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微生物-肠-脑轴：肠道如何影响大脑

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📖 基础知识 📅 2026年3月 ⏱ 阅读约12分钟

你有没有过这样的体验：紧张时肚子咕咕叫，焦虑时胃口全无，或者心情糟透了、消化系统也跟着罢工？这绝不是巧合。在你的肠道与大脑之间，存在着一条繁忙的双向高速公路，科学家称之为微生物-肠-脑轴（microbiota-gut-brain axis，MGBA）。

过去二十年的研究揭示，肠道里数以万亿计的微生物——其数量与人体自身细胞大致相当——并不只是”帮你消化食物的过客”，而是深度参与了大脑发育、情绪调节、睡眠质量乃至神经退行性疾病进程的隐秘力量。[14][11] 了解这条轴如何运转，是理解大脑健康不可绕过的一环。

📋 目录（点击展开）

什么是微生物-肠-脑轴？

人类肠道中栖居着约100万亿个微生物，涵盖细菌、真菌、病毒和古菌，统称为肠道菌群（gut microbiota）。这些微生物并非被动的居民，而是主动地与宿主的神经系统、内分泌系统和免疫系统展开持续”对话”。[20]

🧠 什么是肠-脑轴？

肠-脑轴（gut-brain axis）是肠道与中枢神经系统（CNS）之间的双向通信网络，整合了神经、内分泌、免疫和代谢四类信号。而当肠道菌群被纳入这一体系，便升级为微生物-肠-脑轴（microbiota-gut-brain axis），强调肠道微生物在其中的核心调控作用。[14]

这条轴的”双向”属性尤为关键：大脑通过应激激素（如皮质醇）和自主神经系统影响肠道蠕动与菌群构成；肠道菌群则通过多种分子通道反向影响大脑功能与行为。[20][11] 理解这条轴，就必须理解它所依赖的具体通道。

四条沟通通道

迷走神经：有线直连

如果说肠-脑轴是一条高速公路，迷走神经（vagus nerve）就是其中最主要的”有线专线”。迷走神经是第十对颅神经，从脑干一路延伸至腹腔，双向传递信息，其中大部分纤维是从内脏”上行”传向大脑的传入纤维。[17]

⚡ 迷走神经通路

肠道内的肠嗅觉上皮细胞（neuropod cells）等感觉上皮细胞可直接感知肠腔内的微生物代谢产物，并通过突触样结构将信号传递至迷走神经末梢，进而上行至脑干，再分发至与情绪和应激调节相关的更高级脑区。[14]

一项小鼠实验直接验证了迷走神经的必要性：将携带慢性应激诱导菌群的粪便移植到正常小鼠体内后，只有迷走神经完整的受体小鼠才会表现出抑郁样行为；在迷走神经被手术切断的小鼠中，这种行为则不再出现。[9] 这一动物实验证据表明，迷走神经是菌群向大脑传递”情绪信号”的必要中继站。

神经递质：化学信使

肠道绰号”第二大脑”并非夸张——肠道拥有约5亿个神经元，构成肠神经系统（enteric nervous system），能够独立调节消化功能，同时也与中枢神经系统保持密切联系。[16]

⚡ 菌群如何影响神经递质
  • 血清素（5-HT，serotonin）：人体约90%的血清素在肠道合成，肠道菌群直接调控肠嗜铬细胞（enterochromaffin cells）产生血清素的速率。[16]
  • γ-氨基丁酸（GABA）：某些乳酸杆菌可产生GABA，这一抑制性神经递质与焦虑调节密切相关。[16]
  • 多巴胺（dopamine）：肠道细菌可影响多巴胺前体（左旋多巴/L-DOPA）的合成，并通过调节肠道多巴胺水平间接影响中枢多巴胺能系统。[16]
  • 色氨酸（tryptophan）代谢：菌群可通过犬尿氨酸通路影响色氨酸代谢，进而调节血清素和其他神经活性代谢物的合成，这一通路与应激反应密切相关。[20]

短链脂肪酸：代谢产物的远程调控

肠道菌群发酵膳食纤维时，主要产物是短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），包括乙酸（acetate）、丙酸（propionate）和丁酸（butyrate）。这些分子体积小、可穿越多道生物屏障，是菌群影响大脑的重要”分子信使”。[18]

🔬 SCFAs如何保护血脑屏障

SCFAs，尤其是丁酸，可以上调血脑屏障紧密连接蛋白（如claudin-5、occludin）的表达，抑制神经炎症，并通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）影响神经细胞基因表达。[18] 当肠道菌群失调、SCFAs产量下降时，血脑屏障完整性可能受损，增加神经炎症风险。

免疫系统：炎症信号的传递

肠道是人体最大的免疫器官，菌群失调（dysbiosis）可激活肠道免疫细胞，释放促炎细胞因子（如IL-1β、TNF-α）进入循环系统，这些炎症信号可穿过血脑屏障或作用于迷走神经，引发神经炎症，继而影响情绪和认知功能。[12][15]

肠道屏障与血脑屏障

微生物-肠-脑轴的信号传递必须跨越两道关键屏障：肠道上皮屏障（gut epithelial barrier）和血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）。这两道屏障的健康状态直接决定了轴的信号质量。[15]

ℹ️ 两道关键屏障
  • 肠道上皮屏障：由单层上皮细胞通过紧密连接蛋白形成，阻止细菌、毒素进入循环血液。菌群失调或饮食不良时，紧密连接受损可导致”肠漏（leaky gut）”，细菌脂多糖（LPS）等炎症分子入血，触发全身炎症反应。[15]
  • 血脑屏障：由脑毛细血管内皮细胞、星形胶质细胞等构成，严格管控进入大脑的物质。SCFAs等菌群代谢产物可强化这道屏障；而全身炎症则会削弱它，加速神经炎症进程。[18][19]

值得注意的是，这两道屏障并非彼此独立——肠道屏障破损引发的慢性低度炎症，可以逐步削弱血脑屏障，形成”肠漏→血漏→脑漏”的连锁效应，这一机制在阿尔茨海默病的发病假说中受到越来越多关注。[19]

肠道菌群与情绪、焦虑、抑郁

肠-脑轴研究中，最受公众关注的领域是情绪健康。多项系统综述已梳理了菌群构成与焦虑、抑郁症状之间的关联证据。

一项涵盖26项研究的系统综述发现，在广泛性焦虑障碍和抑郁症患者中，肠道菌群的多样性与特定菌属的相对丰度均存在显著改变，尽管目前哪些菌群特征是一致性发现尚需更大规模研究加以确认。[2]

🔬 脯氨酸代谢：菌群影响抑郁的具体通路

一项结合多个人群队列与动物模型的多组学研究发现，汇聚于谷氨酸/GABA代谢、尤其是脯氨酸（proline）代谢的微生物功能与代谢物，与抑郁症状存在关联。高脯氨酸摄入被识别为与抑郁相关的饮食因素，且这一关联与菌群功能状态相互作用。[8] 该研究采用前临床模型并覆盖三个人群队列，是目前机制阐述较为严谨的证据之一。

应激是影响肠-脑轴的重要外部因素之一。慢性应激不仅改变大脑功能，还会通过自主神经系统重塑肠道菌群构成，而被改变的菌群又会通过迷走神经等通道向大脑发送反馈信号，形成一种双向强化的应激-菌群循环。[20]

ℹ️ 关于因果方向的说明

目前大多数人体研究为观察性研究，仅能说明菌群构成与情绪状态之间的关联，而非确立因果关系。菌群改变究竟是情绪障碍的原因、后果，还是共同背后因素的表现，仍需更多高质量干预研究加以厘清。[2]

菌群与睡眠

睡眠与肠-脑轴的交织程度同样出人意料。多项研究显示，肠道菌群可通过多种途径影响睡眠-觉醒周期的调节。[13]

🧠 菌群影响睡眠的可能机制
  • 色氨酸-血清素-褪黑素轴：菌群影响色氨酸代谢，而色氨酸是合成血清素和褪黑素（melatonin）的前体物质，褪黑素是调节昼夜节律的核心激素。[13]
  • SCFAs与神经系统：丁酸等短链脂肪酸可影响下丘脑等睡眠调节脑区的神经活动。[13]
  • 炎症信号：肠道慢性低度炎症可激活参与睡眠调节的免疫活性分子（如IL-1β），干扰正常睡眠结构。[13]
  • 昼夜节律与菌群的互相塑造：昼夜节律基因控制宿主肠道环境，同时肠道菌群也呈现出与宿主生物钟同步的昼夜振荡模式。[13]

这一领域的研究目前仍以综述和观察性证据为主，说明菌群影响睡眠的因果链条有待更多直接干预研究验证。[13]

菌群与神经退行性疾病

肠-脑轴研究最前沿、也最具争议性的方向之一，是其在神经退行性疾病中的角色。以阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）和帕金森病（Parkinson’s disease，PD）为代表，越来越多的证据提示肠道菌群可能参与了疾病进程。[19]

🔬 菌群与阿尔茨海默病

菌群失调可增加肠道通透性，使细菌脂多糖（LPS）和淀粉样蛋白等进入循环，激活全身免疫反应，继而影响血脑屏障完整性，促进神经炎症，并可能加速β-淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白的异常积累。[19]

一项利用基因工程小鼠模型的实验研究发现，ApoE基因型与肠道菌群之间存在协同作用：在tau蛋白病变小鼠模型中，特定微生物组成与ApoE亚型共同影响了tau介导的神经退行进程，且这种作用呈ApoE基因型依赖性。[10] 需要强调的是，该研究为动物实验（小鼠），其在人体中的意义尚待验证。

⚠️ 证据层级说明

目前菌群与神经退行性疾病之间的研究证据大多来自观察性研究、动物模型和机制推断。在人体中证明因果关系——即特定菌群状态导致或保护神经退行性疾病——目前仍是未解之题，需要谨慎解读。

心理益生菌：调节轴的可能性

既然肠道菌群能影响大脑和情绪，研究者自然而然地追问：通过调节菌群，能否改善心理健康？这正是心理益生菌（psychobiotics）概念的核心。

心理益生菌指通过与肠道菌群互动而提供心理健康获益的活性微生物。[4] 一项涵盖多个精神和神经发育障碍（包括抑郁、焦虑、失眠、应激、自闭症谱系障碍和进食障碍）的系统综述发现，心理益生菌可通过影响神经递质代谢、HPA轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴）和炎症通路来改善相关症状。[4]

荟萃分析层面的证据也提示，益生菌干预可能改善情绪状态，但在样本量、菌株选择、干预时长等方面尚存在较大异质性。[1]

🔬 RCT证据：益生菌干预焦虑

一项纳入60名焦虑大学生的随机对照试验（RCT）发现，连续三周服用含特定乳酸杆菌菌株（JYLP-326）的益生菌产品后，受试者焦虑和抑郁量表评分改善，同时菌群构成出现相应变化。[6] 该研究样本量较小，结果需在更大规模研究中重复验证。

在慢性胃肠道疾病患者中，一项非对照试验发现，益生菌干预后焦虑和抑郁共病症状有所改善，但缺乏对照组限制了结论强度。[7] 研究者指出，不同菌株的效果可能差异显著，目前尚无统一的”最优菌株组合”方案。[3]

饮食：调节肠-脑轴最实用的杠杆

调节肠-脑轴的路径中，饮食是目前证据最为充分且最可直接干预的手段。膳食纤维是肠道菌群产生SCFAs的核心底物，而西式饮食（高糖、高脂、低纤维）则与菌群多样性下降和失调密切相关。[20]

🔬 高纤维饮食干预RCT：不止改善血糖

一项针对2型糖尿病患者的随机对照研究发现，高纤维饮食干预不仅改善了血糖稳态，还显著改变了肠道菌群组成、优化了血清代谢组，并同步减轻了焦虑和抑郁共病症状。[5] 这一结果提示，饮食对情绪的影响，部分可能通过菌群-代谢物-大脑通路来实现。

应激是影响肠-脑轴的重要调节变量之一。慢性应激通过改变肠道蠕动、肠道通透性和自主神经张力，直接重塑菌群生态，而重塑后的菌群又反过来放大应激反应。[20] 这意味着，睡眠充足、应激管理和规律饮食，在肠-脑轴层面具有协同意义，并非各自独立的健康建议。

ℹ️ 菌群友好的饮食方向（目前研究提示）
  • 多样化膳食纤维：为产SCFAs菌群提供底物，维持血脑屏障完整性。[18]
  • 发酵食品：富含活性益生菌，有助于维持菌群多样性。[11]
  • 色氨酸来源食物：为菌群调控的血清素/褪黑素合成提供原料。[20]
  • 减少超加工食品：减少菌群多样性破坏和肠道炎症负担。[12]

📌 要点回顾

  • 双向高速公路：微生物-肠-脑轴是肠道菌群与中枢神经系统之间的双向通信网络，整合神经、内分泌、免疫和代谢四类信号。[14]
  • 四条通道：菌群主要通过迷走神经、神经递质调控、短链脂肪酸（SCFAs）和免疫炎症信号影响大脑。[17][16][18]
  • 迷走神经是必要中继：动物实验表明，菌群通过迷走神经将肠道应激信号传导至大脑，切断迷走神经可阻断这一传导。[9]（小鼠数据，人体结论需谨慎）
  • 90%血清素在肠道：肠道是血清素合成的主要场所，肠道菌群深度调控肠道血清素产生，进而影响情绪相关神经信号。[16]
  • SCFAs守护血脑屏障：菌群发酵纤维产生的丁酸等SCFAs，通过上调紧密连接蛋白维护血脑屏障完整性，减少神经炎症。[18]
  • 菌群失调与抑郁相关：多项系统综述和观察性研究揭示了菌群构成与焦虑、抑郁症状的关联，但因果方向仍待更多RCT厘清。[2][8]
  • 心理益生菌有初步证据：多项RCT和系统综述提示益生菌干预可改善焦虑和抑郁症状，但菌株选择和最优方案仍不明确。[4][6]
  • 高纤维饮食是可操作的切入点：RCT证据显示高纤维饮食可同步改善菌群构成和情绪症状，膳食纤维是调节肠-脑轴最直接的饮食杠杆。[5]

📚 参考文献

  1. Zagórska A et al. (2020). From probiotics to psychobiotics – the gut-brain axis in psychiatric disorders. Beneficial microbes. PMID: 33191776
  2. Simpson C et al. (2021). The gut microbiota in anxiety and depression – A systematic review. Clinical psychology review. PMID: 33271426
  3. Smith K et al. (2021). Psychobiotics as treatment for anxiety, depression, and related symptoms: a systematic review. Nutritional neuroscience. PMID: 31858898
  4. Garzone S et al. (2025). Can We Modulate Our Second Brain and Its Metabolites to Change Our Mood? A Systematic Review on Efficacy, Mechanisms, and Future Directions of “Psychobiotics”. International journal of molecular sciences. PMID: 40076598
  5. Chen L et al. (2023). High-fiber diet ameliorates gut microbiota, serum metabolism and emotional mood in type 2 diabetes patients. Frontiers in cellular and infection microbiology. PMID: 36794003
  6. Zhu R et al. (2023). Psychobiotic [probiotic intervention in anxious students]. Frontiers in immunology. PMID: 37033942
  7. Dao V et al. (2021). Psychobiotics for Patients with Chronic Gastrointestinal Disorders Having Anxiety or Depression Symptoms. Journal of multidisciplinary healthcare. PMID: 34140777
  8. Mayneris-Perxachs J et al. (2022). Microbiota alterations in proline metabolism impact depression. Cell metabolism. PMID: 35508109
  9. Siopi E et al. (2023). Gut microbiota changes require vagus nerve integrity to promote depressive-like behaviors in mice. Molecular psychiatry. PMID: 37131071
  10. Seo D et al. (2023). ApoE isoform- and microbiota-dependent progression of neurodegeneration in a mouse model of tauopathy. Science. PMID: 36634180
  11. Góralczyk-Bińkowska A et al. (2022). The Microbiota-Gut-Brain Axis in Psychiatric Disorders. International journal of molecular sciences. PMID: 36232548
  12. Patel R et al. (2025). Gut microbiome-gut brain axis-depression: interconnection. The world journal of biological psychiatry. PMID: 39713871
  13. Wang Z et al. (2022). The microbiota-gut-brain axis in sleep disorders. Sleep medicine reviews. PMID: 36099873
  14. Ohara T et al. (2025). Microbiota-neuroepithelial signalling across the gut-brain axis. Nature reviews. Microbiology. PMID: 39743581
  15. Aburto M et al. (2024). Gastrointestinal and brain barriers: unlocking gates of communication across the microbiota-gut-brain axis. Nature reviews. Gastroenterology & hepatology. PMID: 38355758
  16. Qu S et al. (2024). Gut microbiota modulates neurotransmitter and gut-brain signaling. Microbiological research. PMID: 39106786
  17. Fülling C et al. (2019). Gut Microbe to Brain Signaling: What Happens in Vagus…. Neuron. PMID: 30897366
  18. Fock E et al. (2023). Mechanisms of Blood-Brain Barrier Protection by Microbiota-Derived Short-Chain Fatty Acids. Cells. PMID: 36831324
  19. Kowalski K et al. (2019). Brain-Gut-Microbiota Axis in Alzheimer’s Disease. Journal of neurogastroenterology and motility. PMID: 30646475
  20. Foster J et al. (2017). Stress & the gut-brain axis: Regulation by the microbiome. Neurobiology of stress. PMID: 29276734