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衰老过程中肠道菌群变化及其对老年抑郁和认知下降的影响

谷禾健康

编辑在老龄化过程中,生理功能逐渐衰退,伴随着多种疾病的发生,对老年人的身心健康构成重大威胁。

衰老是一个渐进、持续的过程,受到多种因素的影响,包括遗传、饮食、运动、生活方式等生理因素,也有社会、文化等复杂因素的交互影响,目前,越来越多的证据支持肠道菌群在衰老过程中的作用。

自然或“健康”的衰老,伴随着普雷沃菌属、粪杆菌属和双歧杆菌属以及直肠真杆菌属等减少,被其他共生微生物群所取代,如ButyricimonasAkkermansiaOdoribacter,尤其Akk菌与百岁老人的健康有关。而不健康衰老,则意味着致病菌或条件致病菌增多,包括肠杆菌科、放线菌属等。

肠道菌群与衰老相关的变化与认知能力下降、肌肉质量下降、骨质减少、皮肤稳态、血管老化、免疫衰老、代谢改变、肺和肝功能下降等密切相关。这些身体机能的衰退往往伴随着心理健康的变化,尤其是晚年抑郁症的发病率增高,约4%的老年人被诊断患有晚年抑郁症。

与成年人抑郁症相比,晚年抑郁症更多表现为生理症状突出认知功能损害更严重,晚年抑郁症可能是老年痴呆的先兆

经常看我们文章的朋友都知道,肠-脑轴与神经精神疾病的发病机制密切相关。这一双向调节轴通过神经免疫、神经内分泌等通路,以及肠道屏障微生物代谢物血脑屏障等,影响大脑功能,当然也包括认知水平。

近期几项研究(包括纵向跨诊断研究,横截面研究等)表明,肠道菌群可以预测未来的认知能力下降和抑郁症状,未来认知功能下降较低Intestinibacter相对丰度、较低的谷氨酸降解以及较高的组胺合成水平相关。关于谷氨酸和组胺可以详见我们之前的文章:

兴奋神经递质——谷氨酸与大脑健康

过敏反应的重要介质——组胺与免疫及肠道疾病

晚年抑郁症中总游离脂肪酸部分介导了Akkermansia认知功能之间的关系,IL-6、IFNγ、疣微菌门Akkermansia水平与抑郁严重程度相关。

本文我们通过这几项研究,来更深入具体地了解肠道菌群对老年人认知能力下降抑郁症状的当前和未来影响,同时也包括其他老年神经系统疾病相关合并症营养不良住院老年人的肠道菌群紊乱和临床结果,以及针对衰老的相关干预措施的介绍。希望为大家提供更多关于肠道菌群在老年健康领域重要作用的见解。

doi.org/10.14336/AD.2024.0331

01
老年健康和微生物组


肠道菌群与健康衰老

在人类的整个生命周期中,肠道微生物群的变化和转变伴随着衰老过程。

婴儿从出生起就接触各种环境微生物,导致肠道微生物群逐渐丰富和多样性增加

  • 新生儿

新生儿肠道最初定植主要涉及兼性厌氧微生物,如肠杆菌科和链球菌,其次是专性厌氧微生物,如双歧杆菌、梭菌和拟杆菌。

  • 1-2岁

Prausnitfaecali和喜爱粘蛋白的Akkermansia muciniphila等细菌在婴儿早期要么不存在,要么以非常低的水平存在,并在 1-2 岁左右增加到成人水平。

共生且稳定的肠道微生物群通常在9至36个月大的婴儿中形成,常见的分类群包括拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门。

  • 3-5岁

3-5岁儿童的肠道菌群组成逐渐向成人趋同。一旦建立,肠道微生物群的组成在整个成年期保持相对稳定

  • 成年人

成年人的肠道菌群包括拟杆菌型、普雷沃氏菌型等几种常见肠型。个体间差异与饮食、生活方式、运动频率、种族、文化习惯等许多因素相关。

  • 中老年

在中老年人中,肠道微生物群多样性下降。某些核心肠道微生物类群在老年人中也会发生变化。例如,拟杆菌属大肠埃希氏菌的比例较高

DOI: 10.14336/AD.2024.0331

自然或“健康”的衰老会导致肠道微生物组组成的特定变化,例如某些共生菌属的丧失,包括普雷沃菌属、粪杆菌属和双歧杆菌属以及直肠真杆菌属。在老年阶段,这些菌群被其他共生微生物所取代,如丁酸杆菌属(Butyricimonas)、AkkermansiaOdoribacter等。

特别是Akkermansia muciniphila,已知其有助于肠道中的粘蛋白降解。研究人员推测,AKK菌的水平可以指示健康状况,其相对丰度增加(高于健康老化时的水平)与百岁老人的极佳健康状况相关,而相对丰度降低则与肠道粘液层变薄酰基甘油减少有关。

注:酰基甘油是一种调节肠道通透性减少肠道炎症的内源性大麻素。

长寿人群的肠道菌群特征

研究发现,与100岁以下人群相比,百岁老人体内有益细菌(如拟杆菌属、Desulfovibrio suis、Pameliagodonibacterium pamelaeae、瘤胃球菌科、乳杆菌、Akkermansia、 甲烷短杆菌属)含量更高,而Faecalibacterium普雷沃特菌属、克雷伯氏菌属、链球菌属、肠杆菌属、肠球菌属含量较低

百岁老人肠道菌群多样性有所增加。百岁老人肠道微生物群中有益细菌占主导地位,可能有助于抵消与年龄相关的健康问题和衰老。

长寿人群的肠道菌群功能分析

2019年,一项对百岁老人肠道微生物功能的分析显示,中枢代谢能力增强,特别是在产生短链脂肪酸的糖酵解和发酵途径中。此外,百岁老人还表现出更高水平的磷脂酰肌醇信号系统、鞘脂生物合成和不同水平的n-聚糖生物合成。

2020年,一项对肠道微生物组的功能研究揭示,随着年龄的增长,与异养降解代谢相关的途径增加,与碳水化合物代谢相关的通路减少

2021年进行的一项研究,包括吲哚和苯乙酰谷氨酰胺在内的七种微生物代谢产物与百岁老人肠道微生物群的不同组成之间存在显著关联。这两种代谢产物先前被证明可以延长小鼠的寿命,在百岁老人的血液中发现了高水平的代谢产物。

总之,肠道微生物群不仅是衰老的标志,而且在维持人类健康和寿命方面发挥着至关重要的作用。


肠道菌群与不健康衰老

肠道微生物群与年龄相关的变化不仅影响肠道健康,而且还延伸到其他生理系统。

炎症衰老

早在20世纪60年代的研究就表明老年人的免疫功能有所下降,这一过程现在被称为免疫衰老,与免疫系统功能下降有关,从而导致促炎细胞因子的积累。

老年人群中炎症状态的增加现在通常被称为“炎症衰老”。促炎症状态使患者面临多种疾病的更高风险,例如自身免疫性疾病、心血管疾病、感染。

doi: 10.1186/s12979-020-00213-w

胃肠道内,维持功能性上皮粘液屏障对于预防感染和疾病至关重要。肠道通透性增加可导致微生物易位至宿主循环中,加剧促炎状态。

科学家还发现了几种在“不健康”衰老过程中会增加的致病生物或条件致病微生物,这一过程的特点是身体和精神迅速衰退,并与疾病进展和身体虚弱有关。其中一些病原体包括埃格特菌属(Eggerthella)、放线菌属、肠杆菌科,它们的存在和数量可以帮助预测寿命和疾病结果

老龄化人群:微生物组本身的变化导致促炎状态

在无菌小鼠模型中进行的实验表明,老龄化人群中微生物组本身的变化导致了促炎状态无菌小鼠的寿命比传统小鼠要长得多。此外,与灌胃其他年轻小鼠微生物组的小鼠相比,灌胃老年小鼠微生物组的年轻无菌小鼠表现出更大的肠道通透性和循环肿瘤坏死因子

与各种器官和疾病相关的年龄相关肠道菌群

DOI: 10.14336/AD.2024.0331

肠道微生物群与年龄相关的变化与能力下降、肌肉质量和能力下降、骨质减少、稳态、血管老化、免疫衰老、代谢改变、肺和肝功能下降密切相关。

表1 不健康衰老过程中的肠道微生物组

doi.org/10.14336/AD.2024.0331

一个越来越受关注的领域是通过可能影响认知功能的微生物群-肠-脑轴。神经精神疾病的病因复杂,肠道菌群和炎症可能是神经系统疾病发病机制的关键因素。接下来我们通过几项近期的研究队列,来了解老年人的肠道菌群与神经系统疾病关联。

02
老年人的肠道菌群与神经系统疾病关联


晚年抑郁、认知障碍

随着全球人口预期寿命的增加,晚年抑郁症的患病率显著上升,约4%的老年人被诊断患有晚年抑郁症。晚年抑郁症更多表现为明显的躯体症状,而情感症状不突出认知功能障碍也更严重

有认知障碍的老年人抑郁增加痴呆的进展。微生物群与当前的情绪和认知有关,近日,几项关于肠道菌群与老年抑郁、认知能力下降关联的研究发表,这些有助于我们更好地理解和应对老年抑郁和认知能力下降,一起来看一下:

literature 1
肠道菌群对老年人认知能力下降和抑郁症状的当前和未来影响

268名有不同认知和抑郁症状的参与者中收集临床评估和粪便样本。

70名参与者接受了为期2年的随访。

肠道菌群多样性↑ 认知↓ 抑郁严重程度↑

更大的微生物群落多样性,表明群落中物种的数量更高,分布更均匀,与样本中当前认知功能更以及未服用抗抑郁药的参与者抑郁严重程度更高有关

认知功能差双歧杆菌的相对丰度较低有关。

GABA↓ 抑郁症严重程度↑

在功能水平上,GABA 降解程度,基线抑郁症严重程度越高

GABA 是一种主要的抑制性神经递质抑郁症患者表现出较高的GABA降解较低的 GABA 生物合成,GABA功能的减少在认知功能中起着至关重要的作用,影响抑郁和衰老过程中出现的症状,微生物衍生的GABA会影响全身的GABA 水平,并与行为和功能连接的变化相关。

未来认知能力下降 与下列因素有关:

  • 基线时认知下降和焦虑程度更高有关
  • 厚壁菌门和Intestinibacter的相对丰度下降
  • 谷氨酸降解增加和基线组胺合成增加

未来抑郁症状的增加 与下列因素有关:

  • 较高的基线抑郁和焦虑
  • 较低的认知功能
  • 较低的拟杆菌门相对丰度

doi: 10.1038/s41380-024-02551-3

这是第一项纵向跨诊断研究,它代表着在精神病学、衰老微生物组的交叉点上迈出了重要的一步。

微生物组可以预测未来的认知能力下降和抑郁症状,有可能为识别可能经历认知能力或情绪下降的人提供生物标志物

literature 2
晚年抑郁中,总游离脂肪酸与肠道菌群组成和认知功能相关性的的中介分析

近日,来自浙江省人民医院精神病科康复医学中心廖峥娈团队的相关研究成果发表在《Lipids in Health and Disease》期刊上。这也是谷禾健康开放基金合作项目,一起来看一下。

晚年抑郁症是指60岁以上老年人出现的抑郁障碍,包括老年首发抑郁和老年复发的抑郁。该研究纳入来自老年抑郁认知结果队列研究的29名晚年抑郁症患者。

Spearman相关分析显示,Akkermansia丰度、总游离脂肪酸和MoCA评分之间存在显著相关(P<0.05)。多元回归分析表明Akkermansia总游离脂肪酸能显著预测MoCA评分(P<0.05)。

肠道微生物群、认知评估和脂质代谢指标之间的相关性

doi: 10.1186/s12944-024-02056-6.

调解分析显示,晚年抑郁症患者中Akkermansia相对丰度降低与认知功能下降的关系,部分由总游离脂肪酸介导(Bootstrap 95%CI: 0.023-0.557),占相对效应的43.0%。

肠道微生物群、脂质代谢产物认知功能评分之间的相关性

doi: 10.1186/s12944-024-02056-6.

这些发现表明,晚年抑郁症中认知功能Akkermansia总游离脂肪酸存在显著关系。总游离脂肪酸部分介导了Akkermansia与认知功能之间的关系。

晚年抑郁症患者的认知功能与总游离脂肪酸负相关,尤其是视觉空间/执行功能。

游离脂肪酸作为非酯化脂肪酸,是甘油三酯分解的产物,具有脂毒性,可通过被动转运或蛋白介导的内吞作用进入大脑,从而影响血管内皮功能。它们被认为可预示II型糖尿病(T2DM)患者阿尔茨海默的发生。有研究报告,在II型糖尿病合并轻度认知障碍的患者中,游离脂肪酸与注意力和执行功能呈负相关。另有研究发现,健康人群中游离脂肪酸水平升高认知功能下降相关。这些发现揭示了游离脂肪酸对晚年抑郁症患者认知功能的影响。

总游离脂肪酸在阿克曼症和认知功能之间关系中作用的中介模型

这是首次评估晚年抑郁症患者中认知功能、肠道菌群脂质代谢关系的研究。这些结果有助于理解肠道微生物-宿主脂质代谢轴在晚年抑郁症认知功能中的作用。

literature 3
晚年抑郁症患者肠道微生物群失调和信息功能障碍的横断面观察分析

这项研究也是来自浙江省人民医院精神病科康复医学中心廖峥娈团队的,其相关研究成果已于近日发表在《Neuropsychiatric Disease and Treatment》期刊上。

这也是谷禾健康开放基金合作项目,该研究分析了晚年抑郁患者的肠道菌群特征血清炎症细胞因子,探讨这两个因素在晚年抑郁潜在生物标志物中的联合作用。一起来看一下。

收集29名晚年抑郁患者和33名性别年龄匹配的健康对照(HC)的粪便样本和外周血,检测肠道菌群和12种炎症因子。

晚年抑郁症患者存在系统性炎症细胞因子水平升高肠道菌群失调

  • 在门水平,晚年抑郁症患者中疣微菌门相对丰度降低;
  • 在属水平,巨单胞菌属Megamonas、Citrobacter、Akkermansia相对丰度降低;粪球菌属Coprococcus、Lachnobacterium、颤螺菌属Oscillospira、Sutterella相对丰度升高

晚年抑郁症和健康对照的LEfSe分析

doi: 10.2147/NDT.S449224.

值得注意的是,IL-6、IFNγ、疣微菌门和Akkermansia水平与抑郁严重程度相关。

IL-6是神经元和胶质细胞表达的一种炎症细胞因子,对免疫和急性期反应至关重要。有研究人员提出,高IL-6水平可促进5-羟色胺降解减少5-羟色胺产生,从而损害神经可塑性,导致海马和前额叶萎缩等脑结构异常,这些异常已被证实与晚年抑郁症及其引起的认知障碍相关。与该研究一致。

IFNγ是一种参与中枢神经系统炎症的促炎因子,并激活大脑中的小胶质细胞以诱导促炎反应。研究表明,IFNγ激活的小胶质细胞改变了海马神经原生态位抑制神经干细胞和祖细胞的增殖,并促进未成熟神经元的凋亡,从而导致小鼠的抑郁症状和认知障碍。该研究在临床上证实了这一观点,并证明IFNγ水平与晚年抑郁严重程度有关。简而言之,这项研究表明,晚年抑郁是一种促炎和抗炎细胞因子共存的炎症状态,IL-6IFNγ与疾病严重程度有关。

既往研究发现,焦虑和抑郁患者中疣微菌门丰度降低,而Akkermansia丰度增加降低焦虑增强老年小鼠的认知功能。这与研究结果一致。回归分析显示,Akkermansia丰度是预测晚年抑郁概率的一个风险因素。但Akkermansia丰度与炎症因子水平无相关性,提示Akkermansia可能不通过炎症通路参与晚年抑郁的发病机制。

有趣的是,有研究发现,Akkermansia的外膜蛋白Amuc_1100可直接与TLR2结合促进5-HT合成率限速酶Tph1的表达,并降低肠上皮细胞中5-HT转运体的表达,从而增加5-HT的生物合成和胞外可用性,这提示Akkermansia可能通过直接调节肠屏障的神经递质释放来影响晚年抑郁。

肠道菌群改变、临床变量和炎症因子之间的关联(Spearman相关分析)

doi: 10.2147/NDT.S449224.

研究确定了IL-6AkkermansiaSutterella为晚年抑郁症的预测因子,它们的组合在区分晚年抑郁症患者和健康对照方面的曲线下面积为0.962

通过回归分析,Sutterella可作为预测晚年抑郁的指标。Sutterella是一种重要的肠道共生菌。既往研究发现,Sutterella丰度在重度抑郁和广泛性焦虑障碍患者中显著增加。许多研究也发现Sutterella肥胖以及体重和脂肪增加正相关

肥胖和抑郁之间存在双向关系,研究表明,促使垂体肾上腺皮质轴(HPA轴)过度激活、导致皮质醇失调可能是两者的共同机制。因此推测Sutterella可能通过影响HPA轴,从而影响皮质醇的释放,进而触发晚年抑郁的发生。

利用差异丰度属作为晚年抑郁症诊断因子的灵敏度和特异性的ROC曲线分析

doi: 10.2147/NDT.S449224.

这是一项横断面观察研究。该研究提供了晚年抑郁中肠道菌群和系统性炎症变化的证据。重要的是,将肠道菌群和炎症标志物结合使用,可以增强其作为晚年抑郁症潜在生物标志物的预测能力。这些发现有助于阐明肠道菌群和系统性炎症在晚年抑郁发展中的作用,并为临床实践中晚年抑郁的生物标志物提供新思路

其他合并症相关的研究:


轻度认知障碍、阿尔茨海默

轻度认知障碍(MCI)在老年人中高度普遍,影响了大约10%的70-74岁老人和25%的80-84岁老人。此外,轻度认知障碍患者更有可能进展为痴呆。迄今为止,药物治疗只能减缓轻度认知障碍的进展,但不能逆转它。

注:轻度认知障碍、阿尔茨海默虽然都涉及认知功能下降,但严重程度有所不同,轻度认知障碍是认知功能较正常人有轻微下降,但日常生活功能基本正常。阿尔茨海默是认知功能严重下降,严重影响日常生活。

虽然对微生物群改变是否会影响认知功能仍有分歧,但正在进行的长期项目,如MOTION(衰老肠道的微生物群及其对人类肠道健康和认知的影响),研究健康老龄化的认知和微生物群变化,为解释清楚这些相互作用提供了希望。

表2 选择随机对照试验和观察性研究(2019-2023)

评估老年人认知功能和肠道微生物组

DOI: 10.1007/s11894-024-00932-w

痴呆症:促炎菌增多

2019 年的一项鸟枪法宏基因组序列研究将 57 名患有痴呆症(包括阿尔茨海默病)的疗养院居民与 51 名未患有阿尔茨海默或其他形式痴呆症的老年人进行了比较,结果发现痴呆症患者体内的促炎性肠道细菌水平较高

阿尔茨海默:产丁酸菌减少,α 多样性降低

作者还注意到,与没有痴呆症的受试者和患有阿尔茨海默病以外的其他痴呆症的受试者相比,阿尔茨海默组中丁酸合成细菌的种类(例如丁酸弧菌属Butyrivibrio和真细菌属Eubacteria)有所减少

随后的系统回顾和荟萃分析同样发现,与健康对照者相比,阿尔茨海默患者肠道微生物组的 α 多样性有所降低,但轻度认知障碍 (MCI) 患者与健康对照者之间的差异并未降低。

阿尔茨海默病、轻度认知障碍和健康样本之间微生物组组成的差异(即β多样性)并没有一致改变。研究与痴呆症相关的肠道微生物组的一个挑战是缺乏明确、客观和非侵入性的测试来最终确定诊断和疾病阶段,从而使研究结果的解释进一步复杂化。虽然超出了肠道微生物组的范围,但阿尔茨海默病脑组织的尸检研究已经确定了大脑内存在微生物,这表明存在与神经退行性疾病相关的大脑微生物组

促炎Collinsella菌和APOE风险的强相关性

一项大型全基因组关联研究确定了几个与载脂蛋白E ε4 (APOE ε4) 基因高风险等位基因相关的微生物组属,载脂蛋白E ε4 是阿尔茨海默的一个公认的危险因素。这项研究的一些最重要的发现包括促炎Collinsella和 APOE 风险等位基因之间的强相关性,以及提出对Eubacterium fissicatena的保护作用。


帕金森、便秘

帕金森病 (PD) 是另一种神经系统疾病,在老年人中更为常见,人们越来越关注肠道微生物组作为其生物标志物或治疗方法。

帕金森:产丁酸菌如Roseburia、粪杆菌减少

2020 年对来自日本、美国、芬兰、俄罗斯和德国的 16S 测序数据进行荟萃分析发现,帕金森病患者的Roseburia粪杆菌相对减少,这两者都是丁酸盐的重要生产者

帕金森:普雷沃氏菌里的致病菌种增加

2022 年对 490 名帕金森病和 234 名健康对照者进行的鸟枪法测序研究证实了这些发现,并确定了帕金森病患者中发生改变的其他几个属,例如普雷沃氏菌里的致病菌种增加

帕金森:阿克曼氏菌属增加

有趣的是,多项研究指出,帕金森病患者中阿克曼氏菌属(AKK菌)的数量有所增加,考虑到阿克曼氏菌通常与健康衰老相关,并且在超级百岁老人中尤其丰富,这一点令人惊讶。一些科学家推测阿克曼氏菌是健康衰老的重要组成部分,但数量的增加使患者面临神经认知疾病的风险

进一步假设,阿克曼氏菌丰度的变化可能继发于便秘的发生,便秘是帕金森病的常见胃肠道并发症,并且在多项其他研究中与阿克曼氏菌增加独立相关。由于帕金森病和阿克曼氏菌之间的联系是一个不一致的发现,因此需要进一步的研究来确定该属在帕金森病和更广泛的衰老中的确切作用。

过度表达 α-突触核蛋白聚集体(PD 患者大脑中常见的现象)的帕金森病小鼠模型中,与移植有健康供体微生物群的小鼠相比,移植有 6 名人类帕金森病患者肠道微生物组的小鼠的身体运动障碍和便秘有所增加

粪菌移植改善帕金森病患者便秘和神经系统症状

基于帕金森病微生物群改变的这些早期发现,一项随机对照试验发现,健康捐赠者的粪便以冻干药丸形式每周两次服用,持续 12 周,可以改善便秘和肠道蠕动,并暂时提高轻度至中度帕金森病患者的客观运动技能。虽然仍需要大量的转化和临床数据开发,但这些初步发现表明肠道微生物组调节可能改善帕金森病的胃肠道和/或神经系统症状,并提供对疾病病理生理学的更深入了解的希望。

03
饮食和环境如何影响老年人肠道菌群?

需要更多协助完成日常活动(ADL)的老年人,可能会从社区生活过渡到长期护理机构。这种迁移会由于环境、饮食和医疗因素的推测变化而导致微生物群的变化。

在一般成年人群研究中,家庭表面的微生物肠道微生物群组成相关,这在过渡到长期护理环境时需要考虑。此外,老龄化和接触医疗机构(如长期护理机构)都与艰难梭菌感染(CDI)的风险增加有关,CDI是医疗相关性炎性腹泻的主要原因。

无论年龄如何,都有强有力的证据表明,特定的饮食可以引起微生物组的独特改变以及相应的血清和粪便代谢物的变化。

相对而言,高纤维受试者微生物组恢复能力最好

一项严格对照的研究跟踪了 30 名受试者,他们被随机分为纯素食(高纤维)、杂食(中纤维)和配方饮食(无纤维)。 6 天后,受试者接受口服抗生素和聚乙二醇的组合进行“肠道净化”。

研究人员发现,与其他群体相比,纯素食受试者的微生物组在“净化”后恢复得更快,在更短的时间内恢复了更大的多样性。另一方面,坚持配方饮食的受试者的恢复期最长

不同生活方式下,微生物多样性的差异

在一项横断面研究中,将以前未接触过的亚诺马米美洲印第安人的肠道微生物组与居住在美国和和半跨文化人群的个体微生物组进行了比较,与美国人相比,亚诺马米人的肠道微生物群多样性明显更高,而半跨文化人群的多样性水平居中。然而,值得注意的是,不仅仅是饮食,其他社会和医学因素,也可能导致多样性增加

从社区生活转向长期护理机构,饮食变化如何影响肠道菌群及功能?

微生物组中与年龄相关的变化的一个组成部分似乎与饮食和进食明确相关,特别是因为老年人在获取营养食物方面,出现牙列不良咀嚼困难、食欲下降以及缺乏社会支持的风险增加

例如,会导致微生物组改变的最显著的饮食变化之一,是从独立的社区生活转向长期护理机构内的辅助生活

这种转变通常会导致从高纤维、低脂肪饮食低纤维、高脂肪饮食的转变,与社区居民相比,长期护理居民的微生物组多样性较低。值得注意的是,这些长期护理居民和社区居民之间的差异与长期护理所花费的时间相关。

在消化过程中,纤维被代谢为短链脂肪酸,它可以作为保护性微生物群的能量来源,协助抗炎反应并维持肠道屏障完整性,从而为胃肠道带来许多好处。因此,转移到长期护理机构时因饮食改变而导致的短链脂肪酸缺乏,可能会间接导致肠道功能障碍

营养不良住院老年人的肠道菌群紊乱和临床结果

营养不良是住院患者尤其是老年人中最普遍和最具威胁性的综合征之一。营养不良表现为身体成分改变和生物功能减弱,导致体力下降恢复速度减慢。此外,它降低了对医疗干预的耐受和反应能力,使受影响的人容易出现并发症预后较差。

一项研究对来自入院时和住院 72 小时评估的前瞻性队列中的 108 名急性重症老年患者进行了二次纵向分析。收集了临床、人口统计、营养和 16S rRNA 基因测序肠道微生物群数据。

严重营养不良患者α多样性较差

与住院期间营养良好的患者相比,营养不良患者 (51%) 的微生物群组成不同 (ANOSIM R = 0.079,P = 0.003)。

严重营养不良患者在入院时(Shannon P = 0.012,Simpson P = 0.018)和随访时(Shannon P = 0.023,Chao1 P = 0.008)表现出较差的α多样性

营养不良与特定菌群的关联

Lachnospiraceae NK4A136组、Subdolilegum和普拉梭菌的差异丰度显着降低,与营养不良呈负相关,而棒状杆菌(Corynebacterium)、Ruminococcaceae Incertae SedisFusobacter的差异丰度显着升高,与营养不良呈正相关

棒状杆菌(Corynebacterium)、Ruminococcaceae Incertae Sedis及其总体组成是住院期间营养不良患者重症监护的重要预测因子

doi.org/10.1016/j.nut.2024.112369

总的来说,营养不良的老年急症患者肠道菌群组成不同,多样性较差,潜在有益菌丰度较低,住院期间机会致病菌增多。 “营养不良的肠道微生物群”可能能够预测不良的医院结果。为与疾病相关的营养不良进行更大规模的临床研究和临床前机制探索开辟了新的视角。

04
延缓或逆转衰老的干预措施


饮食

★ 地中海饮食

除了特定的补充剂外,某些饮食也与肠道健康有关。地中海饮食由植物性食品、全谷物和健康脂肪组成,已被证明可以预防所有年龄段的心血管疾病,这种饮食的影响可能是由肠道微生物组介导的

一项研究发现,坚持地中海饮食至少一年,肠道内的普氏杆菌、人型杆菌、直肠杆菌、埃里根杆菌、嗜木杆菌、多形杆菌、普氏杆菌、哈德鲁斯杆菌相对增加。此外,坚持饮食还与认知功能的改善相关,以及高敏 C 反应蛋白 (hsCRP) 和IL-17水平等全身炎症标志物的降低

饮食习惯(尤其是地中海饮食)与肠道菌群和衰老病理生理学方面的联系机制

doi.org/10.1007/s40520-024-02707-9

如何理解肠道微生物群介导的地中海饮食抗衰老作用?

短链脂肪酸的微生物合成

患有虚弱、肌少症、认知能力下降的老年人肠道微生物组的一个关键特征,是产短链脂肪酸的菌减少,包括普拉梭菌、罗氏菌属、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、琥珀酸弧菌属(Succinivibrio)等。而身体健康的百岁老人粪便中短链脂肪酸水平通常高于 60-70 岁的受试者。

地中海饮食刺激短链脂肪酸合成细菌生长和提高短链脂肪酸的能力很重要,然而,肠道细菌有效释放短链脂肪酸的功能能力不仅取决于饮食中的纤维含量,还取决于细菌之间复杂的交叉喂养相互作用以及细菌与宿主之间的相互作用,例如,只有在肠道环境中存在大量双歧杆菌的情况下,普拉梭菌才能产生足够的丁酸。

注:丁酸可以促进肠道粘膜完整性;调节炎症反应;改善胰岛素抵抗,并具有整体促合成代谢功能。

降低肠粘膜通透性

衰老,即使具有健康的活动模式,也与肠通透性增加相关,血清生物标志物连蛋白水平升高就证明了这一点。荟萃分析表明,虚弱者的血清连蛋白水平平均高于健康老年受试者,反映出肠粘膜屏障功能的逐渐丧失。这种情况与健康或患有慢性阻塞性肺病和痴呆等慢性疾病的老年受试者的骨骼肌力量丧失、肌少症等有关。

肠粘膜通透性增加与细菌毒素(包括脂多糖LPS)增加有关,这些化合物激活先天免疫反应和适应性免疫的抗原刺激,最终导致典型的衰老和虚弱的持续性亚临床炎症,也就是炎症衰老。 LPS 毒素增加在与年龄相关的认知衰退阿尔茨海默病的病理生理学中起着关键作用,并且被认为是肠-脑轴失调的主要原因之一。

在患有慢性疾病的成年受试者和老年人中,较高的地中海饮食依从性与胃肠粘膜通透性生物标志物和循环 LPS 水平呈负相关。

食品生物活性物质的生物转化

地中海饮食中通常建议大量摄入水果和蔬菜、全麦谷物、坚果、豆类和特级初榨橄榄油,这其中含有丰富的多酚或酚类化合物膳食多酚肠道微生物组之间的相互作用能够产生多种具有抗衰老作用的生物活性代谢物,特别是在骨骼肌中枢神经系统水平上。

  • 尿石素A具有潜在的抗衰老作用,而地中海饮食可增加尿石素的排泄

尿石素 A、异尿石素 A 尿石素 B 是肠道微生物在摄入鞣花酸鞣花单宁(核桃、石榴和草莓中常见的多酚)后释放的代谢物。

尿石素 A 的潜在抗衰老作用包括:改善肌肉力量和运动耐力、调节神经炎症和细胞凋亡并改善认知、促进胰岛素敏感性、调节脂质代谢和炎症反应。

地中海饮食与尿液中尿石素排泄的平均增加有关,即使分析没有考虑代谢型。同样,在两个不同的随机对照试验中,尿石素的尿液排泄与内脏脂肪减少和磁共振测量的海马占用评分显着相关,这些随机对照试验测试了长期地中海饮食干预的效果。

  • 橙皮苷由黄烷酮代谢产生,具抗氧化抗炎作用,地中海饮食可增其血浆水平

除鞣花单宁外,肠道微生物群衍生的多酚亚类代谢型鲜为人知。在饮食中摄入黄烷酮(一种特别以柑橘为代表的多酚亚类)后,已确定了橙皮苷的高排泄者和低排泄者。橙皮苷具有抗氧化、抗炎和促合成代谢作用,促进肌肉蛋白合成并减少阿尔茨海默病动物模型中的淀粉样蛋白沉积和神经炎症。

在一项测试地中海饮食对2型糖尿病受试者的影响的干预研究中,12周后检测到橙皮苷和其他黄烷酮衍生物的血浆水平增加,炎症生物标志物显著减少

  • 雌马酚由特定肠道菌群产生,有助改善认知功能

同样,雌马酚大豆异黄酮大豆苷元肠道生物转化后释放的生物活性化合物,但它仅由一部分具有特定微生物特征的群体产生。雌马酚在体外表现出针对痴呆症发作的神经保护作用,但在体内,只有在存在雌马酚产生微生物组代谢型的情况下,它才与更好的认知表现相关。

多酚对衰老过程中肠道菌群的影响

doi.org/10.3390/nu16071066

扩展阅读:

肠道微生物群与膳食多酚互作对人体健康的影响

★ 高脂肪和高钠的西方饮食

小鼠研究还表明,高脂肪和高钠的西方饮食会导致肠道微生物组的“预测年龄”增加,该模型基于对雄性 C57BL/6 J 小鼠进行贝叶斯模型训练,这些小鼠的微生物组从第 9 周起就已被表征到生命第 112 周。一旦小鼠恢复标准饮食,这些微生物组紊乱就会逆转。因此,鉴于老年人易受认知能力下降和不健康衰老的影响,评估老年人肠道微生物群和临床结果的干预性饮食研究很有意思。

★ 模拟禁食饮食

模拟禁食饮食(FMD)是一种日益流行的热量限制模式。研究人员发现模拟禁食饮食显著延长了过早衰老小鼠的寿命。在自然衰老的小鼠中,模拟禁食饮食改善了认知和肠道健康

在肠道中,模拟禁食饮食循环增强了肠道屏障功能,减少了衰老标志物,并维持了固有层粘膜中 幼稚T细胞的记忆平衡。模拟禁食饮食重塑了肠道细菌组成,显著增加约氏乳杆菌Lactobacillus johnsonii的丰度。模拟禁食饮食作为一种抗衰老干预手段,具有进一步研究的价值。


粪菌移植(FMT)

粪便菌群移植(FMT)是一种越来越多地被纳入复发性艰难梭菌治疗的疗法,并且还针对炎症性肠病和抗生素后菌群失调进行了研究。这使得研究人员猜测是否可以将来自年轻健康捐赠者的微生物组移植到老年人体内,以逆转不健康衰老的一些影响。

粪菌移植用于延缓衰老和改善认知功能

一项研究证明,“老年”微生物组从老年小鼠转移到年轻小鼠会导致多种与年龄相关的表型,包括晚期中枢神经系统恶化视力缺陷。重要的是,在一组相关实验中,用年轻小鼠的粪便进行微生物组移植后,老年小鼠的年龄相关变化得到改善。这项工作提供了强有力的临床前证据,表明年轻和老年小鼠之间的微生物组特征不仅不同,而且这些微生物组的相关生理效应是可转移的。其他研究人员也重复了这些和类似的发现,证明将老年小鼠的微生物组转移给年轻小鼠可能会导致认知缺陷

粪菌移植在早衰症模型研究中的应用

早衰症是一种特别独特的疾病,可以用来研究微生物组和衰老,因为受影响的个体携带编码层粘连蛋白 A 基因突变,从而导致快速衰老。尽管出生时外观正常,受影响的个体通常会在青少年成年早期出现致命的疾病并发症,主要是心血管疾病

菌群移植延长小鼠寿命并逆转肠粘膜变薄

早衰症小鼠模型研究表明,在早衰小鼠模型中发现肠道微生物群中变形菌Cyanobacteria丰度增加,疣微菌丰度减少。某些人类百岁老人富含的细菌菌株,例如Akkermansia muciniphila,可以通过移植来延长小鼠寿命并逆转肠粘膜变薄。

接受长寿菌群小鼠α多样性↑ 产短链脂肪酸菌↑

与普通老年组的小鼠相比,接受长寿个体肠道微生物群的小鼠表现出更长的小肠绒毛更低的脂褐质和β-半乳糖苷酶(衰老标志)的积累;更高的α多样性,乳酸杆菌、双歧杆菌和产短链脂肪酸菌丰度更高。

恢复外周免疫,改善记忆、学习和行为缺陷

通过粪菌移植,老年小鼠部分恢复了外周免疫(尤其是肠系膜淋巴结免疫细胞)并改善了海马小胶质细胞的缺陷。小鼠海马代谢组(包括维生素 A、GABA、Neu5Gc、精氨酸和相关途径)和谷氨酰胺合成酶表达发生有益变化,从而改善与年龄相关的记忆、学习和行为缺陷。

尽管这些发现仍处于临床前阶段,但它们为使用年轻捐赠者的 FMT 或其治疗成分来逆转不健康衰老的某些方面带来了希望。

扩展阅读:

粪菌移植——一种治疗人体疾病的新型疗法


益生菌、益生元

随着年龄的增长,老年人的饮食习惯通常会发生变化,这会致微生物组的变化。与衰老相关的饮食变化中研究最多的一项是纤维摄入量的减少。然而,补充纤维的临床试验在微生物群组成和炎症状态的变化方面产生了相互矛盾的结果,一些研究人员假设饮食干预和补充剂的功效可能取决于宿主的初始微生物组特征

阿拉伯木聚糖

在一项对 21 名 60 岁以上健康志愿者进行的双盲交叉试验中,他们补充了麦麸衍生的阿拉伯木聚糖,结果发现,所产生的微生物组组成因受试者最初的普雷沃氏菌丰度而异。尽管有限,但这些研究结果表明,需要采取个体化的方法来操纵微生物组,并且需要检测患者的初始微生物组,以调整实现预期结果所需的干预措施。

益生菌干预措施已在老年人中进行了专门研究。可惜,与一般人群的研究类似,临床可操作数据的生成因研究产品和结果的巨大异质性以及大量动力不足的研究而受到抑制。虽然尚未发现单一或组合的益生菌能够明确改善或逆转衰老迹象,但越来越多的研究正在评估特定的微生物菌株及其对客观生理效应的影响。

罗伊氏乳杆菌ATCC PTA 6475

在一项双盲、安慰剂对照研究中,骨矿物质密度较低的老年女性补充罗伊氏乳杆菌ATCC PTA 6475 改善胫骨总体积 BMD (vBMD)。

干酪乳杆菌

在衰老加速SAMP8小鼠模型中,益生菌干酪乳杆菌代田株(Lactobacillus casei Shirota)的给药可减少与年龄相关的肌肉退化线粒体功能障碍

研究发现补充干酪乳杆菌 LC122长双歧杆菌 BL986改善小鼠外周组织氧化应激和炎症反应,增加海马神经变性和神经营养因子表达,并增强学习和记忆能力

乳杆菌和双歧杆菌等细菌以光保护方式与真皮成纤维细胞结合,表现出抗衰老特性。

在人类中,一些小型但双盲随机对照试验已经确定了特定的益生菌改善老年人的认知功能,尤其是包括双歧杆菌乳杆菌在内的益生菌。因此,随着对微生物组操纵和客观健康措施之间更加严格理解的发展,益生菌疗法可能需要定制微生物混合物,以针对个性化护理方法中的特定缺陷或状况。

扩展阅读:

如果你要补充益生菌 ——益生菌补充、个体化、定植指南


锻炼

多项研究报告了实施锻炼计划后肠道微生物组发生了变化,早期结果表明老年人群中也是如此。

2020 年的一项研究利用美国肠道项目的粪便样本,其中还包括患者报告的体重指数和运动习惯信息。该研究包括 1,589 名具有健康 BMI(18.5 ≤ BMI ≤ 25)的成年人(年龄 18-60 岁)和 897 名老年患者(年龄 > 60)的样本,他们根据 BMI 进一步分层为正常体重(n  = 462),超重(BMI > 25,n  = 413)和体重不足(BMI < 18.5,n  = 22),并按运动频率分层。

研究人员发现,随着老年患者运动频率的增加,基于特定分类群和常见途径的相对丰度,老年患者的微生物组越来越接近健康BMI成年人的微生物组。例如,与不运动的老年人相比,运动的老年人中放线菌的相对丰度有所增加,并接近健康体重指数成年人的水平。此外,运动的老年患者的Cyanobacteria相对丰度有所下降,再次接近健康体重指数成人的水平。然而值得注意的是,Cyanobacteria产生的毒素如 β-N-甲基氨基-l-丙氨酸 (BMAA) 与阿尔茨海默病渐冻症等神经退行性疾病有关。

一项小型研究中,招募了 15 名久坐的老年患者(50-75岁),参加一项为期 24 周、每周三次的心血管和阻力运动计划,干预前后收集粪便样本进行16S测序。研究人员观察到,经过 24 周的锻炼计划后,双歧杆菌的相对丰度有所增加丁酸盐水平也有所增加。考虑到双歧杆菌在极端衰老和改善认知功能中的作用,这些研究结果表明,与运动相关的健康益处也可能是通过肠道微生物组介导的。

虽然有这些结果,但运动时的微生物组变化也存在显著的个体差异。此外,当前的许多研究没有对照组、缺乏严谨性和/或样本量较小。未来的研究需要确定运动与健康的衰老微生物群之间是否确实存在关系,以及可以影响肠道微生物群的体育活动类型。

扩展阅读:

体育锻炼与饮食相结合:调节肠道菌群来预防治疗代谢性疾病


艾灸

一项研究观察艾灸“足三里”对亚急性衰老模型大鼠氧化应激和肠道菌群的影响,足三里组艾灸双侧“足三里”,每日 1 次,每次每穴 3 壮,连续 28天。

与模型组比较,足三里组大鼠Chao1、Shannon指数升高(P<0.01,P<0.05)。经艾灸干预后大鼠肠道菌群多样性改善。

与模型组比较,足三里组厚壁菌门、密螺旋体属_2相对丰度降低 (P<0.01),拟杆菌门、乳杆菌属、普雷沃氏菌科UCG-003相对丰度及B/F值升高 (P<0.05,P<0.01)。

注:

  • 密螺旋体属有“隐形病原体”之称,因其外膜脱落,大部分是由非免疫原性跨膜蛋白组成,拥有丰富的脂蛋白,能够诱导炎性反应;
  • 乳杆菌属是健康成年人肠道中普遍存在的菌,有调整肠道菌群、改善肠道功能、增强免疫力、抗氧化等;
  • 肠道菌群中的拟杆菌门与厚壁菌门相对丰度比值(B/F值) 是衡量机体衰老进程的关键指标,老年人B/F 值明显低于年轻人;
  • 普雷沃氏菌属于人体中的抗炎细菌,有利于减轻炎性反应、促进纤维素的消化。

与模型组比较,足三里组大鼠血清SOD(血清超氧化物歧化酶)含量增加(P<0.01),MDA(丙二醛)含量减少(P<0.01)。

艾灸“足三里”可有效改善衰老大鼠氧化应激水平,调节肠道菌群结构,维持肠道菌群微生态平衡,从而起到延缓衰老的作用。

05
结 语

肠道菌群在预测及辅助治疗的应用

肠道微生物组可预测晚年的认知功能和抑郁症状;肠道微生物群和炎症标志物的组合,可能成为老年抑郁症的潜在生物标志物,具有更强的预测力。这些发现为老年认知下降和抑郁症的诊断和治疗提供了新的策略方向。

总游离脂肪酸在Akkermansia和认知功能之间的重要中介作用,为肠道微生物-脂质代谢轴在晚年抑郁症认知功能中的作用提供了新的视角。

营养不良的老年人肠道菌群可能能够预测不良的临床结果,肠道微生物群及其与宿主的相互作用,可能成为辅助个性化治疗/预防干预的新兴目标,有助于优化传统疗法的疗效

基于肠道菌群的干预

益生菌、粪菌移植等方法,可能通过调节肠道菌群,改善免疫功能,为衰老提供新的解决方案。

地中海饮食中的多酚因其抗炎、抗氧化和免疫调节作用,与肠道微生物群的复杂互作也日益受到重视,多酚化合物可能是抵御这些与年龄相关表观遗传变化的关键。未来有望通过多酚化合物调节肠道菌群,利用生物活性化合物的功能属性,巧妙地调节和重新调整与衰老相关的过程。

随着对肠道菌群的研究不断深入,这些都可能成为未来抗衰老领域的突破口。

主要参考文献

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Wang Y, Qu Z, Chu J, Hun S. Aging Gut Microbiome in Healthy and Unhealthy Aging. Aging Dis. 2024 Apr 9.

肠道菌群检测报告解读——肠道菌群代谢产物包括激素,神经递质等

谷禾健康

肠道微生物群在食物消化、免疫激活和肠道内分泌信号通路的调节中扮演关键角色。同时,它们通过产生特定的代谢化合物与中枢神经系统(CNS)身体其他部位进行密切交流。

这些代谢物包括次级胆汁酸、短链脂肪酸(SCFAs)、谷氨酸(Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)、多巴胺(DA)、肾上腺素、吲哚、血清素(5-HT)和组胺等神经递质以及其他重要信号分子。

这些神经递质和主要菌群代谢物对肠道微生物及人体健康有着深远的影响。肠道细菌主要利用GABA、多巴胺、谷氨酸、血清素和组胺等神经递质,以及短链脂肪酸、色氨酸和次级胆汁酸等菌群代谢产物,与中枢神经系统进行双向通讯。这些信号分子通过传入迷走神经纤维传输到大脑,大脑则通过传出的迷走神经纤维将信号发送回肠壁中的肠神经细胞和粘膜免疫系统。下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)也参与了这一复杂的信号调控网络。

这些神经递质和菌群代谢物的协调作用,对维持肠道生态平衡和免疫稳态至关重要。一旦出现失衡,就可能导致主要胃肠道疾病,甚至影响神经系统功能,引发神经退行性疾病。

相应的,通过对肠道菌群的分析和前期构建的研发数据队列,我们可以评估出血清中神经递质和菌群代谢产物的水平情况。因为肠道这些指标可以反映肠道微生物在神经递质代谢和信号传递中的作用,从而为评估个体的神经功能和代谢状态提供重要线索。

谷禾健康肠道菌群检测报告新增了这方面的相关指标,本文总结和解读这些神经递质及肠道菌群代谢物,并总结了含量过高和过低对人体健康的影响和一些饮食生活和药物干预措施。

编辑​

01
肠道微生物与人体健康的多维关联


肠道菌群代谢与人体健康紧密相关

细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要二氧化碳作为它们的碳源,被称作自养生物。另外一些细菌依靠有机物形式的碳作为碳源,称为异养生物。而人体的肠道微生物群主要就是异养生物,他们通过消化膳食成分和其他人体内的物质来获取营养,从而维持它们的生存和繁殖。这些微生物对于人体健康至关重要。

肠道菌群是宿主消化的关键组成部分,分解复杂的碳水化合物,蛋白质,并且在较小程度上分解到达下胃肠道的脂肪。该过程产生大量微生物代谢物,其可以局部和全身起作用(在被吸收到血流中之后)。这些途径都可以产生潜在有益潜在毒性的代谢物

// 肠道菌群将膳食成分转化为各种代谢物

例如细菌可以将多糖、蛋白质、脂肪等大分子营养物质分解为单糖小肽氨基酸等,进而产生短链脂肪酸次级胆汁酸吲哚苯酚硫化氢谷氨酸、组胺等物质。

细菌除了在分解和合成代谢中能产生多种代谢产物,还被证明可以产生或消耗多种神经递质,包括多巴胺、去甲肾上腺素、血清素γ-氨基丁酸 (GABA)等。多项的研究证据表明,细菌对这些神经递质的操纵会对宿主的生理及健康产生影响。

注:初步的人体研究还表明,基于微生物群的干预也可以改变神经递质水平


胃肠道与神经系统的联系

那么胃肠道与大脑、神经系统甚至全身其他器官是如何相互联系的呢?肠脑轴(Gut-Brain Axis)被称为肠-脑轴或肠道-大脑轴,指的是肠道和大脑之间存在着复杂的相互关系和通讯机制

// 大部分信号通过双向迷走神经传递

大多数进出肠道的信号都通过双向迷走神经传输,该双向迷走神经在延髓处离开大脑,并在颈静脉孔处离开头骨。颈部迷走神经与控制吞咽和言语的咽喉肌肉通信,胸部迷走神经可降低心率。迷走神经通向胃肠道的分支放松和收缩平滑肌控制腺体组织的分泌。迷走神经的的腹腔分支与十二指肠相连,其余部分与结肠的远端相连。

髓质迷走神经的节前神经元与固有层和外肌层的肌肉层和粘膜层通信。神经节中的感觉细胞向孤束核(NTS)发送信号,从孤束核向蓝斑(LC)、杏仁核丘脑延髓头端腹外侧发送信息。

胃肠道通过迷走神经与中枢神经系统连接

Dicks LMT.Microorganisms.2022

传入神经也与食道、肝脏和胰腺中的受体相连。尽管迷走神经与肠壁的所有层接触,但神经不穿过肠壁,因此不与肠道微生物群直接接触。信号一般通过肠壁粘膜下层和肌间神经丛的肠神经系统(ENS)中的1亿至5亿个神经元到达肠道微生物群

Dicks LMT.Microorganisms.2022

// 肠神经系统功能下降会导致便秘、排便障碍

尽管与迷走神经相关,但小肠和大肠中的部分功能独立于迷走神经。这可能是由于独立的感觉和运动神经元,能够调节肌肉活动、肠壁运动、液体分泌、粘膜层血流粘膜屏障功能

与肠神经系统相关的功能下降通常表现为便秘、失禁排便障碍。这通常发生在老年人身上,被称为先天性巨结肠或肠假性梗阻。最近的研究表明,肠神经系统是动态的,并且不断变化,由细胞凋亡神经发生过程维持。


胃肠道通过激素、神经递质影响大脑感受

与胃肠道相连的神经元有许多受体,它们与肠内分泌细胞(EECs)释放的激素或其他激素相互作用,在维持肠道稳态方面发挥着重要作用。

到目前为止,已经对十多种不同类型的EEC进行了表征。它们作为感觉细胞,协调血清素(5-HT)、神经肽Y(NPY)、血管活性肠肽(VIP)、胆囊收缩素(CCK)、γ-氨基丁酸(GABA)、生长抑素胰高血糖素样肽(GLP)-1/2、胃饥饿素等的分泌变化。这些感觉细胞上的受体通常由肠道神经元表达,也由迷走传入神经、脑干和下丘脑表达。

// 胆囊收缩素、胰高糖素样肽-1等带来饱腹感

胆囊收缩素胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和肽YY(PYY)水平在餐后长达6小时内保持较高水平富含蛋白质的饮食会刺激CCK的产生。CCK与胰腺中的特定受体(CCK-A受体)、大脑中的受体(CCK-B受体)以及中枢神经系统中的其他受体结合,这会带来饱腹感

同时,胰腺释放脂肪分解酶、蛋白分解酶和碳代谢酶。当CCK与胰腺中的钙调神经磷酸酶相互作用时,转录因子NFAT 1-3被激活,刺激胰腺细胞肥大和增殖

注:高CCK水平会增加焦虑,而生长抑素胰腺肽防止CCK的过度释放

// 胃饥饿素、生长激素释放肽促进食欲

胃饥饿素(ghrelin)在禁食期间由胃释放,进入循环系统并穿过血脑屏障。胃饥饿素通过与位于迷走神经节上的Ghrelin受体(GHSR)的相互作用刺激食欲。

较高的ghrelin水平升高的多巴胺(DA)水平相关,而多巴胺水平反过来又向中枢神经系统发送饱腹感信号

一旦进入大脑,生长激素释放肽就会激活弓状核神经元上的受体,导致神经肽Y(NPY)和刺鼠关联蛋白(AgRP)的产生增加

大脑和脊髓中高水平的NPY与其他神经递质(如GABA谷氨酸)一起分泌。NPY刺激食欲,以脂肪的形式调节能量的储存,但也能减轻焦虑、压力疼痛。NPY还调节睡眠模式并保持低血压

富含低聚果糖菊粉的饮食会抑制生长素释放肽的产生,并增加肠上皮内分泌L细胞GLP-1的产生。


肠道微生物与激素之间存在紧密联系

// 胃饥饿素的产生受到一些肠道菌群的影响

一项研究总结了肠道微生物群激素释放的影响。胃饥饿素的产生受到拟杆菌某些物种(Bacteroides)、Coriobacteriaceae韦荣氏菌属(Veillonella)、普雷沃氏菌(Prevotella)、双歧杆菌某些种类(Bifidobacterium)、乳酸杆菌某些品种、粪球菌属(Coprococcus)和瘤胃球菌(Ruminococcus)的刺激,但受到双歧杆菌、链球菌乳酸杆菌、粪杆菌、拟杆菌、埃希氏菌志贺菌(Shigella)和链球菌(Streptococcus)的抑制

这清楚地表明,激素水平的调节是物种特异性的,需要更多的研究来确定所涉及的特定因素。

// 拟杆菌等细菌还影响其他激素的作用

拟杆菌产生与胰岛素神经肽Y黑色细胞刺激素(α-MSH)同源的分子。这些分子诱导与循环系统中的免疫球蛋白发生交叉反应,直接对抗生长素释放肽胰岛素、肽YY和神经肽Y。

Rikenellaceae和梭菌科(Clostridiaceae)的一些菌株产生酪蛋白分解酶B(ClpB),可模拟α-MSH水平增加时产生的饱腹感。与ClpB相互作用产生的免疫球蛋白可对抗α-MSH并减少其厌食作用,导致饱腹感降低

肠嗜铬细胞(EC)控制反射和胃酸分泌,但也产生血清素(5-HT)。D、G、I、K和L型细胞控制酶分泌,单核细胞启动肌电迁移,N细胞调节收缩,S细胞(位于小肠)调节酸度水平,A细胞分泌胃促生长素和内脂素-1,P细胞分泌瘦素

02
重要的神经递质

胃肠道除了通过各种激素使大脑形成不同的感觉和反应外,神经递质也对胃肠道健康及其中的生物群产生重要影响。谷禾最新的报告中已将神经递质作为健康的重要指标,让我们一起来了解一些重要神经递质对健康的影响。

神经递质一般可分为氨基酸(例如,谷氨酸、天冬氨酸、D-丝氨酸、GABA和甘氨酸)、单胺(多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素、组胺和血清素)、微量胺(例如,苯乙胺、酪胺、章鱼胺、色胺)、(催产素、生长抑素、P物质、可卡因和阿片肽)、气体递质(一氧化氮、一氧化碳和硫化氢)、嘌呤(三磷酸腺苷和腺苷)等。

其中,血清素(5-HT)、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸、多巴胺、组胺和一氧化氮被认为是关键的神经递质,将进行更深入的讨论。


血清素

血清素又名5-羟色胺(5-HT),主要存在于中枢神经系统肠道,是一种抑制性神经递质。在中枢神经系统中,血清素充当神经递质,参与调节情绪、睡眠和食欲。它有助于幸福感,有助于调节对压力和焦虑的反应。此外,血清素负责介导多种非神经元过程和功能,例如膀胱调节、止血、呼吸驱动、免疫反应、血管张力肠道炎症

血清素作为神经递质发挥着关键作用,但是大脑仅含有大约5%的血清素,而胃肠道系统中的肠嗜铬细胞(ECC)负责产生约90%的人体总血清素。血清素主要由色氨酸合成,而色氨酸则是一种必需氨基酸,必须通过饮食摄入。肠道血清素水平受色氨酸羟化酶TPH1和TPH2调节。

▸ 血清素的合成受到肠道微生物群的调节

肠道微生物群可以影响血清素的产生。研究表明,肠道菌群可以影响血清素的前体物质如色氨酸的代谢,促进血清素的产生。肠嗜铬细胞受到肠道微生物群(特别是短链脂肪酸)的刺激,产生血清素。短链脂肪酸会增加肠嗜铬细胞中的TPH1表达和血清素合成,从而导致循环血清素浓度升高

一项研究表明乙酸钠(10-50 mM)显著增加人体中TPH1 mRNA 的表达。然而,较高水平的丁酸盐(8.0和16.0mM)分别抑制TPH1表达13.5和15.7倍。

另一项单独的研究表明,无菌小鼠的神经元功能障碍可以通过肠道微生物群的重新定植来逆转。多项研究证实了这一点,并提供了明确的证据表明5-HT的合成受到肠道微生物群的调节

过高或过低的血清素含量都不利于人体健康

▸ 血清素含量过高的危害

血压异常、心血管问题:5-羟色胺是一种强血管收缩剂平滑肌收缩刺激剂。高血清素水平可能导致血管过度收缩,增加血压心血管疾病风险

神经功能异常:5-羟色胺过高时,由于其抑制植物神经功能,使得交感神经过于兴奋,此时可导致植物神经功能发生紊乱。引起神经功能异常的表现,比如手抖、乏力、出汗、头晕、失眠、胸闷、心悸等。

与炎症性肠病有关:在对患有结肠炎的小鼠进行的研究中,观察到5-HT产量增加。随着5-HT水平的增加,固有层树突状细胞(DC)上7型血清素(5-HT7)受体的表达被激活,并触发促炎免疫反应。而抑制5-HT7受体可减轻肠道炎症

注:5-HT4受体的激活在成人神经系统的成熟中起着重要作用,因为它调节神经元的形成并保护细胞。

▸ 血清素含量过低的危害

情绪低落、抑郁:5-羟色胺在大脑皮层及神经突触中的含量较高,是一种能产生愉悦情绪的信使。如果该物质的含量偏低,容易影响大脑活动,可能对患者的情绪造成影响,使患者处于较为低落的状态中,常伴有悲观、失落、忧愁等负面情绪。可能导致抑郁、焦虑情绪波动等心理健康问题。

睡眠障碍:5-羟色胺是一种抑制性神经递质,如果其含量比较低,可能导致中枢神经系统持续处于较为兴奋的状态中,可能导致患者出现睡眠障碍的情况,常有入睡困难、早醒、多梦等表现。

记忆力衰退:在一定程度上,5-羟色胺通常能保护神经元,使其免受兴奋性神经毒素的影响。如果5-羟色胺的含量比较低,可能导致神经元受损,进而影响患者的记忆力

消化问题:血清素在肠道中也扮演重要角色,过低的血清素含量可能导致消化问题,如胃肠道不适、食欲不振胃肠道功能紊乱

最近的一份报告表明一些神经递质可能作为肠道细菌的生长底物高水平的血清素(5-HT)可能会降低肠壁通透性,而低水平的5-HT降低人紧密连接蛋白(Occludin)的表达并削弱肠壁,导致通透性增加肠漏的形成。

▸ 提高血清素水平的方法

一些精神疾病,例如抑郁症与大脑中异常的血清素水平有关。那么血清素过低时可以通过哪些方法来提高呢?

饮食调理:要想补充血清素,要多吃一些富含蛋白质的食物,如鸡蛋、坚果、瘦肉、鱼、虾等,其色氨酸含量较高,进入体内能够促进血清素的合成,升高血清素。

药物补充:血清素低一般可以在医生指导下通过口服药物辅助补充,如选择性血清素再摄取抑制剂(SSRI)、血清素-去甲肾上腺素再摄取抑制剂三环类抗抑郁药等,可以抑制血清素再摄取,减缓血清素的分解,从而增加血清素的含量。

多晒太阳:阳光照射与血清素水平升高有关,色氨酸的光捕获对于血清素的合成有重要影响。吸收蓝光波会激发色氨酸的吲哚结构,使其失去吲哚环结构中的一个电子,从而被氧化。阳光对人类的血清素水平以及情绪、睡眠和自杀意念都有影响。

锻炼:锻炼对生理和心理健康有多种显著益处,包括提高血清素水平和对整体情绪产生积极影响。例如,一些人类研究报告称,从事有氧运动会导致大脑血清素水平增加,并且如果保持良好的运动习惯,这种增加可能会持久

积极情绪诱导:正如低血清素水平可能会对我们的情绪产生负面影响一样,消极情绪也会导致血清素水平下降。一些证据表明,使用认知和行为策略积极诱导积极情绪可能有助于维持健康的血清素水平。血清素水平和情绪之间的这种“双向影响”可能会影响一系列身心健康问题

使用补充剂:在体内,血清素是由5-HTP制成的,而5-HTP是由L-色氨酸制成的。因此,从理论上讲,增加这些“组成部分”(代谢前体)中的任何一个的水平都可以导致血清素总体水平的增加

维生素D有助于身体(包括大脑)制造、释放和使用血清素。维生素D会激活一种酶,将色氨酸转化为血清素。如果维生素D水平较低,我们的大脑就会产生较少的血清素。因此,增加维生素D的摄入量可能会增加血清素水平,从而有可能支持心理健康。

▸ 血清素过高一般补充药物或补剂需注意

当人的系统中血清素过多时,就会出现血清素综合症。血清素综合征是由于药物、补充剂或草药的组合导致血清素升高至不安全水平而引起的。

最常与血清素综合征相关的抗抑郁药和抗焦虑药包括:

  • 西酞普兰(Celexa)
  • 艾司西酞普兰(Lexapro)
  • 氟西汀(百忧解)
  • 帕罗西汀(Paxil、Pexeva)
  • 舍曲林(左洛复)
  • 维拉佐酮(Viibryd)
  • 氟伏沙明(Luvox)
  • 文拉法辛(Effexor)
  • 氯米帕明(Anafranil)
  • 丙咪嗪(托法尼)
  • 沃替西汀(Trintellix,Brintellix)
  • 曲扎酮

偏头痛药物(曲普坦类药物):曲坦类药物通常是医生为中度至重度偏头痛患者开出的第一种药物。曲普坦类药物还会激活大脑中的血清素受体,并存在发生血清素综合征的风险,特别是与阿片类药物或抗抑郁药联合使用时。

他们包括:

  • 阿莫曲坦(Axert)
  • 那拉曲坦(Amerge)
  • 利扎曲普坦(Maxalt)
  • 舒马曲坦(Imitrex)
  • 佐米曲普坦(佐米格)

除此之外单胺氧化酶抑制剂阿片类药物丁螺环酮 (Buspar)、恶心药物、右美沙芬、迷幻剂,可卡因,以及一些草药和补品如圣约翰草、人参、姜黄、藏红花在使用时也需特别注意,可能会引起血清素综合症


γ-氨基丁酸(GABA)

γ-氨基丁酸(GABA)是一种非蛋白氨基酸,于1950年首次在大脑中被发现,主要在中枢神经系统中发挥作用,是哺乳动物大脑中最主要的抑制性神经递。GABA的作用是减缓神经系统的活动,帮助维持神经系统的平衡,防止过度兴奋导致的不良反应。

研究发现 , GABA具有激活脑内葡萄糖代谢、促进乙酰胆碱合成、降血氨、抗惊厥、降血压、改善脑机能、精神安定、促进生长激素分泌等多种生理功能。多项研究还证明GABA与一些神经系统疾病

焦虑、抑郁、癫痫自闭症谱系障碍(ASD)和注意力缺陷多动障碍存在关联。

▸ 人体肠道内的一些菌群也可以产生GABA

GABA可由多种生物体合成,包括人类植物细菌。在合成过程中,GABA由谷氨酸通过谷氨酸脱羧酶(GAD)产生。在人类微生物群中,几种胃肠道细菌含有编码GAD的基因,该基因负责GABA的产生

双歧杆菌、乳酸杆菌和拟杆菌是最著名的GABA产生菌,尤其是脆弱拟杆菌(b.fragilis)。人们还描述了一种新的“吃GABA”物种,瘤胃球菌科中的Evtepia gabavorousE.gabavorous对GABA的依赖性很明显,因为菌株只有在产生GABA的情况下才能生长

▸ 一些微生物可以改变GABA受体的功能

已经描述了三类γ-氨基丁酸受体(GABAR),即GABAR A、GABAR B和GABAR C。GABAR B将从激素、神经递质和信息素接收到的信号转移到信号转移途径

已知少数微生物可以改变GABAR的功能。鼠李糖乳杆菌JB-1改变大脑中GABAR的表达,从而减少焦虑和抑郁。因此,很可能某些乳酸杆菌焦虑和抑郁的调节中起着关键作用。乳酸杆菌治疗可提高海马和前额叶皮层的GABA水平。结肠中微生物群产生的乙酸盐通过血脑屏障转移到下丘脑,并进入GABA神经胶质细胞循环途径

▸ GABA含量过高的危害

神经系统抑制过度:GABA作为一种抑制性神经递质,过高的GABA水平可能导致神经系统抑制过度,影响神经传导和神经元活动,引发头晕、嗜睡和思维迟钝等症状。

肌无力、运动障碍:GABA可以影响肌肉的收缩和松弛,过高的GABA含量可能导致肌肉过度松弛,引起肌无力和运动障碍

心律失常、血压下降:GABA的过高水平可能导致心血管系统的抑制,影响心脏的收缩力和心率,引起心律失常血压下降

情绪低落:神经系统受到GABA调节,过高的GABA含量可能导致情绪低落注意力不集中记忆力减退等情绪和认知问题。

呼吸困难:GABA过高可能影响呼吸中枢的功能,导致呼吸抑制,引起呼吸困难缺氧症状

▸GABA含量过低的危害

神经系统问题:GABA是一种重要的神经递质,含量过低可能导致神经传导异常,引发焦虑、抑郁神经紊乱等问题。

睡眠障碍:GABA参与调节睡眠过程,GABA含量过低大脑容易兴奋,从而可能导致失眠睡眠质量下降睡眠障碍

情绪不稳定:GABA也是一种帮助平静和放松的神经递质,是身体自产的一种有效的抗应激化学物质。GABA不足可能影响情绪调节功能,导致情绪波动大易怒和情绪不稳定

肌肉紧张:GABA参与肌肉松弛,含量过低可能导致肌肉紧张痉挛纤维肌痛

▸ 调整GABA水平的方法

饮食:有些食物成分可以增加GABA水平,比如:燕麦、茶叶、核桃、香蕉、杏仁、菠菜和鱼类。还有矿物质镁,和维生素B6也可能增加GABA水平。

运动:瑜伽可以提高GABA水平,还有其他一些运动方式,也可以适当提高GABA水平。冥想的人会增加 GABA 水平,并降低皮质醇和去甲肾上腺素水平。

药物:调整体内GABA水平的药物和途径包括苯二氮䓬类药物(如苯巴比妥)和催眠药物(如扎来普隐)。此外,通过调整神经元GABA受体的活性和GABA转运体的功能也可以影响GABA水平。

草药类:

卡瓦对 GABA 的影响很复杂,因为该植物含有 6 种精神活性化合物。卡瓦主要的精神活性化合物之一是卡瓦因,在人类研究中,卡瓦改善了焦虑、失眠、抑郁、睡眠质量、认知、紧张和不安的症状

注:卡瓦与许多细胞色素酶有复杂的相互作用,这可能会影响肝脏。

厚朴在中药中被广泛应用,具有多种功效,可在动物和试管研究中,厚朴显示出抗氧化性能。还可保护大脑、心脏、肝脏,并具有抗癌和抗炎特性。

缬草中的活性成分主要存在于其根中,戊酸似乎是最有效的活性成分,戊酸通过多个 GABAA 受体亚基正向调节 GABA ,可以促进放松、减轻压力和改善睡眠

黄芩,含有生物活性黄酮类化合物,可作为有效的抗氧化剂,不仅具有抗焦虑抗惊厥作用,还可以改善认知、神经元再生

柠檬香蜂草,具有复杂的药理学特征,含有许多精神活性有机化学物质,从多酚到萜烯。其中迷迭香酸是其最有效的精神活性化合物。迷迭香酸通过间接抑制将 GABA 转化为 L-谷氨酸的酶来增加 GABA 水平。

黑籽油,其提取物可改善炎症、血压和焦虑。

南非醉茄提取物与其他 GABA 正变构调节剂结合显示出协同效应,并且当 GABA 含量较低时似乎会增加 GABA 活性

薰衣草,安全可靠地改善了焦虑和睡眠质量。

茶氨酸,可以减少心理和生理压力反应,同时改善情绪和放松,可以轻微增加大脑中的单胺水平,例如血清素、多巴胺、甘氨酸、GABA(增加约 20%)。

芹菜素,存在于许多传统使用的草药中,包括洋甘菊、小白菊、芹菜、金光菊、西番莲等。芹菜素通过其对苯二氮卓受体的活性增强 GABA 传输。它具有抗癌抗氧化特性,甚至可以减少 tau 蛋白和β淀粉样蛋白的沉积和积累,这可能会降低患阿尔茨海默病和神经炎症的风险。它还会抑制谷氨酸家族的 NMDA 受体。

绿茶,EGCG(表没食子儿茶素没食子酸酯)是一种绿茶化合物,通过正向调节苯二氮卓受体来增加 GABA活性

牛磺酸,一种与心脏和大脑健康有关的氨基酸,存在于许多饮食来源中,可以与 GABAA 和 GABAB 受体结合,每天摄入量少于 3 克其补充剂,不会产生副作用。

GABA 拮抗剂或“负调节剂”可阻断 GABA 的作用。

以下是可能阻断 GABA 的物质列表:

  • 孕烯醇酮
  • DHEA和 DHEA-S
  • 银杏/白果内酯和银杏内酯
  • 艾草/侧柏酮也存在于鼠尾草中
  • Muira Puama
  • 可可碱和茶碱
  • 阿片类药物


谷氨酸

谷氨酸(Glu)是大脑中最丰富的游离氨基酸,也是大脑主要的兴奋性神经递质。在记忆存储中发挥着关键作用,它还可以帮助我们说话、处理信息、思考、运动、学习新事物和集中注意力学习等。

注:谷氨酸也是γ-氨基丁酸(GABA)的前体,这二者之间的平衡对于我们大脑健康非常重要。

谷氨酸被归类为非必需氨基酸,这意味着它可以在体内以足够的数量合成。对各种动物肠道进行仔细平衡研究的结果,结果表明膳食谷氨酸几乎在肠道内定量代谢,主要是通过肠细胞

谷氨酸可以以两种不同的方式合成:首先,它可以通过谷氨酸脱氢酶或多种转氨酶从α-酮戊二酸合成。其次,谷氨酸可以由其他氨基酸合成;氨基酸的“谷氨酸家族”包括谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸和组氨酸。

▸ 谷氨酸的作用

化学信使:谷氨酸将信息从一个神经细胞传递到另一个神经细胞。作为主要的兴奋性神经递质,它向大脑和全身发送信号。它有助于认知功能、记忆、学习和其他大脑功能 。


脑细胞的能量来源:当细胞的主要能量来源葡萄糖储备低时,可以使用谷氨酸。

学习和记忆的调节:谷氨酸有助于随着时间的推移增强或减弱神经元之间的信号,以塑造学习和记忆。


疼痛传递器:较高水平的谷氨酸与增加的疼痛感有关。

影响免疫:谷氨酸受体存在于免疫细胞(T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞)上,这表明谷氨酸在先天免疫系统和适应性免疫系统中均发挥作用。

保护肠道:谷氨酸是肠细胞的主要营养素之一。谷氨酸还可以通过帮助产生抗氧化剂谷胱甘肽来保护肠壁。一项动物研究发现,补充 L-谷氨酸有助于改善仔猪的肠道完整性,这有利于营养物质的消化和吸收。

注:谷氨酸还可以预防由于幽门螺杆菌和长期使用阿司匹林等非甾体抗炎药引起的胃肠道损伤。

睡眠和清醒的介质:大鼠模型研究表明,当我们清醒或快速眼动(REM)睡眠期间,谷氨酸水平最高。丘脑是个例外,在非快速眼动睡眠期间谷氨酸水平最高

在过去的30年中,越来越多的研究进展还揭示了谷氨酸及其受体在神经退行性疾病疾病(阿尔茨海默氏症、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症、癫痫、帕金森等)以及肠道疾病克罗恩病溃疡性结肠炎的病因中起核心作用。

▸ 谷氨酸含量过高的危害

谷氨酸是大脑中必不可少的(也是主要的兴奋性)神经递质。然而,谷氨酸在某些情况下会变得有害——这一过程称为谷氨酸兴奋性毒性 (GE)

由于谷氨酸是神经元的兴奋剂,过多会导致神经元过度激活并死亡,从而破坏神经元

神经系统疾病:谷氨酸作为兴奋性毒素的作用,与多种神经退行性疾病有关,例如多发性硬化症 阿尔茨海默病肌萎缩性侧索硬化症。谷氨酸失调也被认为是纤维肌痛慢性疲劳综合征的原因之一。

心理健康障碍:谷氨酸过多(或过少)也与抑郁症精神分裂症等心理健康障碍有关。大量研究发现,在患有重度抑郁症的人中经常发现高水平的谷氨酸过度活跃的谷氨酸受体

偏头痛:高浓度的谷氨酸盐和偏头痛之间也有密切的联系。一项研究发现,偏头痛患者的血浆谷氨酸水平显著升高。另一项研究得出结论,GABA能药物(那些改变 GABA 作用的药物)可能有助于治疗偏头痛

糖尿病:有一些证据表明,随着时间的推移,高水平的谷氨酸会导致1型和2型糖尿病的发生。一项研究发现,谷氨酸水平对两种类型的糖尿病中β细胞的损失都有直接和间接的影响。

▸ 谷氨酸含量过低的危害

注意力不集中:如果谷氨酸太少,我们无法对进入大脑的刺激做出快速反应,无法很好地记住事物难以集中注意力,学习会更加困难。

情绪障碍:谷氨酸是大脑里需求量比较大的一种氨基酸,主要是参与脑内蛋白质或者是脂肪酸等的合成和代谢,过低可能影响人的精神状态,也可能诱发神经衰弱。研究人员发现,阻止大鼠吸收谷氨酸会导致类似抑郁的效果,这可能反映了快感缺失

▸ 降低谷氨酸水平的方法

在饮食中降低:最好限制或避免使用富含谷氨酸的食物包括:酱油、硬奶酪、腌肉、谷物(尤其是含有麸质的)、骨汤快餐、方便面、沙拉酱等。

PPAR -γ激活剂:PPAR -γ激活剂可能是对抗GE(谷氨酸兴奋性毒性)的最佳方法之一。许多食物和草药具有降低谷氨酸兴奋性毒性的能力。例如:黄芪、绿茶、紫锥菊、棕榈油、大豆、厚朴、奶蓟草、甘草、牛至、百里香油、高丽参、姜黄素、黑籽油、槲皮素 。

补充维生素:维生素B6有助于减少谷氨酸过量,因为参与将谷氨酸转化为GABA。维生素B6缺乏可能是谷氨酸过量积累并且不能正确转化为 GABA 的一个原因。辅酶Q10-也可以改善谷氨酸兴奋性毒性、线粒体功能和氧化应激 

▸ 提高谷氨酸水平的方法

运动:锻炼的参与者的谷氨酸或GABA水平增加。即使在停止运动后效果仍然存在,这表明谷氨酸水平会随着运动而发生更持久的变化

饮食:天然高谷氨酸食物包括:发酵、陈化、腌制、压力烹制的食品。其中包括:陈年奶酪、慢煮肉类和家禽、蛋、酱油、大豆蛋白、鱼露,某些蔬菜,如蘑菇、成熟的西红柿、西兰花和豌豆、核桃、大麦麦芽

补充剂:身体将谷氨酰胺转化为谷氨酸。谷氨酰胺可以作为补充剂使用,也可以在肉类、鱼类、鸡蛋、奶制品、小麦和一些蔬菜中找到。

扩展阅读:

兴奋神经递质——谷氨酸与大脑健康


多巴胺

作为耳熟能详的一种神经递质,你真的了解多巴胺的全部作用以及利与弊吗?下面由谷禾带你一起了解下。

多巴胺(DA)主要在黑质、腹侧被盖区和下丘脑中产生,并释放到大脑的伏隔核和前额皮质中。它通常被称为奖励神经递质,在认知、奖励、饱腹感、运动愉悦和动机等重要功能中发挥着重要的外周和中枢作用,影响睡眠情绪、注意力、工作记忆和学习等。

▸ 肠道微生物群能够影响多巴胺的代谢

肠道微生物群肠道和中枢神经系统中多巴胺生物利用度的主要贡献者。一些肠道微生物已被证明对多巴胺能神经元发挥神经保护作用,以减少多巴胺损失。另一方面,其他微生物可以通过内毒素刺激炎症反应,进一步降低多巴胺浓度,从而产生负面影响

帕金森病肠道中的有益微生物群往往会减少,而诱发病理过程的微生物水平则会升高。

左旋多巴是多巴胺的天然前体,外周给药时可穿过血脑屏障,增加大脑中多巴胺的水平。然而,肠道微生物代谢的左旋多巴会降低其利用率,而外周产生的多巴胺会导致不良副作用

将来,肠道微生物群的筛查或肠道微生物群的绘图可能对于选择用于精神治疗的药物变得重要。随着测序克隆、基因操作、病毒(包括噬菌体)靶向、成像技术的最新进展,这将成为可能。

▸ 多巴胺的作用

调节情绪、影响认知:多巴胺参与调节情绪和情感反应,特别是与愉悦和奖赏感有关。多巴胺水平的变化可以影响人的情绪状态,使人感到快乐、满足或兴奋

多巴胺还可以影响认知功能,包括记忆、学习、决策和注意力等。它促进神经元之间的连接和信息传递,有助于提高认知能力

影响躯体运动:多巴胺是锥体系统中的重要递质,与躯体运动功能有密切关系。多巴胺在大脑基底神经元中起着关键作用,参与调节运动控制和协调。多巴胺的不足会导致运动障碍,如帕金森病

调节体内激素水平:多巴胺也参与调节内分泌系统的功能,影响激素的分泌调节身体的代谢。它与垂体前叶的调节密切相关,影响生长激素泌乳素等激素的分泌。多巴胺还通过负反馈机制调节腺垂体激素的合成和释放,维持体内激素水平的稳定

调节心血管活动:多巴胺的作用可以导致心率的增加,这是由于多巴胺通过激活β1-肾上腺素能受体增加心脏的兴奋性和传导速度,从而加快心率。然而,在高剂量下,多巴胺也可以通过抑制交感神经系统来降低心率

多巴胺还通过激活β2-肾上腺素能受体来引起血管舒张,特别是在冠状动脉和周围血管中。这种血管扩张的作用有助于降低外周阻力减少心脏的负担

影响胃肠道功能:多巴胺在胃肠道系统中也扮演着重要的角色,调节胃酸、胃蛋白酶、胰腺碱性物的分泌,影响十二指肠溃疡的病理演变。当中枢多巴胺功能缺损易出现溃疡症,如帕金森病患者常患有溃疡症。而多巴胺功能亢进的精神分裂症患者很少有溃疡症。

多巴胺还可以影响胃肠道的消化和吸收功能。它可以调节肠道的血流和肠道蠕动促进营养物质的吸收和利用。

与成瘾性相关:多巴胺与大脑中的奖赏系统密切相关。当个体接触到有奖赏性的刺激时,多巴胺会被释放,产生愉悦感和满足感。这种奖赏性体验会强化行为,促使个体不断追求这种奖赏。脑内奖赏效应可能是产生精神依赖性强迫性觅药行为的主要原因。

▸ 多巴胺含量过高的危害

多巴胺过高可能会导致一系列健康问题和危害,包括但不限于:

情绪不稳定:多巴胺有兴奋的作用,含量过高会使得患者脾气暴躁,情绪波动过大,容易生气,对外界也过于敏感。可能导致焦虑、紧张不安情绪,影响个体的心理健康。

血压、心律失常:多巴胺过多使得神经过度兴奋,出现血压增高,同时伴有头晕、头痛、阵发性颜面潮红以及恶心、呕吐等高血压的表现。还引起患者心率增快,心率增快可引起窦性心动过速,甚至引起心律失常的情况发生。

睡眠问题:多巴胺过高可能干扰睡眠,导致失眠或睡眠质量下降。使睡眠不深易醒睡眠中断等现象更为频繁,以及睡眠中的惊醒、噩梦等情况。

可能引起一些精神疾病:多巴胺过高精神疾病之间存在密切的关系,特别是在以下几种精神疾病中:精神分裂症、躁郁症、药物成瘾、帕金森病。总的来说,多巴胺过高与多种精神疾病之间存在复杂的相互作用关系,多巴胺系统的异常可能是某些精神疾病发病机制的重要因素之一。

▸ 多巴胺含量过低的危害

抑郁和情绪低落:多巴胺是调节情绪的神经递质之一,多巴胺不足会影响大脑中与情绪调节相关的区域,导致情绪不稳定抑郁情绪低落等问题。

帕金森病:缺乏多巴胺会导致帕金森病,患者可出现静止性震颤肌肉强直、运动迟缓,以及尿频、便秘、体位性低血压、不安腿综合征等症状,多巴胺严重缺乏时患者可出现全身肌肉僵硬、生活不能自理等。

精神疾病风险增加:多巴胺与精神疾病如精神分裂症等有关,多巴胺含量过低可能增加患上精神疾病的风险。

▸ 提高多巴胺水平的方法

饮食:在饮食方面有一些食物可以促进多巴胺的分泌,应该多吃富含酪氨酸的食物来促进多巴胺的分泌,建议患者多吃香蕉、橘子,以及巧克力等等这样的食物来促进多巴胺分泌

体育锻炼:想要促进多巴胺的分泌,也可以通过参加体育锻炼来达到这样的目的。因为人在体育锻炼的时候血压升高心率增快,这种情况会促进多巴胺分泌

保持心情愉悦:观看有趣的事物、听音乐会提高身体的快感和愉悦感,可以刺激多巴胺的释放

增加多巴胺的药物:增加多巴胺的药主要左旋多巴普拉克索,另外还要配合抗胆碱药物金刚烷胺等药治疗。

多晒太阳:当皮肤暴露于阳光下时,身体会产生维生素D,同时也会促进多巴胺的释放

▸ 降低多巴胺水平的方法

服用药物:多巴胺是一种神经递质,当多巴胺分泌过多时,会导致精神兴奋。患者可以在医生的指导下服用抗精神病药物进行治疗,如利培酮片奥氮平片等,可以有效改善症状。

调整饮食结构:食用含色氨酸的食物可增加多巴胺分泌,减少摄入可降低多巴胺分泌

心理调整:如果精神过于紧张或兴奋,多巴胺分泌会增多,建议及时调整心态,通过心理治疗、暗示治疗等方式来缓解情绪,从而能使多巴胺迅速下降。


组胺

组胺是人体内的一种生物胺,最为熟知的作用是作为过敏反应的介质,但也是神经系统肠道、皮肤和免疫系统中重要的信号分子

组胺还是肠道稳态的重要调节剂。通过增强分泌和蠕动,组胺促进潜在有毒物质的快速清除。这种生物胺对于肠道细菌的生存也至关重要。与健康个体相比,组胺不耐受患者的肠道菌群失衡或失调

组胺主要由肥大细胞嗜碱性粒细胞免疫细胞产生和释放。一些细胞如树突状细胞或T细胞可以表达组氨酸脱羧酶,这是一种在刺激后合成组胺的酶。

尽管如此,一些食物中的微生物群和部分人体肠道微生物群也可以分泌组胺。

产生组胺的细菌包括乳杆菌属乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、酒类酒球菌(Oenococcus oeni)、小片球菌、嗜热链球菌摩根氏菌、肺炎克雷伯菌、肠杆菌属、弗氏柠檬酸杆菌和哈夫尼菌属(Hafnia alvei)。

▸ 组胺的作用

信号传导:在中枢神经系统中,组胺作为一种神经递质,参与睡眠调节体温调节等生理过程。组胺对感觉神经末梢有强烈的刺激作用,尤其对调节痛和痒的神经,该效应由H1受体所调节。

除此之外,有研究发现组胺还会影响伤口愈合、食欲情绪等方面。

介导过敏反应:当免疫系统对过敏原产生过度反应时,免疫细胞(如肥大细胞和嗜酸性粒细胞)会释放存储在细胞内的组胺。释放的组胺会结合到特定的受体上,引发一系列生理反应,例如瘙痒、肿胀、打喷嚏等。

扩张血管,影响血压:组胺对人心血管系统最突出的作用是扩张小血管。血管扩张使外周阻力降低,血压下降,并伴有潮红、头痛等症状。

组胺还增加毛细血管的通透性,使渗出增加,引起水肿,严重时甚至导致循环血量减少,可能引起休克。组胺对心脏的直接作用包括增强心肌收缩力、加快心率和减慢房室传导

刺激胃酸分泌:首先,组胺可以刺激胃黏膜细胞中的H2受体,当组胺与H2受体结合时,会激活细胞内的信号转导通路,导致胃壁上的壁细胞释放胃酸

其次,组胺还可以通过刺激嗜酸性细胞(胃窦细胞)来促进胃酸的分泌。嗜酸性细胞是胃黏膜中的一种细胞类型,它们包含大量的组胺。当胃黏膜受到刺激时,嗜酸性细胞会释放存储的组胺。释放的组胺通过与H2受体结合,刺激壁细胞分泌胃酸

影响排便:一项研究中,发现细菌产生的组胺与小鼠结肠运动粪便排出量增加有关,并且组胺受体拮抗剂治疗在很大程度上阻断了细菌组胺对结肠运动的影响。

收缩平滑肌:此外,组胺会诱导平滑肌细胞(包括支气管和肠道)收缩,哮喘患者对组胺比正常人敏感100~1000倍,组胺可引起支气管痉挛导致呼吸困难。组胺收缩胃肠平滑肌子宫平滑肌还会引起痉挛性腹痛。

▸ 组胺含量过高的危害

组胺中毒:在健康人体内,会因摄入组胺含量高的食物(例如鲭鱼)导致血液中组胺浓度升高而出现严重症状——组胺中毒

组胺中毒症状多种多样,可能包括口腔麻木、头痛、头晕、心悸、低血压、吞咽困难、脉搏微弱、荨麻疹、面部肿胀、潮红、呕吐、恶心和腹泻等。

组胺中毒的症状可能持续数小时或一天,但在极少数情况下,症状可能会持续数天。

过敏反应:组胺是一种重要的组织胺,过高的组胺浓度可能引发过敏反应,包括皮肤瘙痒、荨麻疹、呼吸困难等症状。

胃肠道反应:组胺过高可能引起胃肠道症状,如胃灼热、胃痛、腹泻和恶心和消化不良等问题。

肠道肥大细胞过度增生和过度活跃,使组胺浓度较高,还会导致粘膜炎症性疾病,产生腹泻和腹痛

皮肤和呼吸道症状:组胺过高可能导致皮肤血管扩张和炎症反应,引发红肿、瘙痒和刺痛等皮肤问题。

除此之外,还会引起呼吸道症状,如喉咙发痒、喉咙肿胀咳嗽和哮喘等呼吸系统问题。

▸ 降低谷氨酸水平的方法

低组胺饮食:组胺过高的基础是基于低组胺含量食物的消除饮食。一般来说,公认的饮食指南尚未制定;但是,建议避免食用富含组胺的食物如奶酪油性鱼类和贝类,以及生发酵肉制品腌菜、发酵豆制品、葡萄酒和啤酒、鸡蛋、巧克力和蘑菇

此外,应避免食用会刺激内源性组胺释放的蔬菜和水果(如菠菜、西红柿、柑橘类水果、草莓、茄子、鳄梨、木瓜、香蕉、猕猴桃、菠萝和李子)。

施用抗组胺药物:纠正组胺不耐受的药物方案基于使用组胺受体阻滞剂、肥大细胞膜稳定剂和其他具有抗组胺活性的药物。在这方面,H1R拮抗剂是最有效的,特别是依巴斯汀。每天服用20毫克该药物,持续12周,46%的患者出现临床缓解。

补充生物活性物质:维生素C被用作纠正组胺不耐受的佐剂。每日剂量300-500毫克可增强组胺降解并抑制肥大细胞脱颗粒

天然类黄酮(非瑟酮、山奈酚、槲皮素、芦丁和木犀草素)和活性生物碱小檗碱在体外抑制肥大细胞脱颗粒。这些都有助于减轻组胺不耐受

▸ 组胺含量过低的危害

虽然组胺含量过低的情况相对较少见,但也可能会对身体产生一些影响,包括:

伤口愈合缓慢:组胺在人体中起着重要的调节作用,其能够帮助调节纤维细胞生长因子的生成,该成分可以加速局部肉芽的生长,帮助促进伤口的愈合。因此组胺含量较低时,伤口愈合能力也会减弱,速度会随之减慢。

消化不良:组胺可以通过刺激胃部,进而起到促进胃酸分泌的效果。若身体中没有组胺,则会导致胃酸减少,无法有效消化分解食物,进而引起消化不良的问题。

情绪问题:组胺还可以作为神经递质帮助调节中枢神经系统,而一旦没有组胺或缺少组胺,则会影响中枢神经系统稳定性,引起睡眠异常激素水平紊乱等情况,进而导致情绪不良、抑郁和焦虑等心理问题。

血管扩张问题:组胺在血管平滑肌收缩和扩张中起到调节作用。组胺含量过低可能导致血管扩张不足,影响血液循环血压调节

免疫力下降:组胺对免疫细胞,如吞噬细胞、T细胞、B细胞等,起到增强活性的功效,因此组胺还具有增强免疫功能的作用。若人体缺少该物质,则人体免疫力会下降无法有效抵抗细菌、真菌等有害物质的侵入。

扩展阅读:

过敏反应的重要介质——组胺与免疫及肠道疾病


一氧化氮(NO)

一氧化氮(NO)是一种无色气体,是一种半衰期很短(平均5s后即失活)的神经递质。在人体内扮演着重要的生物学角色,一氧化氮具有以下作用:

▸ 一氧化氮的作用

神经信号传递:一氧化氮与传统的神经递质不同,它不是在突触前膜释放后通过突触间隙传递信号,而是可以直接穿透细胞膜,影响邻近的细胞。这种特性使得NO可以快速地在神经元之间传递信号,参与短期和长期的神经调节过程。

记忆和学习:一氧化氮在大脑的学习和记忆形成过程中发挥关键作用。研究表明,NO参与调节长时程增强(LTP)的过程,这是一种与学习和记忆形成密切相关的神经突触强化机制

血管扩张:虽然这不是直接作为神经递质的功能,但一氧化氮在调节血管舒张中的作用也影响到大脑的功能。NO可以促进血管扩张,从而增加血流量,改善大脑的血液供应。这对于维持大脑健康和功能至关重要。

神经保护作用:一氧化氮在一定条件下可以发挥神经保护作用,帮助减轻神经损伤和促进神经修复。然而,NO的过量产生也可能导致神经毒性,因此其在神经保护中的作用是把双刃剑。

疼痛调节:一氧化氮在调节疼痛感知中也起着作用。它参与了疼痛信号的传递过程,可能通过调节疼痛相关神经递质的释放来影响疼痛感知

提高运动表现:一氧化氮通过增强流向肌肉的血液、增加氧气和营养物质的输送以及减少运动过程中代谢废物的积累来提高运动表现。这可以提高耐力、力量和恢复时间

▸ 一氧化氮含量过高的危害

一氧化氮(NO)作为一种神经递质,在适量情况下对人体具有重要的调节作用。然而,一氧化氮含量过高可能会对人体产生一些不良影响

神经毒性:过高的一氧化氮含量可能对神经系统产生毒性作用损害神经元的结构和功能,导致神经元凋亡神经退行性疾病的发生。

过高的一氧化氮含量还可能干扰神经元之间的正常传导影响神经信号的传递和神经网络的功能,导致神经系统失调和功能障碍

氧化应激:过高的一氧化氮含量可能导致氧化应激反应的增加,引发细胞损伤炎症反应,加速细胞老化疾病的发展

血管扩张过度:一氧化氮是一种强效的血管舒张因子,过高的一氧化氮含量可能导致血管扩张过度,造成血压下降循环血容量不足,甚至引发休克。

免疫抑制:过高的一氧化氮含量可能抑制免疫系统的正常功能,降低机体对抗病原体的能力增加感染和疾病的风险

▸ 降低一氧化氮水平的方法

一氧化氮测定值过高,需要根据引起的原因进行处理,多考虑是慢性支气管炎引起的,但也不排除是支气管哮喘阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征等疾病导致的。

慢性支气管炎:多考虑是细菌感染引起的,但也不排除是长期吸烟或吸入有害的物质导致的,进而会导致气管、支气管黏膜等组织出现慢性非特异性炎症的情况,在临床通常会出现气促等症状。建议患者在医生的指导下服用盐酸溴己新片、硫酸沙丁胺醇片等药物治疗。

支气管哮喘:多考虑是遗传因素引起的,但也不排除是环境因素导致的,进而会出现气道慢性炎症的情况,在临床通常会出现呼吸急促等症状。建议患者在医生的指导下使用硫酸特布他林气雾剂布地奈德气雾剂等药物治疗,必要时通过支气管热成形手术等方式缓解。

改善生活方式:降低体内一氧化氮水平的措施和药物包括改变饮食习惯、减少摄入高脂肪食物增加运动量避免暴饮暴食等。药物方面可以使用一氧化氮合成酶抑制剂或其他降低一氧化氮水平的药物。

▸ 一氧化氮含量过低的危害

神经传导障碍:一氧化氮作为神经递质在神经元之间传递信号,调节神经传导。一氧化氮含量过低可能导致神经传导障碍影响神经网络的功能和神经元的正常活动。

情绪和认知问题:一氧化氮参与调节情绪和认知功能,影响大脑的神经传导。一氧化氮含量过低可能导致情绪波动注意力不集中认知功能下降

勃起功能障碍: 有研究表明,NO是阴茎神经元(自主神经支配海绵体并穿透腺海绵体组织)和阴茎血管外膜层神经网络中勃起功能的生理促进剂。而一氧化氮含量过低可能会引起男性性功能障碍,使阴茎无法勃起。

炎症反应增加:一氧化氮在炎症过程中发挥重要作用,可以调节炎症反应和免疫反应。一氧化氮含量过低可能导致炎症反应增加影响炎症的调节和细胞修复过程

▸ 提高一氧化氮水平的方法

补充L-精氨酸或者L-胍氨酸:补充NO的途径第一种办法,最直接的方法是增加NO合酶原料L-精氨酸或者L-胍氨酸。大部分蛋白质都含有这两种氨基酸,比如,鱼类、瘦肉、牛羊肉、鸡鸭、蛋类、鱼虾、豆制品、坚果类、巧克力、芝麻、核桃、乳制品等。

适当运动:运动可以调节机体血管内一氧化氮合成酶,使其合成酶含量增加,可以较多地产生一氧化氮,并且运动时由于血液循环加速,也可使其辅助产生一氧化氮,达到较好的补充作用。

补充硝酸盐和亚硝酸盐:亚硝酸盐还原酶在生理条件下发挥功能,催化硝酸盐和亚硝酸盐生成NO增加。补充硝酸盐和亚硝酸盐最容易的是食用水果和蔬菜,其中含有大量硝酸盐和亚硝酸盐,在体内就可以转化为NO。而且我们平常吃的新鲜蔬菜和水果都含有大量天然抗氧化剂,可以防止补充硝酸盐和亚硝酸盐产生亚硝胺。例如茶叶和巧克力中的多酚类,葡萄里的白藜芦醇和原花青素,胡萝卜里的胡萝卜素,番茄里的番茄红素,核桃油和胡麻油中Ω3等。

03
肠道菌群代谢物

除了神经递质肠道菌群代谢物人体健康中也扮演着重要角色。肠道菌群代谢物是由肠道微生物产生的化合物,可以影响人体的免疫系统新陈代谢神经系统等

研究表明,肠道菌群代谢物与多种疾病的发展密切相关,包括肥胖糖尿病炎症性肠病。因此,了解和维护良好的肠道菌群代谢物平衡对于维持人体健康至关重要。


短链脂肪酸

短链脂肪酸(SCFAs)是一类由1~6个碳原子组成的有机脂肪酸,主要包括乙酸、丙酸和丁酸结肠是其主要产生部位,多由未消化吸收的碳水化合物经结肠内厌氧菌酵解产生。

在结肠中存在的总短链脂肪酸中,健康人体内的90%-95%乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。

短链脂肪酸主要由双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳杆菌(Lactobacillus)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、经黏液真杆菌属(Blautia)、粪球菌属(Coprococcus)、罗氏菌属(Roseburia)和粪杆菌属(Faecalibacterium)在结肠中产生,并为结肠上皮细胞提供能量

这些短链脂肪酸粘附于游离脂肪酸受体(FFAR),例如位于肠上皮细胞表面的GPR43(FFAR2)和GPR41(FFAR3)。

• 降低肠道pH,减少有害菌生长

短链脂肪酸的存在会使回肠(小肠末端)到盲肠(大肠起点)的肠道pH值降低,从而防止有害细菌(如肠杆菌科和梭状芽胞杆菌)过度生长

• 防止肠漏,保护肠道健康

短链脂肪酸有助于修复“肠漏”,通过增加粘蛋白2(MUC-2)的分泌来加强肠壁,丁酸盐通过上调紧密连接蛋白claudin-1来保护肠道屏障功能从而防止脂多糖穿过屏障。

患有炎症性肠病的个体粪便短链脂肪酸水平较低,伴随着厚壁菌门拟杆菌门的减少。

• 为结肠细胞提供能量

丁酸盐是结肠细胞主要能量来源,结肠细胞是构成肠道内壁的细胞。与身体中使用糖(葡萄糖)作为主要能量来源的大多数其他细胞不同,肠道内壁细胞(结肠细胞)主要使用丁酸盐。如果没有丁酸盐,这些细胞就无法正确执行其功能。

• 抗炎、抗癌特性

丁酸盐也是一种组蛋白脱乙酰酶抑制剂(HDAC抑制剂),通过诱导细胞凋亡(细胞自然死亡)来帮助预防结肠癌癌症并发症,并在上皮细胞的氧消耗中发挥重要作用,氧气的平衡状态可以防止生态失调

丁酸盐的抗炎特性,部分原因是其抑制核转录因子(NF-κB)的激活,通过下调NF-κB信号通路,丁酸盐可以调节促炎细胞因子的产生。

• 影响宿主食欲,调节体重

乙酸盐通过刺激生长素释放肽的分泌来降低食欲。与此相一致的是,丙酸盐喂养会诱导脑干、下丘脑和脊髓的背侧迷走神经复合体中FOS(fos原癌基因,AP-1 转录因子亚基)的表达,这引发了一个问题,即短链脂肪酸诱导的外周感觉神经元活动的刺激是否可以介导对宿主饮食行为的影响。

• 短链脂肪酸的其他生理功能

短链脂肪酸调节体内的其他几种生理功能,例如中枢神经系统中小胶质细胞的成熟和功能血清素GABA和多巴胺产生的信号向神经元的传输,以及结肠中阴离子的分泌。后者是由于刺激结肠中的烟碱类Ach受体,导致Ach产生增加,并刺激杯状细胞分泌更多粘液

在免疫细胞中,短链脂肪酸调节T细胞的分化。在肠内分泌细胞中,短链脂肪酸刺激肠道激素的释放胆汁盐与短链脂肪酸结合,在肠肝循环中发挥着不可或缺的作用,在神经元通路中枢神经系统信号传导的调节中同样重要。

肠道微生物群产生的短链脂肪酸通过血管转运至大脑,调节神经元小胶质细胞星形胶质细胞的功能,并影响血脑屏障

微生物产生的短链脂肪酸在微生物群-肠-脑轴通讯保护肠道屏障炎症反应中发挥着关键作用。特别需要注意的是,过量的短链脂肪酸缺乏短链脂肪酸对人体健康都是不利的。例如丁酸并不总是越多越好,低浓度丁酸促进细胞增殖和生长,高浓度丁酸反而抑制细胞增殖和生长增加肠道的通透性

▸ 调整短链脂肪酸水平的方法

补充直接含有短链脂肪酸的食物:主要来源是乳制品,黄油等,其中含有丁酸盐。例如,黄油大约含有3%至4%的丁酸。这听起来可能不多,但它比大多数其他食物都多。

通过菌群调节增加短链脂肪酸的食物:大量富含纤维抗性淀粉类的食物,例如水果、蔬菜和豆类,与短链脂肪酸的增加有关。

以下类型的食物最适合在结肠中产生短链脂肪酸:菊粉、低聚果糖、抗性淀粉、果胶、阿拉伯木聚糖、阿拉伯半乳聚糖

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脂多糖

脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁外壁的组成成分,是由脂质多糖构成的物质(糖脂质)。

脂多糖是一种内毒素(Endotoxin),当其作用于人类或动物等其他生物细胞时,就会表现出多种的生物活性。脂多糖的生理作用主要是通过存在于宿主细胞的细胞膜表面Toll样受体(TLR4)而体现的。

▸ 脂多糖含量过高的危害

然而,高浓度的脂多糖在人体内可能会引发一系列潜在危害不良影响

引发炎症:在血液中,脂多糖单核细胞、树突细胞、巨噬细胞和B细胞(这些都是白细胞)结合,并引导它们产生转录因子NF-κB和AP-1。然后,这些转录因子,刺激炎症细胞因子TNF-a、IL-1b、IL-6的产生。

脂多糖还可以增加一氧化氮,超氧化物(一种自由基)和类二十烷酸(增加炎症的脂肪分解产物,如PGE2)的产生。

内毒素作用:脂多糖中的脂蛋白部分即内毒素,具有毒性作用,如果血液中的脂多糖水平过高,还会引发脓毒血症,这是一种致命的毒素反应,可造成发热、组织功能损伤器官衰竭甚至死亡

因此,要注意控制脂多糖含量,避免过高的脂多糖摄入,保持身体的免疫平衡和健康状态,有助于预防上述危害的发生。及时监测和调节脂多糖水平,是维护身体健康的重要措施。

▸ 降低脂多糖水平的方法

首先,低密度脂蛋白胆固醇LDL可以和他结合,通过新的表位来降低脂多糖

其次,研究显示,在小鼠中,益生菌双歧杆菌,可以通过改善肠道屏障功能,来降低LPS水平。即补充益生元和益生菌,有助于矫正肠道菌群失衡。最常用的益生菌,乳酸杆菌属和双歧杆菌属,是革兰氏阳性菌,因此不含LPS。

最后,许多植物营养素,如槲皮素小檗碱,都通过作用于肠壁的紧密连接,来抑制肠道对内毒素的吸收。乙酰胆碱刺激迷走神经,可降低巨噬细胞中炎症细胞因子(TNF-a、IL-6等)的释放。

除此之外,Omega-3脂肪酸乳铁蛋白,也有助于降低LPS的产生,适当的运动也是有益的。


次级胆汁酸

在肠道中,结合的初级胆汁酸受微生物群作用并转化为次级胆汁酸,从而进一步增加胆汁酸库的多样性和整体疏水性。

主要通过胆汁酸水解酶进行的微生物去结合是肠道环境中微生物进一步修饰胆汁酸的关键一步。

胆汁酸水解酶编码基因已在各种肠道微生物中检测到并表征,包括双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳杆菌(Lactobacillus)、肠球菌(Enterococcus)、梭菌(Clostridium)、拟杆菌(Bacteroides)等。

▸ 次级胆汁酸的作用

影响脂肪、胆固醇的消化吸收:次级胆汁酸在肠道中有助于脂肪的消化和吸收。它们可以促进脂肪乳化和吸收,帮助机体获取必要的营养。

次级胆汁酸还在胆固醇代谢中起着重要作用。它们参与胆固醇的代谢和排泄,有助于维持胆固醇的平衡

影响肠道菌群的结构、多样性:胆汁酸是生物群丰度多样性代谢活性的重要决定因素。在人体中,牛磺-β-鼠胆酸牛磺酸胆酸对多种微生物的发展至关重要。

研究发现小鼠肠道微生物群落过度增殖和细菌易位,通过使用口服胆汁酸,以诱导法尼醇X受体激活,从而抑制细菌过度生长

肠道微生物群胆汁酸之间存在双向相互作用。肠道微生物群可以调节胆汁酸的合成和代谢,相反,胆汁酸可以改变肠道菌群的组成

调节肝胆功能:次级胆汁酸可以影响胆囊的收缩胆汁的排放调节胆囊功能,维持胆汁的正常分泌和排泄。

次级胆汁酸还有助于肝脏代谢废物及药物,还可以刺激肝细胞的再生,有利于肝脏功能的恢复。

影响肠道屏障功能、调节免疫:微生物群和胆汁酸之间的相互作用会影响肠道屏障功能的维持,调节先天免疫和适应性免疫,并调节定植抵抗力

胆汁酸也限制炎症小体的激活。FXR和SHP通过与NLRP3炎症小体和胱天蛋白酶-1的物理相互作用来抑制炎症小体的组装,而TGR5环磷酸腺苷(cAMP)途径的激活通过诱导其泛素化来阻断NLRP3炎性小体的激活,这最终限制白细胞介素-1β白细胞介素-18的产生。

▸ 次级胆汁酸含量过高的危害

胆汁反流:次级胆汁酸过高可能导致胆汁反流,即胆汁逆流到胃或食管中,引起胃灼热、食管炎等消化道问题。

胆囊结石、肝脏损伤:过高的次级胆汁酸水平可能导致胆囊内胆固醇结晶形成,增加胆囊结石的风险,引起胆囊疾病和疼痛

过量的次级胆汁酸可能对肝脏产生负担,导致肝脏功能异常,容易形成肝硬化,还可能会导致肝炎的出现。

消化问题:高水平的次级胆汁酸可能干扰消化系统的正常功能,导致消化不良、腹泻等问题。

免疫系统异常:异常的次级胆汁酸水平可能影响免疫系统的平衡,导致免疫功能异常,增加感染和疾病的风险。

▸ 降低次级胆汁酸水平的方法

饮食调整:胆汁酸高的患者在饮食上应注意清淡,减少摄入高胆固醇高脂肪食物和辛辣的食物,以减少胆汁酸的产生。增加膳食纤维摄入,有助于降低次级胆汁酸的含量。

药物治疗:医生可能会考虑使用胆汁酸螯合剂来帮助降低体内次级胆汁酸的含量。这些药物可以帮助排出多余的胆汁酸,从而减少其在体内的积累

控制体重:肥胖会增加肝脏负担,导致脂肪肝等肝病,进而影响胆汁酸的代谢。通过合理饮食和适度运动,保持健康的体重,一定程度上可以达到降低总胆汁酸的效果。

治疗原发病:某些肝脏疾病,如肝炎、肝硬化等,可能会导致总胆汁酸升高。建议在医生指导下积极治疗原发病,如服用复方甘草酸苷片消炎利胆片等药物,可以降低总胆汁酸

▸ 次级胆汁酸含量过低的危害

消化问题、营养不良:次级胆汁酸的不足可能导致脂肪的消化和吸收受阻,影响脂肪和脂溶性维生素的吸收,可能导致营养不良。

增加脂肪肝风险:次级胆汁酸不足可能影响胆固醇的代谢和排泄,导致胆固醇积聚在体内增加动脉粥样硬化等心血管疾病的风险。

次级胆汁酸不足还会增加脂肪肝的风险,影响肝脏功能和健康

胆汁淤积:次级胆汁酸含量过少时,可能影响胆汁的流动性排泄功能,导致胆汁在胆道中积聚和凝结,从而增加胆汁淤积的风险。

此外,次级胆汁酸的不足也可能影响胆汁的化学成分和性质,使其更容易形成胆固醇结晶或胆结石,进一步加剧胆汁淤积的情况。

▸ 提高次级胆汁酸水平的方法

饮食调整:增加摄入富含胆汁酸的食物,如动物肝脏、蛋黄、牛奶奶制品等。此外,适量摄入脂肪和胆固醇也有助于促进胆汁酸的合成。

药物治疗:医生可能会考虑使用胆汁酸补充剂来增加体内次级胆汁酸的含量。包括亮菌甲素(胆汁分泌促进剂)、去氢胆酸、抑氨酚、利胆醇(苯丙醇)、鹅去氧胆酸、胆宁等等。这些补充剂可以帮助增加胆汁酸的合成和释放,从而提高其含量。

营养补充:一些营养素如维生素B12叶酸被认为对胆汁酸的合成有益,可以通过补充来帮助提高次级胆汁酸的含量

适当运动:适量的体育锻炼有助于促进胆汁分泌。有氧运动,如快走、跑步、跳舞,能够提高胆囊收缩力和肠蠕动,促进胆汁分泌与排泄。

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肠道微生物群对胆汁酸代谢和信号传导影响的最新研究成果


对甲酚(p-Cresol)

对甲酚(p-Cresol)是人体肠道菌群的代谢产物之一,可由肠道中的一些厌氧菌代谢食物中的特定化合物如酪氨酸产生。因分子量极小极易通过肠道屏障和血脑屏障

目前人类肠道菌群中至少有55种细菌可以产生“对甲酚”,包括双歧杆菌科肠杆菌科Coriobacteriae、拟杆菌科、梭杆菌科乳杆菌科梭状芽孢杆菌科等。

▸ 对甲酚含量过高的危害

虽然对甲酚是人体肠道菌群的代谢产物,但过多的对甲酚在肠道内积聚可能对人体健康产生不利影响

可能导致孤独症:目前已在孤独症患者的血、尿、粪便样本中发现对甲酚和对乙酚水平明显异常升高,并发现孤独症患者的重复刻板行为交流与认知障碍症状的加重与尿液中对甲酚升高密切相关。

器官损伤:对甲酚在一定浓度下可能对肠道黏膜有刺激作用影响肠道的正常功能。此外,高浓度的对甲酚也可能对肾脏和其他器官产生毒性影响

神经损伤:对甲酚极易穿过血脑屏障,过量的对甲酚可能对中枢神经系统产生影响,引起头晕、头痛、恶心、呕吐等神经系统症状。长期暴露还可能导致神经系统损伤功能障碍

其他问题:过量的甲酚还会导致便秘,以及可能对呼吸系统、循环系统、免疫系统等产生影响,引起呼吸困难心血管问题免疫功能异常等。

一些研究表明,高浓度的甲酚还可能对人体具有致癌作用,增加患结直肠癌的风险。

▸ 降低对甲酚水平的方法

增加膳食纤维摄入有助于促进肠道蠕动,减少有害代谢产物的积累摄入益生菌和益生元可以减少有害菌的生长,降低对甲酚的产生。适量摄入蛋白质,避免过度摄入。此外过度加热食物可能会破坏其中营养成分增加有害代谢物产生。


吲哚

内源性吲哚及其衍生物是来源于肠道菌群的色氨酸代谢物,具有一系列生物活性。

吲哚衍生物可以影响胃肠道的蠕动,会影响便秘或腹泻等状况;吲哚及其衍生物已被证明可以加强肠道屏障功能,有助于防止病原体有害物质进入血液。

最近的研究表明,吲哚主要通过激活AhR和PXR受体来发挥抗炎活性,从而影响免疫系统的功能,显著改善肠道健康(炎症性肠病、出血性结肠炎、癌症结直肠癌),并进一步促进人类健康(糖尿病、中枢系统炎症和血管调节)。

吲哚在人体内可以作为一种信号分子,参与调节细胞生长分化和凋亡等生物学过程。吲哚还可能对神经系统产生影响,包括调节神经传导神经元活性神经递质释放等。吲哚在神经系统中的作用与情绪调节认知功能等有关。

吲哚还具有一定的抗氧化性质,可以帮助清除自由基减轻氧化应激对细胞的损伤。吲哚可能在一定程度上保护细胞免受氧化损伤的影响。

▸ 吲哚含量过高的危害

尽管吲哚对于改善肠道甚至全身疾病至关重要,但过高的吲哚含量可能对健康造成一些危害,包括但不限于以下几个方面:

影响情绪:越来越多的证据表明吲哚和吲哚化合物对大脑代谢生理宿主行为有影响。在拥有产生吲哚的大肠杆菌的大鼠中,吲哚的慢性过量产生已被证明会增强焦虑样行为和抑郁

导致肠道损伤:硫酸吲哚酚(IS)是吲哚的衍生物之一,而过量的硫酸吲哚酚会诱导肠上皮细胞(IEC)损伤。在IEC-6细胞中,硫酸吲哚酚处理可显著增加TNF-α的释放、环氧合酶-2和诱导型一氧化氮合酶的产生以及硝基酪氨酸的合成,表明肠上皮细胞是硫酸吲哚酚诱导的肠道炎症的靶点。

与硫酸吲哚酚一起培养的结肠显示出收缩性降低,这表明该毒素可能对结肠平滑肌细胞产生有害影响并导致肠道蠕动受损

影响神经系统:其次,硫酸吲哚酚可损伤神经元神经干细胞损害神经营养因子和神经递质诱发氧化应激神经炎症。例如,通过作用于中枢神经系统胶质细胞,硫酸吲哚酚促进神经炎症并表现出促炎作用

与肾病相关:并且强有力的证据表明,硫酸吲哚酚在肾功能不全的情况下积累时是有害的。硫酸吲哚酚会损害近端肾小管细胞诱导炎症和纤维化发展。肾脏通过肾小管分泌实现硫酸吲哚酚的高清除率,而硫酸吲哚酚与血浆蛋白结合超过90%,受到蛋白结合的限制,并且血液透析患者的血浆水平相对较高,这也表明与肾脏疾病密切相关。

免疫抑制:吲哚含量可能影响免疫细胞的活性和功能。高浓度的吲哚可能抑制免疫细胞的功能,如抑制T细胞的活性影响免疫细胞的增殖和分化等,从而降低机体对病原体的抵抗能力

▸ 降低吲哚水平的方法

放松身心:高度紧张和某些精神疾病会导致体内吲哚水平过高,多洗热水澡,调节好神经和心理,改善睡眠有助于降低吲哚水平。

食用发酵食品:通过对14名健康男性进行随机交叉研究设计,探讨了发酵乳制品对人类血清代谢组的影响。与牛奶组相比,酸奶摄入组餐后血中吲哚-3-丙酸吲哚乙酸浓度较低

同样,C反应蛋白水平轻度升高的健康超重男性在接受抗炎膳食混合物后,饮用500mL餐后奶昔(由300mL蛋奶冻、150mL奶油干酪和50mL鲜奶油组成)。受试者在后期表现出吲哚-3-丙酸血浆浓度降低

使用药物:一些药物可能影响吲哚类物质的生成。例如,一些抗生素非甾体抗炎药物被发现可以改变肠道微生物群的组成和功能,从而影响吲哚类物质的生成

此外,一些药物可能直接干扰色氨酸代谢途径,从而影响吲哚类物质的生成。

减少高蛋白饮食:吲哚是蛋白质的代谢产物,减少高蛋白饮食,尤其是富含色氨酸的食物,有助于降低体内的吲哚含量

▸ 吲哚含量过低的危害

免疫失调:吲哚在一定浓度下可以调节免疫系统的功能,过低的吲哚含量可能导致免疫系统功能下降增加感染、致病菌定植、炎症的风险。

神经系统问题:吲哚在神经系统中具有调节作用,过低的吲哚含量可能影响神经传导神经递质释放等,导致神经系统功能异常,如情绪不稳定认知功能下降等问题。

代谢紊乱、抗氧化能力下降:吲哚在人体内参与多种代谢过程,过低的吲哚含量可能导致代谢紊乱,影响体内物质的合成和代谢平衡。

吲哚具有一定的抗氧化性质,过低的吲哚含量可能导致机体抗氧化能力下降,增加氧化应激对细胞的损伤风险。

▸提高吲哚水平的方法

补充益生菌、益生元:临床试验表明,益生菌可以抵消肠道微生物失衡造成的负面影响,并可导致吲哚产生属及其衍生物的富集,如乳杆菌(Lactobacillus)。

益生元(包括菊粉和低聚半乳糖)已被证明可以显著提高产生吲哚的益生菌(例如双歧杆菌和乳酸杆菌)的丰度。在对肠道微生物失衡进行一定纠正后,吲哚作为具有调节作用的配体,对炎症反应具有抑制作用

调节饮食:肠道微生物通过色氨酸调节吲哚水平。色氨酸是人体必需氨基酸之一,需要完全依赖饮食摄入

以下是一些富含色氨酸的常见食物:肉类(牛肉、猪肉、鸡肉、火鸡)、鱼类(鳕鱼、鲑鱼、金枪鱼)、贝类(蛤蜊、扇贝)、蛋(鸡蛋、鸭蛋)、豆类(大豆、黑豆、红豆)、奶制品(牛奶、乳制品)。菠菜、花椰菜、蘑菇、芝麻、松子、香蕉、菠萝、樱桃、草莓、蓝莓。燕麦、大麦、小麦、黑米、糙米。核桃、杏仁、腰果、葵花子、南瓜子、亚麻籽。

粪菌移植:通过粪菌移植(FMT)将产生吲哚的益生菌(乳酸杆菌、双歧杆菌等)移植到患者的肠道中,可以改善肠道微生物群。据观察,肠道中产生吲哚的微生物群的丰度增加吲哚及其衍生物的水平受到间接影响。

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吲哚及其衍生物:连接肠道炎症与神经健康的隐秘调节剂


苯酚

苯酚(Phenol)是一种常见的有机化合物,也是人体肠道微生物的代谢产物之一。在人体的肠道中,肠道微生物通过代谢食物中的复杂碳水化合物蛋白质等产生苯酚。苯酚的生成通常是通过肠道微生物对酪氨酸(一种氨基酸)的代谢产生的。

苯酚在人体内具有一定的生理作用,苯酚在肠道内可以被吸收到血液循环中,进而影响全身的代谢生理功能

抗氧化作用:苯酚具有一定的抗氧化性质,可以帮助清除体内的自由基减少氧化应激对细胞的损伤,有助于维护细胞健康

免疫调节:苯酚可能对免疫系统产生一定调节作用,有助于平衡免疫反应,调节免疫细胞的活性,提高机体的抵抗力

维护肠道健康:适量的苯酚可以促进肠道微生物的平衡,维持肠道健康,有利于消化吸收和排泄功能的正常进行。

▸ 苯酚含量过高的危害

过高的苯酚含量可能对健康产生不利影响。过高的苯酚含量可能导致肠道菌群失衡肠道炎症毒素积累等问题,从而影响整体健康。

肠道健康问题:过高的苯酚含量可能导致肠道微生物失衡,影响肠道菌群的稳定性,进而引发肠道炎症肠道细菌感染等肠道健康问题。

毒性作用:苯酚具有一定的毒性,过高的苯酚含量可能对肠道黏膜和组织造成损害,导致肠道溃疡出血等严重问题。

神经系统问题:苯酚可能穿过血脑屏障影响神经系统功能,过高的苯酚含量可能导致神经系统问题,如头晕、头痛、神经炎症等。

代谢紊乱、肝脏负担增加:过高的苯酚含量会影响人体的代谢平衡,导致代谢紊乱,影响体内物质的合成和代谢过程。

苯酚在体内主要通过肝脏代谢,过高的苯酚含量会增加肝脏的负担,可能导致肝脏损伤功能异常

免疫系统问题:过高的苯酚含量可能影响免疫系统的功能,导致免疫调节失衡增加感染和炎症的风险。

▸ 降低苯酚水平的方法

增加膳食纤维摄入,促进肠道健康减少苯酚产生。多摄入新鲜水果和蔬菜等富含维生素和矿物质,适量控制蛋白质摄入避免添加剂和防腐剂的加工食品。增加饮食多样化


腐胺

肠道微生物可从鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸组氨酸等氨基酸前体产生腐胺、胍胺、尸胺、酪胺组胺等多胺。

腐胺具有一定的生理作用,如调节肠道运动,但是高浓度的腐胺可能与肠炎癌症神经退行性疾病的发展有关。

▸ 腐胺含量过高的危害

臭味问题:腐胺是一种具有刺鼻臭味的化合物,其在胃肠道中含量过高可能导致口臭等问题,影响个人的生活质量。

导致胃肠道疾病:高浓度的腐胺会对人体产生毒性作用,影响肠道黏膜的健康,导致肠道炎症肠道通透性增加。从而易患结肠炎、炎症性肠病、结直肠癌

致癌风险:一些研究表明,腐胺被认为是潜在的致癌物质,过高的腐胺含量可能通过诱发DNA损伤促进细胞增殖影响基因表达等途径参与致癌过程。

影响认知功能:过高的含量可能导致神经系统问题,如情绪不稳定认知功能下降等。

▸ 调整腐胺水平的方法

腐胺主要来自于肠道菌群代谢转化,发酵食品,如豆腐、豆酱、酸奶奶酪,以及高蛋白特别是动物蛋白加工肉类以及硝酸盐含量高的食物会促进腐胺转化。

想要降低体内腐胺水平,需要减少高蛋白摄入,适量控制动物蛋白摄入量,减少发酵食品以及高硝酸盐食物如加工肉类、腌制食品等,增加膳食纤维摄入,新鲜水果和蔬菜富维生素和矿物质有助于维持肠道菌群平衡减少腐胺转化


硫化氢

硫化氢(H2S)是蛋氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸通过一些肠道微生物(如沙门氏菌、埃希氏菌、梭杆菌等)发酵产生的一种微生物代谢物。H2S也来源于无机硫酸盐和亚硫酸盐添加剂的还原,以及肠道磺胺类物质的分解代谢。

越来越多的研究发现它在哺乳动物体内广泛存在,微生物产生的H2S可能反过来塑造肠道微生物群落本身的组成。这对宿主的健康有很多影响,包括帮助训练和调节免疫系统,而且具有重要的细胞保护作用。它已经称为继一氧化氮和一氧化碳之后,被发现的第3种气体信号分子,具有舒张血管调节血压等多种生理功能。其代谢异常与心脏病高血压等多种心血管疾病有关。

▸ 硫化氢浓度过高的危害

虽然硫化氢在一定程度上也具有抗菌作用,但过量的硫化氢对人体健康可能造成负面影响

中枢神经系统损害:硫化氢在高浓度下可能对神经元产生毒性作用,导致神经元损伤神经元死亡,还会影响血脑屏障的功能,使得有害物质更容易进入大脑,从而引发神经系统疾病(如帕金森病阿尔茨海默病)。

胃肠道疾病:高浓度的硫化氢会引发肠道阻塞、炎症反应,以及可以使覆盖在肠道上的保护性黏液层变性,出现黏膜损伤等问题。此外,一些研究还发现高水平的肠道内硫化氢与某些疾病如慢性炎症性肠病、结直肠癌等相关联。

胃胀气:硫化氢作为一种气体,如果在肠道中积累过多,可能会引起胃肠道胀气

影响消化功能:硫化氢可抑制胃酸分泌,影响消化酶活性,导致消化不良、腹胀和腹泻。硫化氢还可能影响肝脏功能,导致转氨酶升高、出现黄疽等症状。

▸ 降低硫化氢水平的方法

减少高硫蛋白食物的摄入,比如蛋类、肉类、鱼类以及大豆制品等。多摄入富含维生素B6的食物,如香蕉等,此外高纤维食物也可减少硫化氢的转化产生。

扩展阅读:

肠道气体带来什么影响,饮食如何对其产生作用?

结 语

谷禾肠道菌群检测基于大规模匹配血清代谢组肠道菌群检测,构建了基于肠道菌群的神经递质菌群代谢物评估。通过上文对各项指标的解读,我们可以了解其具体意义,以及对健康的影响机制。借助肠道菌群这一重要工具,让我们可以探知自身的情绪、神经系统以及免疫和重要代谢毒素的变化与异常。

此外通过调整肠道微生物群落的结构,可以影响神经递质的水平,调节免疫系统的功能,改善肠道黏膜屏障的完整性,从而减少炎症反应,改善疾病症状。因此,我们可以借此进行更加个性化和有效的干预。

主要参考文献

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兴奋神经递质——谷氨酸与大脑健康

谷禾健康

关于谷氨酸

谷氨酸是一种多功能氨基酸,它处于多种代谢途径的十字路口不仅参与消化系统和免疫系统,还与大脑健康密切相关。

谷氨酸是大脑中最丰富的游离氨基酸,也是大脑主要的兴奋性神经递质。它可以帮助我们说话、处理信息、思考、运动、学习新事物、存储新知识和集中注意力学习等。

学习和记忆是脑的高级功能,是一个相当复杂的生理过程,其神经生物学基础是突触可塑性。突触的传递是谷氨酸及其受体实现的。

谷氨酸也是γ-氨基丁酸(GABA)的前体,γ-氨基丁酸是脑内普遍存在的抑制性神经递质,这二者之间的平衡对于我们大脑健康非常重要(下次我们专门讲)。

很早以前人们就已经知道,谷氨酸广泛存在于人体各组织和食物以及母乳,这凸显了谷氨酸对人类成长中脑和躯体发育的重要性;但直至20世纪80年代,谷氨酸在中枢神经系统(CNS)和大脑内的作用才得到认识。在过去的30年中,越来越多的研究进展已揭示了谷氨酸及其受体神经退行性疾病疾病(阿尔茨海默氏症、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症、癫痫、帕金森等)以及肠道疾病如克罗恩病 (CD) 和溃疡性结肠炎 (UC)的病因中起核心作用。

根据区域的不同,每公斤脑组织含有 5-15 mmol 谷氨酸,比其他任何氨基酸都多。因此,谷氨酸应该在正确的时间、正确的位置以正确的浓度存在。

细胞应该对谷氨酸有正确的敏感性,并且有足够的能量来承受正常的刺激,并且应该以适当的速率从正确的位置去除谷氨酸。谷氨酸过多和谷氨酸过少都是有害的

海马中靠近血管的突触周围的谷氨酸转运蛋白分布示意图

Zhou Y and Danbolt NC. J Neural Transm. 2014

四个谷氨酸能神经末梢 ( T ) 显示在树突棘 ( S ) 上形成突触。指示星形胶质细胞分支 ( G )。请注意星形胶质细胞的 EAAT2(红点)和 EAAT1(蓝点)的密度非常高。

随着工业水平的发展和人类口味的发展,越来越多的谷氨酸衍生物添加到许多食物中,以赋予“鲜味”味道。鲜味感知分布在人类口腔和胃肠道中的多个受体系统,这些系统激活大脑中涉及不同功能的多个区域,从食物识别到与特定食物相关的情感价值的形成,进而影响食欲和情感等

加工食品是游离谷氨酸的最大来源。因此目前谷氨酸过量带来的神经毒性不容忽视。一些研究将味精以及谷氨酸衍生添加剂与体重增加、麻木/刺痛、虚弱、高血压、哮喘发作、胃肠道问题、代谢综合征和敏感人群的短期副作用联系起来。

现在强有力的证据表明肠道微生物产生神经活性分子,如神经递质(即去甲肾上腺素、多巴胺、血清素、GABA 和谷氨酸)和代谢物(即,色氨酸代谢物,短链脂肪酸等)维持宿主和细菌之间跨界跨区域交流谷氨酸代表了在这种跨界交流中活跃的众多神经活性分子之一。

在我们的检测实践中,也发现在精神科病人或存在精神症状的人群中,谷氨酸指标异常。

这些表明谷氨酸以及肠道菌群的异常与大脑健康问题存在关联,它们之间的因果及其发病机制还需更大和更精细的研究和临床探索,但是至少我们可以看到谷氨酸及其与肠道菌群和精神健康方面不可忽视的关联。

本文主要讨论谷氨酸是什么,对人体的健康益处和影响,通过食物或生活方式如何改善谷氨酸缺乏或中毒症,以及共同探讨通过传统药理学方法以及使用产生神经活性分子的益生菌作为治疗神经胃肠道和/ 或精神疾病以及相关的中枢神经系统疾病,如焦虑和抑郁。

什么是谷氨酸,为什么如此重要?

谷氨酸(Glutamic acid), 化学构成为2-氨基-5羟基戊酸,作为一种非必需氨基酸,但却是人体最丰富的氨基酸,广泛存在与大脑和肌肉中,是谷氨酰胺,脯氨酸以及精氨酸的前体。

谷氨酸也被定义为功能性氨基酸,意味着其可以调节关键代谢途径以改善动物和人类的健康、生长、发育和繁殖。这个将我们的视野扩展到营养必需或非必需氨基酸的营养范式之外。

在哺乳动物的中枢神经系统中,由于与特定受体的相互作用,谷氨酸充当重要的兴奋性神经递质。此外,谷氨酸还在细胞能量产生和蛋白质合成,免疫功能中发挥重要作用 。

谷氨酸为什么重要:

化学信使:谷氨酸将信息从一个神经细胞传递到另一个神经细胞。

脑细胞的能量来源:当细胞的主要能量来源葡萄糖储备低时,可以使用谷氨酸。

学习和记忆的调节:谷氨酸有助于随着时间的推移增强或减弱神经元之间的信号,以塑造学习和记忆。

疼痛传递器:较高水平的谷氨酸与增加的疼痛感有关。

睡眠和清醒介质:大鼠模型研究表明,当我们清醒或快速眼动 (REM) 睡眠期间,谷氨酸水平最高。丘脑是个例外,在非快速眼动睡眠期间谷氨酸水平最高。

谷氨酸过多过少都有影响:

谷氨酸是所谓的兴奋性神经递质。它的作用很像兴奋剂,就像咖啡一样。太多会导致问题,但太少也不好

如果谷氨酸太少,我们无法对进入大脑的刺激做出快速反应,无法很好地记住事物难以集中注意力,学习会更加困难。

过多的谷氨酸会导致兴奋性毒性,从而破坏神经元。由于谷氨酸是神经元的兴奋剂,过多会导致神经元过度激活并死亡

如果高水平不受控制,这种神经递质会过度刺激细胞,一直到它们采取剧烈行动自杀以保护周围的细胞。

我们体内的细胞一直在死亡,其中大部分是可以被替换的。然而,谷氨酸导致自杀的神经元,大脑无法制造新的来代替,因此保持它们的健康和安全很重要。

谷氨酸作为兴奋性毒素的作用,与多种神经退行性疾病有关,例如多发性硬化症、 阿尔茨海默病和肌萎缩性侧索硬化症(ALS 或 Lou Gherig 病)。谷氨酸失调也被认为是纤维肌痛和慢性疲劳综合征的原因之一。

结合和游离谷氨酸

两种形式的谷氨酸,结合的和游离的,是显着不同的

谷氨酸的结合形式存在于完整的蛋白质来源中。结合谷氨酸是天然存在于未加工食品中的氨基酸形式,尤其是蛋白质含量高的食品。它与其他氨基酸结合,当你吃它时,它通常被缓慢消化和吸收,并能够精确调节你摄入的量。这种形式的谷氨酸很少有任何敏感性。因为多余的量可以简单地通过废物排出,以防止毒性。

蛋白质中的谷氨酸

在蛋白质中,谷氨酸提供负电荷,这可能对稳定蛋白质结构很重要。例如,涉及谷氨酰残基的离子对于稳定转录因子 GCN4 的亮氨酸拉链结构很重要。带电荷的残基,例如谷氨酸,经常出现在球状蛋白质的外表面。表面上极性残基的重要性,很容易通过血红蛋白 (HbS) β 链 6 位上的谷氨酸 → 缬氨酸突变的破坏性影响来证明,从而在具有这种突变的杂合子和镰状细胞中产生镰状细胞性状纯合子个体的疾病。

脱氧血红蛋白在 EF 连接处有一个疏水口袋(phe B85,leu B88)。表面上允许谷氨酸,因为它在能量上不利于它与疏水袋相互作用,因此脱氧 HbA 保持可溶性。然而,在 HbS 中取代它的缬氨酰残基从表面突出并很容易嵌入疏水袋中,导致 HbS 分子粘在一起,导致长而僵硬的纤维扭曲红细胞。

谷氨酸不仅在合成蛋白质时掺入蛋白质中,而且可以在合成后作为翻译后修饰以聚谷氨酰尾的形式添加。例如,微管蛋白的多谷氨酰化被认为会影响其与其他蛋白质的相互作用,例如微管相关蛋白 (MAP) 和分子马达。

在蛋白质中,谷氨酸与阳离子的结合相当弱,但它对钙的亲和力可以通过维生素 K 依赖性 (VKD) 羧化作用大大增加,这种羧化作用在翻译后将 γ-羧化谷氨酰残基 (gla) 引入蛋白质中。

所有 VKD 蛋白都含有一个同源氨基酸序列,该序列将蛋白靶向羧化酶。羧化发生在“gla 结构域”内的多个谷氨酸残基上。VKD 蛋白包括许多参与止血的蛋白:凝血酶原和因子 VII、IX 和 X。其他 VKD 蛋白参与骨形态发生(骨 gla 蛋白和基质 gla 蛋白)。

VKD 羧化酶功能的抑制对于基于香豆素的抗凝治疗至关重要,因为 4-OH 香豆素类似物会抑制维生素 K 环氧化物还原酶 (VKOR),该酶将维生素 K 环氧化物重新转化为还原的维生素 K.

这些研究清楚地说明了谷氨酸残基在蛋白质中所起的关键作用之一,包括它们的翻译后修饰。

另一方面,游离谷氨酸是吸收更快的修饰形式。谷氨酸敏感性在游离形式中更为常见。游离谷氨酸不与其他氨基酸结合,更快地被吸收到您的系统中。这种快速吸收率会导致血液中谷氨酸水平的峰值。

一些天然食物来源含有游离谷氨酸,但最成问题的来源之一是加工和包装食品。谷氨酸钠 (MSG) 形式的谷氨酸在这些产品中用作防腐剂和增味剂。这种形式存在于一些完整/未加工的食品中,但在许多超加工和包装食品中更为常见。

多年来,味精一直被用来给食物调味,尤其是汤、薯条和某些类型的亚洲食物。一些吃很多这些食物的人在进食后会出现症状。

谷氨酸:营养和新陈代谢

谷氨酸被归类为非必需氨基酸,这意味着它可以在体内以足够的数量合成。事实上,它必须在体内合成。这是对各种动物肠道进行仔细平衡研究的结果,结果表明膳食谷氨酸几乎在肠道内定量代谢,主要是通过肠细胞

这首先由 Windmueller 和 Spaeth 在1975 -1980年间使用灌注的大鼠肠道以及在大鼠体内进行了展示。随后,对仔猪、早产儿和成年人的研究表明,膳食谷氨酸被肠道广泛代谢。

1993年后,Matthews 和Battezzati 等在人群中做了临床实验,表明大部分的肠内谷氨酸可以通过代谢排出。事实上,膳食谷氨酸是一种重要的代谢燃料,其中大部分被完全氧化为 CO2。对仔猪的详细研究表明,只有小部分的肠内谷氨酸出现在门静脉血中。

在肠内喂养的早产人类婴儿中,大约 74% 的谷氨酸在第一次通过肠道时被去除。肠道谷氨酸代谢的后果之一是血浆谷氨酸水平不受膳食谷氨酸的特别影响。事实上,健康人循环中的谷氨酸盐严格维持在相当低的浓度。

谷氨酸的肠道代谢有一个非常重要的后果:身体的大部分谷氨酸需要内源性合成。谷氨酸可以以两种不同的方式合成。

  • 首先,它可以通过谷氨酸脱氢酶或多种转氨酶从α-酮戊二酸合成。
  • 其次,谷氨酸可以由其他氨基酸合成;氨基酸的“谷氨酸家族”包括谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸和组氨酸。

哪些食物含有谷氨酸?

天然富含谷氨酸的食物通常(但不总是)富含蛋白质,包括:

肉、家禽、奶酪、蛋、蘑菇、酱油、番茄、葡萄、鱼露、西兰花、豌豆、核桃、骨汤…

谷氨酸和谷氨酰胺的区别

谷氨酸很容易与谷氨酰胺混淆,谷氨酰胺是体内富含的另一种重要氨基酸。

两者的化学结构略有不同;谷氨酰胺具有氨 (-NH3) 基团,而不是羟基 (-OH) 基团。

谷氨酰胺

是一种非必需氨基酸(蛋白质的组成部分)。它存在于植物和动物蛋白中。一般在肌肉中大量制造,它是体内最丰富的氨基酸。谷氨酰胺有助于肠道功能、大脑功能、免疫系统、氨基酸产生和压力。

压力和某些药物会消耗它,肌肉萎缩是常见的结果。在身体需要氮的地方(例如,在口修复中),其中三分之一来自谷氨酰胺。

谷氨酰胺有助于“治愈”肠道。它可以修复肠壁中受损的细胞,也是肠道内免疫球蛋白产生和免疫系统的重要氨基酸来源

谷氨酸

谷氨酸也是一种非必需氨基酸。它可以通过多种方式进入人体,例如,以蛋白质或味精、谷氨酸钠的形式。它可以完整或以结合形式提供。

但在体内,它也可以作为多种化合物的分解产物——比如来自谷氨酰胺,也来自叶酸和葡萄糖。谷氨酸广泛存在于肌肉中所有的蛋白质储存中。

谷氨酸对大脑和神经功能也是必不可少的。它是神经中的主要传递器。具有更多谷氨酸受体的人往往具有更高的智商。然而,大脑通过血脑屏障摄取的谷氨酸非常低。绝大多数谷氨酸是谷氨酰胺转化的结果,因为神经元不能从大脑内的葡萄糖中产生谷氨酸。

谷氨酰胺是谷氨酸的来源,它是由谷氨酰胺酶产生的。

谷氨酰胺-谷氨酸循环

星形胶质细胞摄取的谷氨酸可通过三羧酸循环代谢,用于蛋白质合成或转化为谷氨酰胺。谷氨酸向谷氨酰胺的转化由谷氨酰胺合成酶(GLUL) 以 ATP 依赖性方式催化。但是由于谷氨酰胺转运蛋白迄今尚未在脑组织的末端中得到阳性鉴定。因此谷氨酰胺-谷氨酸循环已经研究和争论了很多年,至今没有明确答案。

谷氨酸功能和益处

1) 支持大脑功能

谷氨酸是脑功能正常的重要神经递质

大脑和脊髓(中枢神经系统)中几乎所有的兴奋性神经元都是谷氨酸能神经元。作为主要的兴奋性神经递质,它向大脑和全身发送信号。它有助于认知功能、记忆、学习和其他大脑功能 。

人脑的质子-MRS 研究显示氨酸浓度非常高(10-12 mM),但这平均了不同亚细胞区室中非常不同的谷氨酸浓度,从脑脊液中的约 1 μM 到分泌颗粒中 100 mM。

谷氨酸通过两种主要类型的受体在中枢神经系统中发挥作用:

  • 离子型谷氨酸受体包含一个离子通道,该离子通道在与谷氨酸结合时直接激活;
  • 代谢型谷氨酸受体通过与 G 蛋白信号系统耦合激活离子通道,间接通过第二信使途径或直接通过 G 蛋白的 βγ 亚基。

每种受体有许多亚型。对大脑中谷氨酸信号传导的详细说明不在这详细展开,只要了解其在突触可塑性中的作用,这是其在学习和记忆等认知功能中的作用的基础。

有限的研究将大脑谷氨酸水平低神经和精神疾病联系起来。例如,在一项研究中,精神分裂症成人的谷氨酸水平低于健康成人。

代谢型谷氨酸受体5型(mGluR5)含量低表明癫痫患者大脑发育不良。

在小鼠中,谷氨酸释放已被用于模拟自闭症谱系障碍。

在大鼠中,亮氨酸会增加谷氨酸进入大脑,这有助于在脑损伤后恢复大脑功能 。

2) 血脑屏障和谷氨酸

血脑屏障位于血液大脑间质液之间。它是在哺乳动物中受脑细胞影响后由内皮细胞形成的。另一个屏障位于分泌脑脊液 (CSF) 的脉络丛上皮中。

这些屏障很重要,从生理学的角度来看,维持大脑稳态,从药理学的角度来看,可以防止药物进入脑组织

神经系统通过屏障将自身与血液隔离。谷氨酸是一种非必需氨基酸,不能穿过血脑屏障,必须在脑细胞内局部由谷氨酰胺和其他前体产生 。

然而,如果血脑屏障“渗漏”(由于血脑屏障损伤或功能障碍导致通透性增加),血液中的谷氨酸可能会进入大脑,这会使身体增加炎症

更高水平的炎症也会导致血脑屏障发生渗漏。这放松了对进入大脑的内容的控制。在这种情况下,反应性代谢物可以进入大脑

如果你已经对谷氨酸敏感,并且还在吃富含游离谷氨酸的食物,这些情况可能会使症状加重

3) GABA 的前体(与GABA保持平衡)

身体使用谷氨酸来产生神经递质 GABA(γ-氨基丁酸),这是一种在学习肌肉收缩中起重要作用的抑制性神经递质

在大脑中,GABA 作用于下丘脑,帮助调节睡眠、温度、HPA 轴和自主神经系统。下丘脑的主要作用是使身体保持体内平衡,而没有 GABA 无法做到这一点

GABA—谷氨酸:

“相互作用,相辅相成,适量才和谐”

正如谷氨酸是一种兴奋性神经递质一样,GABA(γ-氨基丁酸)是一种抑制性神经递质。它的目的是让大脑和神经系统慢下来。这两种神经递质在大脑中平衡工作。

GABA 和谷氨酸之间复杂而相互关联,这有助于保持身体平衡,任何一种过量都会导致严重的疾病状况。GABA 和谷氨酸有助于保持交感神经和副交感神经系统之间的平衡。如果没有这两种神经递质,我们会不断地发现自己受到这些系统中的一个或另一个的刺激。我们要么对外部刺激反应过度,要么反应不足。

“一个太少,另一个就会负重前行”

如果 GABA太少,就会过分强调谷氨酸的作用,从而在肾上腺疲劳、慢性疲劳、惊恐发作和化学敏感性的发展中发挥重要作用。体内的 GABA 过少可能会导致所谓的“超负荷现象”,即由于谷氨酸含量高而对神经元产生过多的刺激。由于过多的刺激,这最终导致神经元死亡。

据报道,代谢型 Glu 和 GABA B受体,以及细菌周质氨基酸结合蛋白,可能是从一个共同祖先进化而来的 。

Mazzoli R and Pessione E. Front Microbiol. 2016

谷氨酸能/GABA能神经网络的表示,包括兴奋性(谷氨酸能)锥体神经元(红色)、抑制性(GABA能)神经元(蓝色)和相关连接。左侧的抑制神经元集成到反馈 (FB) 电路中,而右侧的抑制神经元集成到前馈 (FF) 环路中。针对锥体细胞体细胞或树突的抑制性突触被浅蓝色染色包围,这表明背景 GABA 浓度有助于整体抑制。

4) 在免疫中发挥作用

谷氨酸受体存在于免疫细胞(T 细胞、B 细胞、巨噬细胞和树突状细胞)上,这表明谷氨酸在先天免疫系统和适应性免疫系统中均发挥作用。

谷氨酸还参与肺、肾、肝、心脏、胃、骨骼和免疫系统组织的功能。

科学家们正在研究谷氨酸对调节性 T 细胞(Treg)、B 细胞和炎症性神经退行性疾病的影响。

一项研究得出结论,谷氨酸对正常以及癌症和自身免疫病理性 T 细胞具有有效作用。这意味着它可能能够增强对抗癌症和感染的有益 T 细胞功能 。

根据至少一项针对多发性硬化症小鼠模型的研究,这些受体还具有抑制自身免疫发展保护中枢神经系统免受炎症影响的潜力。

不过,大多数情况下,科学家发现谷氨酸对免疫系统有益还是有害,都取决于体内的浓度

谷氨酸诱导的神经元细胞损伤的关键机制之一是小胶质细胞释放谷氨酸。小胶质细胞本质上是大脑和神经系统的常驻免疫细胞。了解神经系统和免疫系统之间的联系至关重要。小胶质细胞释放谷氨酸是一个关键环节。

一旦谷氨酸的游离池增加,谷氨酸受体,如 NMDA 就会被过度刺激。然后,这会导致大量钙离子流入细胞,导致神经元细胞损伤和细胞死亡。

许多因素可以作为小胶质细胞激活的诱导剂。汞毒性已显示可迅速诱导小胶质细胞活化,并且汞毒性已显示可改变小鼠大脑中谷氨酸的转运和摄取。有毒金属镉也显示出强大的诱导小胶质细胞活化的能力。

基本上任何类型的“非自身”分子都能够引发大脑和神经元组织中的小胶质细胞活化。这包括各种病原体抗原、病毒、疫苗、佐剂以及任何穿过血脑屏障的外源物质。

5)支持肠道

我们从食物中获得的谷氨酸为肠道细胞提供能量,并有助于激活消化系统

在胃肠道上皮细胞的顶膜中发现了多种介导谷氨酸吸收的转运蛋白,主要存在于小肠中,但也存在于中,而氨基酸从管腔到门户的转运很少或没有血液出现在结肠中。它是营养物质吸收和代谢的主要能量来源。

谷氨酸是肠细胞的主要营养素之一。对不同动物模型(包括早产儿和成人)的几项研究一致认为,存在于 GI 腔中的大多数谷氨酸被氧化为 CO2,或者其次被肠粘膜转化为其他氨基酸。

只有一小部分(5% 到 17%,取决于研究)摄入的 谷氨酸被转运到门静脉循环,但这通常不会在很大程度上影响血浆中的谷氨酸浓度。此外,血浆谷氨酸浓度增加(摄入谷氨酸后)并不一定会影响脑组织中的谷氨酸浓度,因为人们普遍认为谷氨酸不能通过血脑屏障

发现啮齿动物的脑组织需要血浆谷氨酸浓度增加 20 倍(或更多)。膳食摄入(或肠道微生物群的谷氨酸生物合成)后血浆中达到如此高的谷氨酸浓度似乎不太可能。

谷氨酸还可以通过帮助产生抗氧化剂谷胱甘肽来保护肠壁

一项动物研究发现,补充 L-谷氨酸有助于改善仔猪的肠道完整性,这有利于营养物质的消化和吸收。

谷氨酸还可以预防由于幽门螺杆菌 和长期使用阿司匹林等非甾体抗炎药(非甾体抗炎药)引起的胃肠道损伤

α-gustducin,一种味觉特异性 G 蛋白,在胃和肠中的作用导致人们认识到味觉细胞存在于肠道中。现在很清楚,胃和小肠中都存在类似味觉的谷氨酸受体和细胞。在胃中发现了离子型代谢型谷氨酸受体很明显,谷氨酸是唯一能刺激传入胃迷走神经的氨基酸。

谷氨酸的胃内输注刺激特定的前脑区域,包括边缘系统下丘脑。它还刺激胃收缩活动。谷氨酸与 IMP 一起刺激大鼠十二指肠中的碳酸氢盐分泌,这可能是中和胃蛋白消化过程中产生的胃酸的保护作用。

Cryan, Dinan,2012

肠道中 Luminal Glu/GABA(饮食或肠道微生物群来源)影响神经系统的潜在途径。5-羟色胺,血清素;EC肠嗜铬细胞;EEC,肠内分泌细胞;GI,胃肠道;网;内在初级传入神经元

此外,包括普通拟杆菌空肠弯曲杆菌在内的肠道微生物群会影响谷氨酸代谢,并减少谷氨酸代谢物 2-酮基谷氨酸。同时,具有谷氨酸消旋酶的肠道细菌,包括谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum、乳发酵短杆菌 Brevibacterium lactofermentumBrevibacterium avium,可以将 L-谷氨酸转化为 D-谷氨酸。由肠道细菌代谢的 D-谷氨酸可能会影响痴呆患者的谷氨酸 NMDAR 和认知功能。

6) 支持肌肉功能

谷氨酸可能在肌肉功能中发挥重要作用。

在运动过程中,谷氨酸在提供能量支持谷胱甘肽生产方面起着核心作用。

然而,在动物模型中,谷氨酸可能会延缓缺乏维生素 D 的动物的肌肉萎缩症。进一步的研究应该探索谷氨酸、肌肉功能和肌肉萎缩疾病之间的联系。

7)对骨骼很重要

谷氨酸也适用于骨骼和肌肉,用于神经和非神经信号。神经递质对骨骼的健康很重要,并且可能在多种骨骼疾病的潜在治疗中发挥作用。

8)谷氨酸与味觉

鲜味,特别是谷氨酸,被认为可以调节对富含蛋白质的食物的食欲反应。因此,它们在评估食物的营养价值方面发挥着重要作用。

谷氨酸通过激活鲜味受体发挥关键的信号传导作用。这些味觉受体的激活还需要作为共配体的 5′-核糖核苷酸,例如单磷酸肌苷 (IMP) 或单磷酸鸟苷。

对于完全表达鲜味所需的受体多样性仍然存在一些不确定性。当然,涉及 G 蛋白偶联受体 T1R1 和 T1R3 的异二聚体。此外,最近利用 T1R3 敲除小鼠的研究表明,这些动物继续区分鲜味和其他促味剂,这表明其他受体的作用。特别是,两种代谢型谷氨酸受体 mGluR1 和 mGluR4 可能很重要。

谷氨酸过多的原因及症状

哪些原因可能导致谷氨酸过多?

  • 食用加工食品

一个促成因素是食用加工食品,由改良的游离形式谷氨酸制成的。例如,谷氨酸用于制造味精(或谷氨酸钠),这是一种合成化学物质,会添加到许多食品中,增加咸味和吸引力。

  • 高浓度或过度敏感的谷氨酸受体

但要注意的是,有些时候这些高水平可能不是由于饮食中的谷氨酸,而是身体的其他缺陷或功能障碍。

过量水平可能是由压力或对谷氨酸脱羧酶 (GAD) 的自身免疫反应引起的,谷氨酸脱羧酶 (GAD) 旨在将谷氨酸转化为其镇静伴侣 GABA。

过量谷氨酸引起的症状有哪些?

谷氨酸是大脑中必不可少的(也是主要的兴奋性)神经递质。然而,谷氨酸在某些情况下会变得有毒——这一过程称为谷氨酸兴奋性毒性 (GE):如果大脑中有过量的谷氨酸或谷氨酸受体被过度刺激。GE在神经退行性变中起关键作用

兴奋性氨基酸过度激活谷氨酸受体会导致许多负面影响,即细胞钙稳态受损、自由基的产生、线粒体通透性转变的激活和继发性 GE。

GE 还与抑郁症、焦虑症、自闭症、多动症、慢性疼痛、中风和脑肿瘤以及许多其他疾病有关。

  • 神经系统疾病

过多的谷氨酸可能在多发性硬化症 (MS)、阿尔茨海默病、亨廷顿病、癫痫和 ALS(肌萎缩性侧索硬化症或 Lou Gehrig 病)中起作用。

在亨廷顿舞蹈病中,谷氨酸受体的敏感性是主要特征。已经发现,降低谷氨酸的活性可以产生治疗作用。

ALS 被认为是由谷氨酸诱导的兴奋性毒性引起的,利鲁唑等药物试图控制谷氨酸水平。

涉及谷氨酸的通路功能障碍也可能导致多发性硬化症和阿尔茨海默病的发展。

研究人员正在研究专注于改善谷氨酸途径以治疗退行性脑病的药物和疗法。

  • 心理健康障碍

谷氨酸过多(或过少)也与抑郁症精神分裂症等心理健康障碍有关。

大量研究发现,在患有重度抑郁症的人中经常发现高水平的谷氨酸或过度活跃的谷氨酸受体。

还有一个普遍的假设是,过量(或不足)的谷氨酸活性可能导致精神分裂症症状。当然也可能没有那么简单,该领域的相互矛盾的研究表明,症状可能是由神经递质异常(包括谷氨酸)以及可能的基因突变和其他发育问题共同引起的。

  • 慢性疼痛和偏头痛

谷氨酸在痛觉传递中也起着举足轻重的作用。

这意味着,可以通过靶向谷氨酸受体和降低谷氨酸的影响来缓解慢性疼痛。

高浓度的谷氨酸盐和偏头痛之间也有密切的联系。一项研究发现,偏头痛患者的血浆谷氨酸水平显着升高。另一项研究得出结论,GABA 能药物(那些改变 GABA 作用的药物)可能有助于治疗偏头痛。

同时,阻断谷氨酸受体的药物也可能有效治疗偏头痛。

  • 糖尿病

有一些证据表明,随着时间的推移,高水平的谷氨酸会导致 1 型和2 型糖尿病的发生。一项研究发现,谷氨酸水平对两种类型的糖尿病中 β 细胞的损失都有直接和间接的影响

如何降低谷氨酸水平

在饮食中降低

如果对谷氨酸敏感并怀疑自己的谷氨酸含量很高,最实际的方法是消除添加的游离谷氨酸的来源。尤其经过改良以改善口味的加工食品和包装食品限制味精,酱油等摄入量。选择完整的、未经加工的食物,这是让你的水平恢复到正常、健康范围内的最佳方法。

总体而言,最好限制或避免使用富含谷氨酸的食物包括:酱油、硬奶酪、腌肉、谷物(尤其是含有麸质的)、骨汤,土豆片、快餐、方便面、沙拉酱等

除了监测提供这种氨基酸的食物的摄入量外,增加抗炎食物的摄入量也是有益的,因为这些食物可能在一定程度上有助于抵消过量谷氨酸的影响。

一些抗炎食物有:

  • 深色绿叶蔬菜
  • 其他蔬菜,包括十字花科蔬菜、甜菜、芹菜、辣椒等
  • 浆果
  • 姜黄和姜等香料
  • 奇亚籽和亚麻籽
  • 野生捕捞的鱼类,如鲑鱼,可提供 omega-3
  • 椰子油和橄榄油
  • 益生菌食品,如酸奶、开菲尔等

关于抗炎饮食可详见之前的这篇文章:

深度解析 | 炎症,肠道菌群以及抗炎饮食

PPAR -γ激活剂

PPAR -γ激活剂可能是对抗 GE(谷氨酸兴奋性毒性)的最佳方法之一。

PPAR(过氧化物酶体增殖物激活受体)是对身体具有深远影响的特定蛋白质。它们属于所谓的核受体超家族(该类的其他成员包括维生素 A 和 D、雌激素甲状腺和糖皮质激素受体)。

许多食物和草药具有降低谷氨酸兴奋性毒性的能力。它们有多种作用机制,起作用的一个关键原因是 PPAR- γ激活剂。对文献的回顾发现,以下许多天然草药具有激活 PPAR 的潜力(括号中的是 PPAR -γ – 活化成分):

  • 黄芪(Formononetin)
  • 绿茶 (儿茶素)
  • 紫锥菊(Alkamides)
  • 棕榈油(生育三烯酚)
  • 大豆(染料木黄酮)
  • 厚朴(Magnolol 和 Honokion)
  • 奶蓟草(水飞蓟素)
  • 甘草(多种活性成分)
  • 牛至(来自干叶的 Biochanin A)
  • 百里香油(香芹酚)
  • 高丽参(人参皂甙 20(S) -protopanaxatriol 和 ginsenoside Rb1 在人参根中)
  • Chios乳香胶(齐墩果酸)
  • 迷迭香(鼠尾草酸和鼠尾草酚)
  • 姜黄素 – 非常强大,有超过 1500 篇论文单独研究了姜黄素的作用,支持其强大的抗炎、抗癌、抗氧化和整体神经保护作用
  • 黑籽油
  • 槲皮素

注意在多发性硬化或其他自身免疫性疾病的情况下,应谨慎使用或干脆避免使用过度刺激免疫系统的补充剂,如紫锥花、黄芪、人参甚至绿茶。

维生素和矿物质可以对抗 GE

维生素 B6 有助于减少谷氨酸过量,因为参与将谷氨酸转化为 GABA。维生素 B6 缺乏可能是谷氨酸过量积累并且不能正确转化为 GABA 的一个原因。B6 缺乏症不会单独发生,通常与 B12 和叶酸一起发生。

维生素 B2(核黄素)本身具有神经保护作用,可以通过几种不同的方式抵消谷氨酸过量:

  • 帮助改善线粒体功能
  • 对抗氧化应激和减少炎症
  • 激活维生素 B6

核黄素依赖性酶在吡哆醇活化、色氨酸-犬尿氨酸途径和同型半胱氨酸代谢中具有重要作用

还发现维生素 B12(甲基钴胺素)对 GE 具有保护作用(可能通过 SAM 介导的甲基化改变膜特性起作用)。

维生素 B9(叶酸)补充剂:仅限低剂量。谷氨酸在结构上与叶酸相似,它可能会竞争神经元上的结合位点并可能导致问题。

维生素 D – 单独使用或与处方药联合使用

辅酶Q10 – 改善谷氨酸兴奋性毒性、线粒体功能和氧化应激

增加镁含量

镁是健康神经信号传输所必需的矿物质。分子和动物研究表明,健康的镁水平可以防止神经元过度兴奋引起的细胞死亡

从理论上讲,意味着增加镁含量可能有助于预防与细胞死亡有关的疾病,包括:

  • 偏头痛
  • 慢性疼痛
  • 癫痫
  • 阿尔茨海默氏病
  • 帕金森病
  • 中风
  • 抑郁和焦虑(这是神经系统疾病的常见合并症)

一项针对 60 名患有纤维肌痛的女性的小型研究发现,每天服用 300 毫克柠檬酸镁超过 8 周,可以降低压痛点的数量和报告的疼痛强度水平。然而,还需要进行更大规模的研究。

除了服用镁补充剂外,还可以尝试食用更多富含镁的食物,包括:

  • 绿叶蔬菜和其他蔬菜,包括生菜、西兰花、羽衣甘蓝、芹菜、菠菜、黄瓜
  • 坚果和种子
  • 干豆,如斑豆、腰豆、黑豆
  • 全谷类
  • 小麦胚芽
  • 燕麦麸

谷氨酸过少的症状

谷氨酸是大脑里需求量比较大的一种酸性氨基酸,主要是参与脑内蛋白质或者是脂肪酸等的合成和代谢,过低可能影响人的精神状态,也可能诱发神经衰弱

谷氨酸在情绪障碍中的作用:

正在研究的一种此类情绪障碍是重度抑郁症(MDD),其症状包括空间记忆受损快感缺失(无法感受到快乐)。研究人员发现,阻止大鼠吸收谷氨酸会导致类似抑郁的效果,这可能反映了快感缺失。

谷氨酸在慢性疲劳综合征中的作用:

关于谷氨酸失调是否在慢性疲劳综合征中起作用的研究存在分歧,这种情况还涉及感觉超负荷、焦虑和运动/平衡问题。

也有一些证据表明慢性疲劳综合征可能涉及与谷氨酸失调相关的基因。

如何提高谷氨酸水平

有谷氨酸补充剂或增加谷氨酸的处方。如果想尝试提高谷氨酸水平,可能需要考虑在饮食生活方式中加入其前体,前体是身体制造其他物质所需的物质。

提高谷氨酸水平/途径可能是一项非常复杂的任务。促进线粒体健康、减少氧化应激和炎症、平衡谷氨酸与大脑中其他神经递质以及改善糖和脂肪代谢的补充剂、疗法和生活方式的改变都是有益的。

生活方式的改变

运动

运动实际上可以帮助你的身体产生更多的谷氨酸。研究人员研究了近 40 名健康人类志愿者的谷氨酸和 GABA 水平。他们在三个持续 8 到 20 分钟的剧烈运动之前和之后立即测量了两个不同大脑区域的这些神经递质水平。

锻炼的参与者的谷氨酸或 GABA 水平增加。即使在停止运动后效果仍然存在,这表明谷氨酸水平会随着运动而发生更持久的变化。

补充剂

在服用任何膳食补充剂之前,请先咨询医生。如果患有其他疾病,包括慢性病或怀孕,这一点尤其重要。

有助于提高谷氨酸水平的补充剂包括:

5-HTP:身体将 5-HTP 转化为血清素,血清素可以增强 GABA 活性,这可能会影响谷氨酸的活性。谷氨酸是 GABA 的前体。

一些前体包括:

GABA:理论上,由于 GABA 镇静和谷氨酸刺激,两者是对应的,一种不平衡会影响另一种。然而,研究尚未证实 GABA 是否可以纠正谷氨酸的失衡。

谷氨酰胺:身体将谷氨酰胺转化为谷氨酸。谷氨酰胺可以作为补充剂使用,也可以在肉类、鱼类、鸡蛋、奶制品、小麦和一些蔬菜中找到。

牛磺酸:对啮齿动物的研究表明,这种氨基酸可以改变谷氨酸的水平。牛磺酸的天然来源是肉类和海鲜。它也可作为补充剂使用,并存在于一些能量饮料中。

茶氨酸:这种谷氨酸前体可以通过阻断受体降低大脑中的谷氨酸活性,同时提高 GABA 水平。天然存在于茶中,也可作为补充剂使用。

不建议大多数人使用谷氨酸补充剂,一般人都可以从饮食中能获得足够的谷氨酸,而且人体会自己制造一些。

饮食中增加

如上所述,经过改良以改善口味的加工食品是游离谷氨酸的最大来源。

天然高谷氨酸食物包括:

发酵、陈化、腌制、压力烹制的食品。其中包括:

陈年奶酪、慢煮肉类和家禽、蛋、酱油、大豆蛋白、鱼露,某些蔬菜,如蘑菇、成熟的西红柿、西兰花和豌豆、核桃、大麦麦芽。

多运动,保持足够睡眠。

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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