肠脑轴的双向相互作用加重大脑和肠道损伤的恶性循环

近年来，越来越多的证据表明，胃肠道和大脑之间存在一个叫做“肠脑轴”或“微生物-肠-脑轴”的双向反馈环路，促进肠道和大脑之间的双向沟通。

肠道和大脑之间的沟通依赖于迷走神经的传入和传出通路以及其它的作用机制，从而从大脑向肠道发出“自上而下”的信号或从肠道向大脑发出“自下而上”的信号。肠道和大脑之间的双向相互作用有助于调节体内平衡、免疫反应和炎症。

肠脑轴的破坏与多种疾病有关，包括抑郁症、焦虑症、阿尔茨海默病、帕金森病和肠易激综合征等等。

2017年11月，来自美国马里兰大学医学院的研究团队发表在《大脑、行为和免疫》杂志上的一项研究发现，小鼠外伤性脑损伤和肠道功能变化之间的双向关联。

外伤性脑损伤可导致胃肠道症状，包括肠道黏膜损伤、肠道屏障功能破坏和肠道动力障碍，以及影响创伤后的发病率和死亡率。外伤性脑损伤后72小时会出现内毒素血症相关的肠道损伤、炎症和屏障功能紊乱。在大脑中，创伤引发的继发性损伤机制可以持续数月甚至数年，包括持续性的神经炎症过程，可导致渐进性神经退行性和神经功能障碍。外伤性脑损伤导致的迟发性的全身性影响，比如全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征，在外伤性脑损伤后的发病率和长期死亡率中发挥了一定的作用。外伤性脑损伤患者的死亡原因分析表明，这些患者死于败血症的可能性是普通人群的12倍，死于消化系统疾病的可能性是普通人群的2.5倍。

肠屏障功能障碍与炎症性肠病、代谢综合征、非酒精性脂肪肝、糖尿病以及全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征的发病机制有关。值得注意的是，肠道屏障功能破坏的一些指标，比如肠道通透性增加和内毒素血症，与大脑损伤的严重程度呈正相关，与外伤性脑损伤相关的发病率有关。由于肠黏膜屏障是复杂多样的外部环境和内部环境之间相互作用的主要部位，维持体内平衡对于黏膜屏障对有害或致病性刺激的反应能力至关重要。肠道上皮细胞、固有层免疫细胞和肠道神经胶质细胞可通过复杂和动态的相互作用调节黏膜屏障稳态。

具体来说，研究人员发现小鼠外伤性脑损伤所引起的胃肠道的变化使肠道通透性增加。肠道通透性的这种变化也增加了有害微生物从胃肠道迁移到身体其它部位并引发感染的几率。这些来自胃肠道系统的细菌感染增加了大脑炎症，并与大脑海马体神经元的丢失有关。

作为双向肠脑轴研究的一部分，研究人员也关注了极端的肠道功能紊乱会如何加重大脑的炎症。感染是外伤性脑损伤患者常见的并发症。大脑损伤后感染的易感性增加被认为是由于中枢神经系统损伤直接导致的外周免疫抑制所导致的，这种影响不仅发生在住院期间，而且是长期的。给小鼠感染柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）可以模拟人类肠道出血性大肠杆菌和肠道致病性大肠杆菌感染。为了精确定向肠道对大脑的影响，研究人员给小鼠感染柠檬酸杆菌，当外伤性脑损伤的小鼠被这种强有力的肠道细菌感染时，大脑损伤会进一步恶化，增加星形胶质细胞和小胶质细胞调节的大脑炎症。

这项研究表明了外伤性脑损伤后大脑和肠道之间的慢性和双向的相互作用，这可能会对大脑损伤以后的结果产生负面影响。

大脑和肠道之间存在这很强有力的双向相互作用，这可能有助于解释为什么大脑创伤后系统性感染的几率会增加，并且有助于开发新的治疗方法。这些结果强调了肠道和大脑的双向沟通对外伤性脑损伤的长期影响的重要性。

这项研究也首次发现，小鼠的外伤性脑损伤会引发一种恶性循环。在这种恶性循环中，外伤性脑损伤会导致肠道功能紊乱；而这些肠道功能破坏又会通过导致大脑炎症从而加剧最初的脑损伤，这又会进一步恶化肠道功能紊乱。久而久之，反反复复，陷入这种恶性循环而无法自拔，大脑损伤和肠道功能紊乱都变得越来越严重。