腸道菌、大腦與短鏈脂肪酸

腸道菌與大腦之間的故事要追朔到 2004 年研究，發現其下丘腦–垂體–腎上腺軸（HPA軸）的反應程度在無菌 (germ-free) 及帶有腸道菌之小鼠不同，使人們好奇是否腸道與大腦存在某種程度的交互影響 [1]。腸–腦軸線（gut–brain axis）包含中樞神經系統、自律神經系統、腸道及腸道微生物。其中腸道微生物與其代謝產物會牽涉到體內由下而上 (bottom-up) 訊息傳遞，進而影響內分泌系統及中樞神經系統。

本篇研究發現：部分腸道菌可將食物中的膳食纖維發酵後得到短鏈脂肪酸。其中， Faecalibacterium prausnitzii、Eubacterium rectale、E. hallii 及Ruminococcus bromii，可以產生丁酸 (butyrate)，在腸道中透過直接透過 cAMP 促使腸道糖質新生 (intestinal gluconeogenesis, IGN) 基因表達；Akkermansia muciniphila在人體中則被認為是可以產生丙酸 (propionate) 的關鍵菌種，可透過脂肪酸受器– 3 (FFAR3 ,Free fatty acid receptor 3) 來促使 IGN 基因表達。而腸道糖質新生所產出的葡萄糖透過周邊神經感覺後，並傳遞訊息至大腦調節飢餓感及體內葡糖糖恆定，但其機制尚未釐清。然而，目前有研究團隊提出假說認為丙酸是透過活化背側迷走神經複合體 (dorsal vagal complex, DVC)，透過 c-Fos 將訊息傳遞至脊椎 C1 段，再傳遞至室旁核（PVN）、下丘腦外側（LH）及弓狀核，而這些活化的腦區在食慾調節中扮演著重要角色 [2,3]。

2015 年研究團隊將 A. muciniphila 餵食肥胖小鼠，發現小鼠攝食行為並未改變，但其體重卻減少至一半。這也提供了一個實驗證據，顯示腸道菌與肥胖是有密切相關 [4]，且 A. muciniphila 有望成為「益生菌」界的明日之星。 但是關於益生菌在人體是否有療效，目前則頗有爭議。

【衍伸閱讀：關於益生菌是否具有療效，則是可以參考 Suez., 2018】

故攝取富含膳食纖維食物，除了有利排便外，腸道菌亦可以利用膳食纖維發酵產生短鏈脂肪酸，隨後身體可以利用腸道糖質新生穩定葡萄糖及能量的恆定，進而改善胰島素敏感性、葡萄糖耐受性、降低體重及脂肪。這篇文章不單證明了微生物對食慾的影響，也進一步證實了膳食纖維對人體健康的重要性。

參考文獻：

1.     Sudo, N., Chida, Y., Aiba, Y., Sonoda, J., Oyama, N., Yu, X., … Koga, Y. (2004). Postnatal microbial colonization programs the hypothalamic-pituitary-adrenal system for stress response in mice. The Journal of Physiology, 558(1), 263-275. doi:10.1113/jphysiol.2004.063388
2.       De Vadder, F., Kovatcheva-Datchary, P., Goncalves, D., Vinera, J., Zitoun, C., Duchampt, A., … Mithieux, G. (2014). Microbiota-Generated Metabolites Promote Metabolic Benefits via Gut-Brain Neural Circuits. Cell, 156(1-2), 84-96. doi:10.1016/j.cell.2013.12.016
3.     Morrison, D. J., & Preston, T. (2016). Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes, 7(3), 189-200. doi:10.1080/19490976.2015.1134082
4.    Dao, M. C., Everard, A., Aron-Wisnewsky, J., Sokolovska, N., Prifti, E., & Verger, E. O. (2015). Akkermansia muciniphilaand improved metabolic health during a dietary intervention in obesity: relationship with gut microbiome richness and ecology. Gut, 65(3), 426-436. doi:10.1136/gutjnl-2014-308778

撰文｜楊仁龍
審稿｜林偉強