肠道微生物群直接合成血清素前体 揭示肠脑轴精微调控

生理学研究确证了人体胃肠道是血清素（5-羟色胺，5-HT）生成的主要场所，约占全身总量的90%，且该过程受到膳食摄入的显著调控。这一发现提升了肠脑轴的重要性，将肠道微生物定位为系统性生理调节中的关键生化执行者。研究明确指出，在人体肠道菌群中，特定菌株，特别是乳杆菌属（Lactobacillus）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）的成员，具备直接合成血清素的酶促系统。

微生物合成血清素的机制是通过对血清素通路中的关键中间体5-羟基色氨酸（5-HTP）进行脱羧反应实现的。例如，黏膜粘液乳杆菌（L. mucosae）和瘤胃联合乳杆菌（L. ruminis）组成的特定菌落被鉴定出能够直接将5-HTP脱羧生成生物活性血清素，并能促进结肠神经支配和调节肠道运动功能。此外，肠道微生物群还通过代谢产物间接影响宿主血清素水平。短链脂肪酸（SCFAs）等代谢物能够刺激肠嗜铬细胞（EC）上的色氨酸羟化酶1（Tph1）表达，进而促进宿主合成5-HT。肠嗜铬细胞通过感测细菌和食物刺激分泌血清素，调节肠道蠕动和分泌反射；研究显示，致病菌往往会增加肠道血清素信号，引发快速蠕动，可能导致腹泻，而血清素分泌不足则可能引发便秘。

尽管肠道是外周血清素的主要来源地，但中枢神经系统（CNS）的血清素合成依赖于必需氨基酸色氨酸能否成功穿过血脑屏障（BBB）。色氨酸必须与血液中其他大分子中性氨基酸（LNAAs）竞争进入大脑。为优化色氨酸的BBB转运效率，研究提出策略性的膳食干预，即摄入复合碳水化合物，如藜麦。摄入复合碳水化合物会刺激胰腺释放胰岛素，该胰岛素激增会优先引导竞争性的LNAAs进入外周肌肉组织，从而降低LNAAs在BBB转运体上的竞争程度。

这一机制使得血液中色氨酸相对于其竞争者的比例增加，促进了其向脑脊液的转运，在那里色氨酸可转化为CNS血清素。临床研究表明，富含碳水化合物、低蛋白的膳食相较于高蛋白膳食，能使色氨酸与LNAA的比值中位数提高54%，这体现了一种临床上显著的生化转变。这种由饮食、微生物活性和氨基酸转运共同构成的复杂相互作用，突显了肠脑轴在情绪调节和能量水平中的基础性关联。

营养失衡可能切断这一关键通讯链，例如，高脂肪饮食已被观察到会增加肠道血清素，但却矛盾地减少了调节情绪和记忆的大脑区域的血清素水平。此外，研究发现特定益生菌，如乳杆菌（Lactobacillus helveticus）和双歧杆菌（Bifidobacterium longum），与海马体和额叶皮层等大脑区域血清素水平的增加相关。肠道菌群失衡还通过合成γ-氨基丁酸（GABA）和多巴胺等神经递质，以及通过短链脂肪酸调节炎症和影响血脑屏障完整性，直接作用于大脑健康。肠道微生物组还能通过刺激迷走神经活动，直接向大脑发送信号，从而影响情绪和焦虑水平。

当前的科学证据将膳食选择定位为调节外周和中枢血清素可及性的直接杠杆，进而影响整体的生理和心理平衡。例如，在肠易激综合征（IBS）患者中，黏膜粘液乳杆菌（L. mucosae）的丰度显著低于健康人群，且其丰度与硬便比例呈负相关，这为通过微生态干预治疗功能性肠病提供了新的潜在靶点。