低,部分菌群失调,尤其是上面提到的毛螺菌科、肠球菌属、Collinsella、Gemmiger formicilis等,可以考虑通过补充维生素C来调节。

我们首先可以考虑通过食物补充,如卡姆果、针叶樱桃等维生素C含量很高的食物,或者一些常见的蔬菜水果例如:猕猴桃、番石榴(芭乐)、青椒、羽衣甘蓝等。也可以考虑通过维生素C补充剂调节。

结 语

人体维生素研究面临着许多挑战,维生素通常是通过食物摄入的,而食物中同时存在多种营养素,这使得难以研究单一维生素的作用;某些高剂量维生素的使用可能存在潜在的风险,进行研究时涉及到人体试验和干预,需要遵循伦理准则,并确保研究的安全性;不同人对维生素的需求和代谢能力存在个体差异,基因、环境和生活方式等因素都可能影响维生素的吸收、利用和代谢。

肠道菌群研究可以揭示不同个体之间菌群组成的差异,这有助于理解个体差异对维生素代谢和利用的影响。可以通过检测肠道菌群的组成和丰度,了解维生素的代谢情况,从而辅助评估维生素水平。

综合运用多种研究方法和技术,结合肠道菌群检测,可以考虑多个因素对维生素代谢和利用的综合影响,进一步理解维生素的作用机制,对人体健康具有重要意义。

注:本账号内容仅作交流参考,不作为诊断及医疗依据。

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