根據近兩年國內外的研究,發現腸道菌群失衡,與神經系統疾病的發生和發展有關,即“微生物-腸-腦軸”Microbiota-gut-brain axis,或“腸-腦軸”Gut–brain axis(GBA)。例如兒童及青少年期常見的如多動癥(ADHD)、抽動癥(TS)、自閉癥(ASD)等,老年期常見的如阿爾茨海默病、帕金森病等。
如上圖所示,對比了健康人腸道菌群,和神經系統疾病患者腸道菌群的明顯差異。如相比健康人群,神經系統疾病患者腸道中雙歧桿菌、抗炎細菌水平較低。
無創腦刺激技術也叫非侵入性腦刺激就是利用電流、磁場等非侵入性技術,調節大腦相關功能區的興奮性,改善神經連接,達到治療目的的技術。
常見的如經顱直流電刺激,經顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)等。
對腸道菌群的影響)
人類胃腸道微生物群包含超過100多種細菌,包括兩種主要的細菌門,即厚壁菌門和擬桿菌門,以及較少的放線菌門、梭桿菌門、變形菌門和疣微菌門。
根據2020年發表在《Brain Stimulation》一篇報道,患者通過為期10周,每周2次,治療后發現患者擬桿菌(bacteroidetes)/厚壁菌(fifirmicutes)的比率從8.5下降到了5.2,下降比例為38.8%;同時,羅斯拜瑞氏菌(Roseburia intestinalis)、普拉梭菌(Faecalibacterium Prausnitzii)、擬桿菌(bacteroidetes)水平明顯升高,并持續超過10周。
腸道菌群和大腦之間,通過腸-腦軸建立聯系
研究表明,腸道菌群通過刺迷走神經和腸神經系統(ENS)的神經元,在大腦和胃腸道菌群之間建立直接的神經連接。另外,迷走神經的激活水平,反應了身體的抗炎水平,炎癥水平升高,會損害腸道上皮屏障的完整性和通透性,,導致有害物質進入血液,損害神經系統。
研究人員認為,tDCS干預通過影響迷走神經,提高了抗炎癥水平,進而恢復腸道上皮屏障的完整性和通透性、改善了腸道菌群結構,改善腸道生態環境。而腸道生態系統改善,促進了神經遞質合成,再通過“腸-腦軸”(GBA)機制,影響大腦相關區域(如前額葉等)的激活/抑制水平,改善癥狀。
2021年,米蘭大學醫學院、歐洲腫瘤研究所的研究人員,在《Molecular Sciences》上發表的研究報告,總結了無創腦刺激技術和腸道菌群關系的最新研究成果。
研究團隊將參與試驗的22名患者,分為HF組、LF組和偽刺激組。HF組、LF組分別采用2種無創腦刺激技術進行干預,偽刺激組每次干預30秒后即停止。在進行每周3次、連續5周,總計15次治療后,檢查3組患者腸道菌群、神經遞質(腎上腺素、去甲腎上腺素、GABA、血清素等)變化。
下面三張圖中,紫色代表普拉梭菌、藍色代表另枝桿菌(Alistipes,是擬桿菌的一種)、淺綠色代表乳酸桿菌(Lactobacillus)、粉色代表梭狀桿菌(Clostridium)。
如上圖所示,HF組主要菌群變化情況,可以看出普拉梭菌、另枝桿菌明顯增加,乳酸桿菌明顯降低,梭狀桿菌也呈現增加的趨勢;
如上圖所示,LF組主要菌群變化情況,普拉梭菌略有增加,另枝桿菌、乳酸桿菌略有降低,而梭狀桿菌增加最為明顯;
如上圖所示,偽刺激組中,乳酸桿菌出現了明顯增長。
如上圖所示,分析了去甲腎上腺水平和擬桿菌屬、真桿菌屬(Eubacterium)、副薩特氏菌屬(Parasutterella)豐度變化的相關性。
無創腦刺激技術通過影響腸道菌群,干預去甲腎上腺素變化的可能機制
研究發現,去甲腎上腺素能刺激腸道有害菌,如空腸彎曲菌、大腸桿菌(Escherichia)增殖,所以研究團隊認為降低去甲腎上腺素水平,有益于改善腸道微生物平衡,從而對腸道微生物環境產生有益的影響;而腸道去甲腎上腺素水平的變化,與擬桿菌屬(Bacteroides)、真桿菌屬(Eubacterium)、副薩特氏菌屬(Parasutterella)密切相關。
上述研究表明,tDCS等無創腦刺激技術確實能通過影響腸道菌群結構,調節去甲腎上腺素等重要神經遞質的水平,并通過”腸-腦軸“(GBA)影響大腦相關區域。
Sorboni SG, Moghaddam HS, Jafarzadeh-Esfehani R, et al. A Comprehensive Review on the Role of the Gut Microbiome in Human Neurological Disorders. Clin Microbiol Rev. 2022 Jan 19;35
Artifon M , Schestatsky P , Griebler N , et al. Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on the gut microbiome: a case report. Brain Stimulation, 2020, 13(5).
Ferrulli A , Drago L , Gandini S , et al. Deep Transcranial Magnetic Stimulation Affects Gut Microbiota Composition in Obesity: Results of Randomized Clinical Trial. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(9):4692.
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