肠道菌群与酒精使用障碍关系的研究进展☆

杜易珊 李琳 李婷 夏炎

酒精使用障碍（alcohol use disorder，AUD）是以精神和躯体损害为特征的慢性复发性脑病，包括酒精依赖和酒精滥用，患者表现为持续性或间断性酒精渴求、强迫性饮酒体验和停饮后戒断症状等。AUD由生物学因素和心理社会因素共同作用导致，其具体病因和发病机制尚不清楚。近年来，“微生物-肠-脑轴”在AUD中的作用越来越受到关注。研究表明AUD患者的肠道菌群失调，肠道菌群可通过免疫途径、内分泌途径和迷走神经等多种机制与大脑相互作用，影响患者的情绪、认知功能和饮酒行为[1]。本文就肠道菌群在AUD发病机制中的相关研究作以综述，旨在为AUD的病因学、诊断、治疗和预防提供新思路。

1 酒精使用障碍与肠道菌群失调

饮酒导致肠道微生物组成改变，即肠道菌群失调。动物酒精暴露模型肠道菌群改变的结果不一，大多表现为厚壁菌门和拟杆菌门丰度改变。KOSNICKI等[2]研究发现，酒精暴露大鼠比对照大鼠的肠道菌群多样性更低，其厚壁菌门丰度下降，拟杆菌门丰度上升；在特定属水平上观察到，两组乳酸菌（Lactobacillus）和副拟杆菌（Parabacteroides）丰度的差异最明显，实验组大鼠从连续酒精暴露后第4周开始乳酸菌丰度就有明显下降。XIAO等[3]发现，恒河猴的肠道菌群α多样性减少，表现为拟杆菌门和厚壁菌门丰度增加，柔膜菌门（Tenericutes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、螺旋体门（Spirochaetes）和其他门类细菌水平降低；戒酒后恒河猴肠道菌群有所恢复，但仍未达到对照水平。TSURUYA等[4]发现AUD共患直肠癌的患者表现出拟杆菌（Bacteroides）、双歧杆菌（Bifidobacterium）和瘤胃球菌（Ruminococcus）等专性厌氧菌水平显著降低；在属水平上，拟杆菌属、真细菌以及Anaerostipes减少，而链球菌 （Streptococcus）和一些次要的物种，如粪芽孢菌（Coprobacillus）属相对丰度有所升高。ADDOLORATO等[5]研究发现，与对照组相比，AUD患者肠道菌群α多样性降低，阿克曼氏菌（Akkermansia）减少，类杆菌增加，且这两个菌群对AUD患者的鉴别准确率达到93.4%。尽管上述研究结果存在一定差异，但均提示AUD可导致肠道菌群改变，其相关机制尚不清楚。

2 肠道菌群参与酒精使用障碍的途径

2.1 免疫途径既往研究发现AUD患者存在慢性轻度全身炎症，越来越多的证据认为肠道菌群可能参与这一过程[6]。关于AUD患者肠道菌群组成改变的研究发现，AUD患者和慢性酒精暴露小鼠模型均表现出促炎微生物增多，如变形杆菌丰度增加及正常共生细菌减少[7]。酒精暴露会损害肠道屏障的完整性，导致肠道通透性增加和细菌及细菌产物移位，主要是脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）和肽聚糖等细菌内毒素穿过受损的肠道屏障移位到循环系统中，与免疫细胞表面的Toll样受体 （Toll-like receptors，TLRs）结合并激活免疫细胞，使其合成并释放一系列促炎细胞因子，外周炎性因子通过血脑屏障诱导大脑中的小胶质细胞或星形胶质细胞活化，从而引起神经炎症。POSTERARO等[8]研究发现，与对照组相比，酒精暴露大鼠肠道微生物结构发生明显改变，血清转氨酶和LPS水平升高，且这些变化在戒酒6个月内持续存在，瘤胃球菌、嗜热球菌（Coprococcus）和链球菌的丰度差异最明显。炎性因子是肠脑沟通的重要媒介，其到达中枢神经后可影响患者的焦虑抑郁情绪、认知功能和饮酒行为。LECLERCQ等[9]发现AUD患者肠道通透性和LPS浓度显著升高，且肿瘤坏死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素 6（interleukin 6，IL-6）水平与其抑郁焦虑症状和酒精渴求程度呈正相关；酒精戒断后AUD患者肠道通透性和LPS浓度恢复正常，抗炎细胞因子IL-10水平与抑郁焦虑和酒精渴求分数呈负相关。以上研究说明炎性因子水平、肠道菌群和AUD临床症状之间存在联系，肠道菌群可能通过免疫途径在AUD的发生发展中发挥重要作用，这为进一步探索针对AUD肠道菌群的抗炎治疗提供了理论依据。

2.2 内分泌途径

2.2.1 下丘脑-垂体-肾上腺轴 下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）是参与应激反应的主要神经内分泌系统之一，AUD患者存在HPA轴功能障碍，HPA轴失调导致的压力反应与酒精成瘾密切相关。BRAVO等[10]发现长期使用鼠李糖乳杆菌（lactobacillus rhamnosus）治疗能够降低应激诱导的皮质酮水平，并减轻HPA轴对应激和焦虑样行为的反应，特定菌属的相对丰度与HPA轴对压力的适应能力显著相关。高脂饮食会引起肠道菌群改变，使HPA轴活性下降，导致小鼠出现焦虑、抑郁相关行为，这与酒精戒断时小鼠的行为表现相符，将高脂饮食人群的粪便移植到小鼠肠道内也可以出现上述现象，而这些行为通过抗生素治疗后可以得到改善[11]。由此推测肠道菌群可能通过调节HPA轴平衡，对AUD患者的压力反应、情绪及行为产生影响。研究发现LPS与Toll样受体之间的相互作用对于维持皮质醇平衡至关重要，TNF-α、IL-1β和 IL-6等炎性因子可以激活 HPA轴[12]，这些炎性因子在AUD患者中发生改变，推测肠道菌群可通过免疫途径影响HPA轴水平。HPA轴异常对于AUD的发生发展及临床表现具有一定病理生理意义，可成为AUD的治疗靶点，其具体机制还有待探索。

2.2.2 神经递质 一些细菌菌株可以改变肠腔中神经递质前体水平，甚至可以独立合成或调节许多神经递质，包括5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、γ-氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）、谷氨酸（glutamic acid，Glu）和多巴胺（dopamine，DA）等[13]，这些神经递质参与 AUD 的形成、戒断和复发，在成瘾的发生发展中起重要作用。肠道菌群通过影响肠嗜铬细胞的数量和功能来影响5-HT释放，假丝酵母菌、链球菌、大肠埃希菌、肠球菌等也在5-HT的合成中发挥重要作用[14]。给小鼠喂食瑞士乳杆菌后其中枢神经系统5-HT水平降低，且认知功能和焦虑样行为得到改善[15]。研究发现拟杆菌、空肠弯曲菌、乳酸菌和双歧杆菌等与Glu、GABA的合成、代谢和浓度变化有关[16]。JADHAV等[17]研究表明许多属水平的细菌，如梭状芽孢杆菌、瘤胃菌属和毛螺菌属，与AUD的严重程度呈正相关，也与多巴胺D1受体mRNA表达增加和多巴胺D2受体mRNA表达降低有关。XU等[18]研究表明小鼠在慢性酒精暴露期间，粘放线菌、Allobaculum菌属和尿杆菌属丰度增加，且与小鼠前额叶皮层脑源性神经营养因子 （brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和 GABAA受体 α1 亚单位（α1GABAAR）的表达降低相关，导致酒精诱导的焦虑抑郁样行为增加，提示AUD肠道菌群改变与酒精诱导的行为改变有关。ZHAO等[19]研究发现，AUD患者的肠道菌群与健康对照明显不同，接受AUD患者粪便菌群移植的小鼠出现类似酒精依赖的状态，表现出焦虑抑郁样行为增加，社交行为减少和自发的饮酒偏好，并发现 BDNF、α1GABAAR、代谢型谷氨酸受体1和蛋白激酶C表达降低可能是其机制之一。益生菌的摄入会导致大鼠脑BDNF和谷氨酸受体表达增加，进而影响焦虑抑郁情绪、认知功能和成瘾行为的调节[20]。肠道菌群变化复杂，并与神经递质的合成和释放有关，未来还需要更多的研究来进一步阐明肠源性神经递质如何到达大脑并直接影响情绪、认知和行为。

2.2.3 细菌代谢产物 短链脂肪酸 （short-chain fatty acids，SCFAs）是由膳食纤维和氨基酸发酵产生的肠道细菌代谢物，主要包括乙酸、丙酸和丁酸等，其在免疫炎症反应、内分泌和神经递质调节、细胞能量代谢和基因表达中起着重要作用，SCFAs与肠-脑通路的相互作用可影响情绪及认知功能[21]。SCFAs可通过刺激双歧杆菌生长，同时抑制革兰氏阴性兼性厌氧菌，影响肠道菌群。BJØRKHAUG等[7]通过人群研究发现，AUD患者粪便样本中丁酸的含量和浓度比对照低，变形杆菌丰度与丁酸、乙酸、戊酸和SCFAs总量呈负相关，此外粪杆菌属（Faecalibacterium）丰度与丁酸浓度呈正相关，与异丁酸和异戊酸呈负相关。LEE等[22]研究发现，服用含有各种微生物的发酵饮料的小鼠表现出丁酸和丙酸等SCFAs含量增加。SCFAs可通过诱导T调节细胞（Treg）分化、调节白细胞介素分泌和影响血脑屏障的完整性来影响全身炎症反应[23]。XIE等[24]发现酒精暴露会降低大鼠肠道的丁酸水平，补充丁酸盐可以预防短期酒精暴露引起的肠道损伤。小胶质细胞是中枢神经系统内的固有免疫细胞，SCFAs可影响小胶质细胞的生长和发育，进而促进神经炎症的发生。丁酸盐能降低小胶质细胞的活化，并抑制LPS诱导的促炎细胞因子分泌和减少小鼠抑郁样行为[25]。 此外，SCFAs可调节 DA、Glu、GABA 和 5-HT等神经递质水平，进而影响AUD患者的情绪和认知功能；SCFAs还可诱导肠道衍生肽，如胃饥饿素、神经调节肽、肽YY（PYY）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的表达[21]，这些肽不仅可以调节食欲，而且参与物质奖赏机制，在酒精成瘾和戒断中发挥重要作用[26]。肠道菌群的代谢产物SCFAs可直接或间接参与AUD的发生或发展，为进一步探索肠道菌群在AUD中的作用机制奠定了基础。

2.3 迷走神经迷走神经是人体内分布最广泛的一对脑神经，也是肠道与大脑信号交流的主要通路之一，可以介导肠道通透性改变、免疫炎症反应、内分泌信号传递和肠道反射活动等[27]。研究表明，这些迷走神经介导的效应也受到肠道菌群影响，肠道菌群的状态可直接或间接通过迷走神经投射到大脑孤束核（nucleus tractus solitarius，NTS），NTS中的神经元进一步投射至许多二级投射点，进而影响情绪、认知和行为等生理过程[28]。BRAVO等[10]给小鼠喂食鼠李糖乳杆菌后发现小鼠的焦虑样行为减少；而在切断迷走神经后，鼠李糖乳杆菌的抗焦虑作用消失，表明肠道菌群产生的信号肽可直接通过迷走神经影响脑功能和小鼠行为。另外，肠道细菌产生的5-HT等神经递质及肠内分泌细胞产生的胆囊收缩素、GLP-1、PYY等物质可以激活迷走神经传入纤维，将肠道菌群信号传入大脑，调节宿主的脑功能。肠道菌群通过迷走神经与大脑进行双向交流的机制也是AUD未来研究的重要方向。

3 小结

肠道菌群与AUD的相关研究比较有限，但目前研究已经发现AUD可引起肠道菌群，特别是厚壁菌门和拟杆菌门丰度的改变。本文主要从神经免疫、神经内分泌和迷走神经三大途径阐述肠道菌群在AUD中可能的作用机制，不同途径之间可能存在相互作用，交织构成微生物-肠-脑轴，共同影响AUD的发生发展。肠道菌群受饮食、药物和环境的影响较大，个体间变异程度高，如何控制这些影响因素和扩大样本量是未来研究需要关注的方向。现有研究大多采用16S基因测序技术，对菌群的鉴别无法达到种水平，限制了菌群区分的精确度，使机制研究仍停留在现象学水平，无法深入探究AUD与肠道菌群的具体发病机制及因果关系。未来的研究可以将宏基因组测序和脑影像学、代谢组学、蛋白组学、粪菌移植等方法相结合，进一步深入研究肠道菌群与AUD的关系。