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Thinking from the gut- 腸道菌叢與身心健康的關聯

近年來,有關腸道菌叢 (gut microbiota) 的研究攻佔了各科學期刊的版面。各研究顯示腸道菌叢跟人類很多疾病都高度相關,包括肥胖及癌症。更有研究發現腸道內菌叢與大腦之間有著特殊的連結 [1],使腸內菌可以調控大腦內的情緒及認知中心。因此科學家相信,腸道菌的組成對於人們的身心健康有著很大的影響。大腦跟腸道的影響是雙向的,大腦可以調控腸道的正常功能運作以及腸道免疫,而腸道菌透過自身的代謝產物或影響神經分泌某些傳導物質而影響大腦功能。因此本篇報導將介紹來自韓國慶熙大學藥學院對於因壓力導致腸道菌叢改變進而引發焦慮症狀的研究 [2]。

本篇研究主要想闡明焦慮、腸道菌叢及免疫系統的交互作用。一開始先將老鼠一個限制他們行動能力的容器 (Immobilization stress; IS),以避免他們往前或往後移動。研究結果顯示,IS 會引發類焦慮的行為以及結腸炎 (colitis)。除此之外,血液中的皮質酮 (Corticosterone)、腫瘤壞死因子 (Tumor Necrosis Factor-α; TNFα) 的含量都會增加,且活化轉錄因子 NF-κB。皮質酮會因壓力因素而被釋放,調控免疫功能。而腫瘤壞死因子及 NF-κB 則會引發全身性的發炎,進而導致結腸炎的發生。在神經方面,IS 會增加海馬迴中微膠細胞 (microglia) 及單核球 (Monocytes) 的數量。

補充:微膠細胞是中樞神經主要的免疫細胞之一,其功能類似巨噬細胞 (Macrophages) 負責中樞神經內的免疫防線,會負責清除中樞神經系統內不要的神經細胞,除此之外也會在受損組織促進細胞凋亡及發炎。

為了要確認腸道菌叢的組成與焦慮相關,作者進一步著手分析由 IS 引發焦慮症狀小鼠中的腸道菌組成。結果顯示,相較於控制組老鼠,IS 增加小鼠腸道中變形菌門 (Proteobacteria) 的數量;然而,腸內益菌乳桿菌屬 (Lactobacilli) 的數量是下降的。變形菌門包含著名的螺桿菌屬 (Helicobacteraceae) 及腸桿菌屬 (Enterobacteraceae),其所產生的脂多醣 (Lipopolysaccharide; LPS) 會造成身體發炎及胰島素抗性。為了確認由 IS 引發的焦慮症狀與腸道菌叢相關,作者將 IS 老鼠糞便中的菌叢及大腸桿菌 (Escherichia coli) 轉嫁到無特定病源體 (Specific Pathogen Free; SPF) 的老鼠體內,作者發現被轉嫁的老鼠也出現了焦慮的症狀,同時也發現細菌的 LPS 在血液濃度也大幅增加。因此作者想知道腸道益生菌 Lactobacilli 在焦慮小鼠中是否可以減緩其症狀,結果顯示口服益生菌不但可以減緩小鼠的焦慮症狀,更能抑制全身性發炎,進而導致結腸炎的舒緩。除此之外,腸胃道益生菌可以增加腦源性神經營養因子 (Brain-derived neurotrophic factor; BDNF) 的表現量。BDNF 主要功能為調節神經的生長及分化,也可以調控記憶及學習。這結果也代表了只要可以調控腸道菌叢,便有能力減緩疾病的進程甚至治癒。

Dr. David Relman,美國史丹佛大學的教授曾在 2005 年發表於知名期刊 <Science> 曾說:「The human endogenous intestinal microflora is an essential “organ” in providing nourishment, regulating epithelial development, and instructing innate immunity」,指出了腸道菌叢對於調節人體生理的重要性 [3],而不管是腸道菌調控自身基因,或是由外在環境(例如飲食或壓力)進而導致腸道菌叢的改變,都與人體疾病有密不可分的關連,也因此,有關腸道菌叢的研究儼然成為人類疾病治療中最重要的一片拼圖。

腸道菌與大腦有非常密切的關聯。圖片來源:New understanding of the gut microbiome may be the key to many diseases and pave the way for new therapies. (n.d.). Retrieved from https://progress.im/en/content/new-understanding-gut-microbiome-may-be-key-many-diseases-and-pave-way-new-therapies

參考文獻:

  1. Wang, H., Lee, I., Braun, C., & Enck, P. (2016). Effect of Probiotics on Central Nervous System Functions in Animals and Humans: A Systematic Review. Journal of Neurogastroenterology and Motility22(4), 589-605. doi:10.5056/jnm16018
  2. Jang, H., Lee, K., Lee, H., & Kim, D. (2018). Immobilization stress-induced Escherichia coli causes anxiety by inducing NF-κB activation through gut microbiota disturbance. Scientific Reports8(1). doi:10.1038/s41598-018-31764-0
  3. Eckburg, P. B. (2005). Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora. Science308(5728), 1635-1638. doi:10.1126/science.1110591

撰文|蕭皓文
審稿|林偉強

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蕭皓文

蕭皓文

目前在中研院生醫所做免疫療法的相關研究,也正準備申請國外的生醫博士班。

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