大脑和肠道菌群之间的双向交流是通过免疫系统、神经内分泌系统、肠神经系统、循环系统和迷走神经等多种途径介导的。这些通路包含各种神经活性化合物，包括微生物源性代谢物、微生物源性产物、多肽、肠道激素和神经活性物质。进入大脑后，代谢物会影响神经发育和多种疾病相关的神经退行性变，如多发性硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病、中枢神经系统恶性肿瘤、中风、自闭症谱系障碍、抑郁、焦虑、压力和精神分裂症。

生理条件下的肠-脑轴机制，重点展示：微生物产物和炎性小体途径。

病理条件下的肠-脑轴机制，重点展示：微生物产物和炎性小体途径

时间轴图显示了从出生到老年，包括婴儿期、儿童期、青春期和成年期，在整个人类寿命期间微生物多样性的变化，及伴随着的神经发育的典型变化，表明在生命的特定阶段伴随发生的神经元变化过程。蓝条颜色深度表示所示进程最大的时间段。

近年来，通过大量体外和体内数据的整合，已经阐明了四种常见的引起脑膜炎的细菌的致病机制。虽然这些细菌的先决条件是在血液中存活足够长的时间，以与脑内皮细胞相互作用，但机制和途径不同。已知脑膜炎奈瑟菌使用细胞旁途径，该途径涉及细菌通过ⅳ型菌毛与cd147 -b2-肾上腺素能受体(b2AR)复合物结合而黏附内皮细胞，这种相互作用激活了复合物，并诱导膜突起形成，从而增加了细菌对血流的抵抗力，从而使血管定植成为可能。此外，激活诱导的信号事件导致细胞连接中断，允许细菌通过细胞旁。大肠杆菌K1已被证明它们可通过细胞旁和细胞外两种机制进入血脑屏障。大肠杆菌可通过细菌分泌的溶血素共调节蛋白1 (Hcp1)诱导的细胞坏死事件穿过细胞旁，导致内皮细胞凋亡。另外，细菌跨内皮的跨细胞转运可以通过OmPA(外膜蛋白A)和IbeA分别与受体Ecgp96和CaspR1的黏附素结合发生。B组链球菌(GBS)主要通过细胞旁机制进入。例如，细菌富含丝氨酸重复序列蛋白2 (Srr2)可以通过与纤溶酶原和纤溶酶的相互作用促进细胞壁降解，最终导致内皮单层破坏。另外，β-溶血素的产生可使脑内皮细胞产生细胞溶解作用，并可在血脑屏障中形成孔隙，最终也导致细胞坏死。最后，肺炎链球菌既可以通过细菌产生肺炎溶血素和H2O2引起的内皮单层破坏进入细胞旁，也可以通过以下几种相互作用进入细胞外：PCho(细菌磷酸化胆碱)与PAFr(血小板活化因子受体)；CbpA(胆碱结合蛋白A)与LR(层粘连蛋白受体)；NanA(神经氨酸酶A)作用于LR和PECAM-1(血小板内皮细胞黏附分子-1)；RrgA作用于PECAM-1和plgR(多免疫球蛋白受体)。

微生物调节中枢神经系统疾病的发展和治疗。微生物可以促进基本代谢物、神经递质和其他各种影响中枢神经系统疾病进展或治疗的神经活性化合物的产生。例如，在生态失调的背景下，幽门螺杆菌和大肠杆菌患病率的增加被证明可诱导许多神经系统疾病和症状的进展，包括tau蛋白和淀粉样蛋白β负荷的过度磷酸化(表明阿尔茨海默病)，a-突触核蛋白聚集和运动性能下降(表明帕金森病)，以及促炎毒素和基因毒性代谢物增加(表明中枢神经系统恶性肿瘤)。相反，益生菌的有益菌株，如双歧杆菌和乳酸杆菌，效果包括减少焦虑和抑郁样行为，减少癫痫发作，减少空间记忆和学习缺陷，减少运动功能障碍和多巴胺能神经变性。

上图概述了肠道微生物群和大脑之间交流的各种已知双向通路，包括肝脏和胆囊代谢、免疫调节反应、神经元神经支配、肠内分泌和微生物代谢产物信号传导。CCK，缩胆囊素；GLP-1，胰高血糖素样肽-1；IL，白介素；PYY，多肽YY；TNF，肿瘤坏死因子；SCFA，短链脂肪酸。

图示确定已知影响微生物群-肠道-大脑活动的常见因素，包括饮食、先天性遗传和相关的表观遗传学、环境、药物、运动和出生时的分娩方式，以及已知受微生物群-肠道-大脑轴扰动影响的各种行为，包括认知和社会行为、压力、恐惧和食物摄入。

微生物群目前涉及的各种疾病和疾病过程的大纲；例如精神疾病和神经退行性疾病、疼痛、压力、肠易激综合征、中风、成瘾和肥胖。

参考文献