陳志杰，李 嬋，周玉婷，朱 晨，李漢成，霍楚瑩，羅超華，莫志賢

(南方醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)藥學(xué)院中藥藥理學(xué)教研室，廣東 廣州 510515)

目前，藥物成癮已成為當(dāng)今世界性的社會問題和嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題，在全世界范圍內(nèi)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會負(fù)擔(dān)。近年來，國內(nèi)外研究人員從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分子、核團(tuán)、腦區(qū)等多個(gè)層面來解析成癮和復(fù)吸的原因，并取得了一些令人矚目的進(jìn)展，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurophic factor, BDNF)在成癮中的差異化作用、成癮過程中沉默突觸的形成和成熟、成癮的表觀遺傳學(xué)作用、非編碼RNA和外泌體對藥物依賴的調(diào)控等。但在藥物成癮治療研究方面仍處于瓶頸階段，目前仍然缺乏有效降低復(fù)發(fā)率的治療措施，成癮傳統(tǒng)治療仍有較大局限性和副作用，不能有效降低成癮者的心理渴求。藥物美沙酮、復(fù)方丁丙諾啡等雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床，但美沙酮具有成癮風(fēng)險(xiǎn)，對新型毒品如苯丙胺類濫用治療無效；丁丙諾啡具有封頂效應(yīng)等，限制了藥物治療作用的有效發(fā)揮。因此，研制新型抗成癮藥物和尋找新的治療方法仍是解決成癮問題值得期待的有效途徑之一。

人體腸道菌群是一個(gè)復(fù)雜龐大的生態(tài)系統(tǒng)，腸道菌群總數(shù)量大約是人體細(xì)胞總數(shù)的10倍，它們與宿主存在著共生關(guān)系，共同維護(hù)宿主的生理平衡[1]。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物大腦和腸道間存在雙向信息交流，這種在不同層次上將胃腸道與中樞神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系起來的神經(jīng)-內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)被稱為腸-腦軸，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)、腸道內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。大腦可通過此軸影響胃腸功能，胃腸活動也可經(jīng)此軸對中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響，以實(shí)現(xiàn)胃腸道與大腦之間緊密連接的雙向神經(jīng)體液交流。腸道菌群與大腦之間可通過腸-腦軸進(jìn)行溝通，并調(diào)節(jié)大腦的發(fā)育和改變宿主的行為。因此，De Palma等[2]將腸道菌群和中樞神經(jīng)系統(tǒng)間的相互作用命名為“微生物-腸-腦軸”。隨著腸道微生物在神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病中的重要作用不斷被揭示，腸道菌群成為當(dāng)前腦科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。已有研究表明，腸道菌群參與調(diào)控大腦發(fā)育、應(yīng)激、焦慮、抑郁、認(rèn)知等中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動[3-5]。此外，腸道菌群能影響人類的欲望及情緒，菌群可以通過改變迷走神經(jīng)的神經(jīng)信號，改變味覺受體，產(chǎn)生毒素使機(jī)體感覺不好，或者釋放獎勵(lì)類化學(xué)信號使機(jī)體感覺良好，以操縱機(jī)體行為和情緒的改變[6]，而行為和情緒變化對毒品成癮至關(guān)重要，應(yīng)激、焦慮、抑郁等則是成癮發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，正確理解腸道菌群對宿主的影響，能使我們對行為和情緒的調(diào)控方式有全新和全面的認(rèn)識，對于防治神經(jīng)精神性疾病，干預(yù)藥物成癮的發(fā)生、發(fā)展都具有重要指導(dǎo)意義。本文就近年來腸道菌群與藥物成癮，及其相關(guān)神經(jīng)精神疾病之間關(guān)系的研究進(jìn)展做一綜述。

1 腸道菌群與神經(jīng)精神疾病的關(guān)系

1.1腸道菌群與抑郁癥抑郁癥是一種常見的危及生命并且高度復(fù)發(fā)的疾病，也是世界范圍內(nèi)致殘的主要來源。盡管抗抑郁藥物廣泛用于治療抑郁癥狀，但30%～40%的患者對當(dāng)前的藥物治療策略沒有反應(yīng)[7]。Jiang等[8]分析了46例抑郁癥患者[29例活動性抑郁癥(active-major depressive disorder, A-MDD)和17例反應(yīng)性抑郁癥(reactive-major depressive disorder , R-MDD)]和30例健康對照(healthy control, HC)的糞便樣本。與HC組相比，A-MDD組和R-MDD組中的擬桿菌、變形桿菌和放線菌的水平明顯增加，而厚壁菌則明顯減少。另外，MDD組的腸桿菌科和另枝菌屬(Alistipes)水平增加，糞桿菌屬(Faecalibacterium)降低，其中糞桿菌屬與抑郁癥狀嚴(yán)重程度之間呈負(fù)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)使得能夠更好地理解抑郁癥患者中糞便微生物群組成的變化。Kelly等[9]分別從抑郁癥患者和健康對照者的糞便中制備微生物群，并將其移植到微生物群缺陷大鼠模型中，通過觀察比較發(fā)現(xiàn)，抑郁癥與腸道微生物群落豐富性和多樣性減少有關(guān)，其中與健康對照組相比，抑郁癥患者腸道內(nèi)普雷沃菌科(Prevotellaceae)和普氏菌屬(Prevotella)明顯減少。抑郁癥患者糞便中的微生物群能誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生抑郁癥的行為和生理學(xué)特征，包括快感缺乏和焦慮樣行為，以及色氨酸代謝的改變。Zheng等[10]研究腸道菌群與重度抑郁癥(major depressive disorder, MDD)的關(guān)系，首先使用16S rRNA基因測序，對58名MDD患者和63名健康對照的腸道微生物群落進(jìn)行分析比較，以厚壁菌(Firmicutes)、放線菌(Actinobacteria)、擬桿菌(Bacteroidete)的相對豐度變化為特征，發(fā)現(xiàn)MDD組與健康對照組存在明顯差異；然后進(jìn)行糞便微生物群移植，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，來自MDD患者的微生物能使無菌小鼠產(chǎn)生抑郁樣行為；對含有“抑郁癥微生物群”的小鼠進(jìn)行宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析，以檢查腸道微生物群如何影響宿主代謝，發(fā)現(xiàn)其微生物基因表達(dá)和宿主代謝發(fā)生紊亂，如碳水化合物和氨基酸代謝。該研究表明，腸道微生物組的生態(tài)失調(diào)，可能通過宿主代謝介導(dǎo)的途徑，在抑郁樣行為的發(fā)展中起作用。

1.2腸道菌群與自閉癥自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)是一種嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育疾病，其特征是刻板行為、語言發(fā)育障礙和社會交往方面的缺陷。自閉癥患者常常存在胃腸道癥狀，如腹痛、腹瀉、便秘等，并通常伴隨腸道菌群改變，其中放線菌屬和擬桿菌屬豐度明顯提高[11]。Hsiao等[3]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠模型中胃腸道屏障缺陷和微生物群的改變，能引起ASD；口服人類共生菌脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)能糾正腸道的通透性、改變微生物的組成，并改善與ASD相關(guān)的溝通障礙、刻板、焦慮樣行為和感覺運(yùn)動行為缺陷。這些發(fā)現(xiàn)支持ASD的腸道微生物群-腦連接，并提示腸道的益生菌將成為自閉癥的行為癥狀的潛在治療方式。

1.3腸道菌群與阿爾茨海默病(Alzheimer′sdisease,AD) AD是最常見的神經(jīng)退行性疾病?，F(xiàn)代研究表明[12]，AD主要是由兩個(gè)因素引起的疾病：一是神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle, NFT)，主要由tau蛋白引起；另一種是由β-淀粉樣蛋白(amyloid protein β, Aβ)引起的，使大腦細(xì)胞外產(chǎn)生老年斑和腦血管淀粉樣變性。目前認(rèn)為主要由這兩種因素導(dǎo)致神經(jīng)元退化或死亡，促使AD的發(fā)生。近年來，關(guān)于腸道菌群和AD的研究逐漸被報(bào)道。Zhang等[13]比較了嚴(yán)格控制的無特定病原體條件下，不同年齡的野生型和AD模型小鼠的糞便微生物組和糞便短鏈脂肪酸(short chain fatty acids, SCFAs)組成，并且還對腸道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微觀研究。結(jié)果表明，AD小鼠的微生物群組成和多樣性受到干擾，并且AD小鼠中SCFAs水平降低，預(yù)測超過30種代謝途徑的改變，這可能與AD小鼠腸中的淀粉樣蛋白沉積和超微結(jié)構(gòu)異常有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，AD病理改變可能不僅直接影響腦功能，而且還可以改變腸道淀粉樣蛋白沉積，并誘導(dǎo)腸道微生物群的改變，從而降低SCFAs水平，加劇認(rèn)知缺陷。嚴(yán)重的淀粉樣變性和斑塊局部神經(jīng)炎癥是AD的關(guān)鍵病理特征。有臨床研究報(bào)道[14-15]，服用雙歧桿菌、乳酸菌可調(diào)節(jié)腸道菌群的微生態(tài)，改善AD患者的認(rèn)知能力，其機(jī)制可能與腸道菌群能夠產(chǎn)生外源性聚胺有關(guān)。聚胺不僅能夠抑制炎癥因子產(chǎn)生，還具有抗氧化作用。腸道微生物可以調(diào)節(jié)色氨酸的代謝，進(jìn)一步影響體內(nèi)5-羥色胺的含量，代謝產(chǎn)物促進(jìn)腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌血清素，從而調(diào)節(jié)AD神經(jīng)遞質(zhì)的平衡。這些研究數(shù)據(jù)可能支持腸道微生物群的作用，并提示AD治療干預(yù)的新途徑。

1.4腸道菌群與帕金森病(Parkinson′sdisease,PD) PD是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，通常影響運(yùn)動系統(tǒng)，但也與運(yùn)動性唾液、便秘、抑郁癥、睡眠障礙、冷漠、幻覺、癡呆等非運(yùn)動癥狀復(fù)合癥相關(guān)。Scheperjans等[16]發(fā)表了關(guān)于PD中腸道微生物群組成變化及其與臨床表型之間關(guān)系的研究報(bào)告。他們發(fā)現(xiàn)與正常對照組相比，PD患者中Prevotellaceae菌家族的豐度有所降低。作為共生物的Prevotellaceae菌參與腸黏膜層黏蛋白合成及通過纖維發(fā)酵產(chǎn)生神經(jīng)活性SCFAs。因此，Prevotellaceae菌豐度減少可以導(dǎo)致黏蛋白合成減少和腸道通透性增加，導(dǎo)致局部和全身更容易暴露于細(xì)菌抗原和內(nèi)毒素之中，這又會引發(fā)或維持結(jié)腸中過度的α突觸核蛋白表達(dá)，甚至促進(jìn)其錯(cuò)誤折疊，引起PD；同時(shí)在小鼠疾病模型和PD患者中，能觀察到腸道通透性的改變[17]。PD患者非運(yùn)動癥狀包括抑郁、焦慮、淡漠等精神異常癥狀，已有大量臨床或動物研究證明，抑郁、焦慮等精神疾病存在微生物-腸-腦軸調(diào)節(jié)異常，并且益生菌治療后可得到一定改善。遺憾的是，直接使用益生菌治療PD的報(bào)道尚不多見。

目前，大多數(shù)動物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)研究了腸道菌群在情緒焦慮癥模型中的作用，但重要的是，藥物濫用和情緒焦慮癥在人群中是高度共存的[18]。腸道菌群在神經(jīng)精神疾病上的突破，給我們研究治療藥物成癮提供了一種思路。

2 腸道菌群與藥物成癮的關(guān)系

2.1腸道菌群與酒精依賴Leclercq等[19]研究發(fā)現(xiàn)，酒精依賴心理狀況與胃腸功能障礙相關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這與腸道微生物失調(diào)、腸道通透性密切聯(lián)系，具體表現(xiàn)在與酒精依賴患者的抑郁、焦慮和酒精渴求嚴(yán)重程度相關(guān)聯(lián)，酒精依賴患者戒斷過程中腸道菌群構(gòu)成發(fā)生改變。給予大鼠腹腔注射抗生素后，腸道菌群發(fā)生改變，并且能改善酒精戒斷癥狀[20]。Xiao等[21]利用慢性酒精中毒和戒斷的小鼠模型，研究酒精攝入是否能引起腸道菌群組成改變以及酒精戒斷引起的焦慮和行為改變。研究發(fā)現(xiàn)，酒精的攝入沒有改變細(xì)菌的豐度，但改變了腸道菌群的組成；將酒精中毒和戒斷小鼠的腸道菌群移植到正常小鼠，能使正常小鼠產(chǎn)生酒精戒斷引起的焦慮行為。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與酒精成癮相關(guān)的BDNF、促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素Ⅰ 型受體(corticotropin releasing hormone receptor 1, CRHR1)和μ阿片受體基因1(μ-opioid receptor gene 1, OPRM1)的基因表達(dá)也通過移植來自酒精暴露供體的腸道微生物而改變。結(jié)果表明，腸道菌群組成的改變可能有助于改善酒精戒斷引起的焦慮。Peterson等[22]建立了新的酗酒動物模型，采用不依賴于直接給腸道施用物質(zhì)的方法，用乙醇蒸汽使小鼠產(chǎn)生酒精依賴，避免了酒精直接對腸道菌群產(chǎn)生的影響。將成年♂C57BL/6J小鼠暴露于慢性間歇?dú)饣掖?chronic intermittent vapourized ethanol, CIE)或空氣(對照)飼養(yǎng)4周。在暴露結(jié)束后，收集糞便樣品，進(jìn)行16S rRNA測序和生物信息學(xué)分析。結(jié)果表明，CIE暴露明顯改變小鼠的腸道微生物群，在CIE小鼠和對照之間觀察到Alistipes屬的明顯增加，梭菌屬IV與XIVb、Dorea和糞球菌Coprococcus明顯降低。乙醇蒸汽的作用表明，在胃腸系統(tǒng)之外施用的其他濫用物質(zhì)可潛在地改變腸道微生物群。當(dāng)前酒精依賴的內(nèi)在機(jī)制并未完全闡明，腸道微生物在酒精依賴上的研究受到廣泛關(guān)注，這也將可能成為解決酒精依賴的途徑。

2.2腸道菌群與甲基苯丙胺(methylamphetamine,METH)依賴Ning等[23]研究了攝入METH對大鼠腸道菌群的影響。通過16S rRNA基因測序分析了METH誘導(dǎo)的條件位置偏好(conditioned place preference, CPP)大鼠的腸道微生物概況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，METH CPP組的糞便微生物多樣性略高。METH CPP組中產(chǎn)生丙酸的分枝桿菌屬(Phascolarctobacterium)減少，而瘤胃球菌屬(Ruminococcaceae)、芽孢桿菌、梭菌和氣單胞菌增多。短鏈脂肪酸分析結(jié)果顯示，在METH給藥大鼠的糞便中，丙酸的濃度降低。這可能與瘤胃球菌屬的減少相關(guān)。在METH CPP組中，瘤胃球菌屬豐度明顯高于對照組，其豐度的升高可能與METH對認(rèn)知損害過程有正相關(guān)。迄今為止，還沒有系統(tǒng)地研究腸道菌群對藥物成癮的影響，該研究是首次研究服用冰毒和腸道菌群變化之間的關(guān)系。仍然需要進(jìn)一步的臨床和體內(nèi)研究，以更好地了解腸道菌群與藥物濫用之間的聯(lián)系機(jī)制，但這些發(fā)現(xiàn)表明，使用METH會引起腸道菌群的改變，腸道微生物群的操控可能是治療藥物成癮的一種合理方法。

2.3腸道菌群與可卡因依賴Volpe 等[24]比較了可卡因吸食者和非可卡因吸毒者腸道菌群的組成，發(fā)現(xiàn)與非可卡因吸食者相比，吸食者有更高豐度的擬桿菌和較低豐度的硬壁菌，吸食可卡因會引起腸道菌群的改變。在Kiraly等[25]的研究中，探索了腸道菌群對可卡因介導(dǎo)的行為的影響。為了確定腸道菌群的改變是否影響可卡因引起的行為變化和分子反應(yīng)，在可卡因處理前，在成年♂小鼠飲用水中加入了由4種非可吸收抗生素組成的雞尾酒飼喂，實(shí)驗(yàn)組小鼠的腸道菌群明顯減少，但腸道菌群的減少并沒有改變可卡因代謝或者血清皮質(zhì)酮的水平，這避免了非實(shí)驗(yàn)因素引起可卡因行為改變的可能。為了評估腸道菌群的抗生素的減少如何影響可卡因的應(yīng)答特性，研究者在抗生素組和對照組的小鼠中對可卡因進(jìn)行了無偏向CPP實(shí)驗(yàn)和運(yùn)動敏化的測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，腸道菌群減少的動物表現(xiàn)出對可卡因應(yīng)答的敏感性增強(qiáng)，并且對可重復(fù)使用可卡因的運(yùn)動敏化作用的敏感性增強(qiáng)。此外，該研究還檢測了實(shí)驗(yàn)組小鼠的萬古霉素血清濃度，結(jié)果提示上述實(shí)驗(yàn)的行為效應(yīng)是由于腸道菌群減少引起的，而不是由4種非可吸收抗生素組成的雞尾酒引起的全身作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充菌群發(fā)酵產(chǎn)物的SCFAs能逆轉(zhuǎn)抗生素誘導(dǎo)的行為表型。為了檢查與可卡因改變的行為敏感性相關(guān)的分子變化，研究評估了伏隔核中許多基因靶標(biāo)的轉(zhuǎn)錄物，發(fā)現(xiàn)這些行為改變與編碼大腦獎賞回路中重要突觸蛋白的多個(gè)轉(zhuǎn)錄物的適應(yīng)性相關(guān)。這項(xiàng)研究首次證明了腸道菌群的改變會影響對濫用藥物的行為反應(yīng)。目前，腸道菌群與可卡因攝入相關(guān)的研究報(bào)道極少，上述報(bào)道提示，利用益生菌和細(xì)菌代謝物的研究來確定調(diào)節(jié)微生物組，以減少服用可卡因行為，具有巨大轉(zhuǎn)化研究的潛力。

3 總結(jié)與展望

越來越多的研究聚焦于腸道菌群相關(guān)領(lǐng)域，關(guān)注人類與腸道微生物共生的相互調(diào)控機(jī)制。腸道菌群對人類的有益作用可能為我們治療相關(guān)疾病提供重要思路。綜上所述，一方面，腸道菌群在神經(jīng)精神疾病方面的研究被大量報(bào)道，其中也包括一些臨床研究，發(fā)現(xiàn)調(diào)控腸道菌群對神經(jīng)精神疾病進(jìn)行治療已經(jīng)成為可能。另一方面，腸道菌群與宿主的成癮行為密切相關(guān)。雖然中樞神經(jīng)系統(tǒng)及神經(jīng)細(xì)胞仍然是毒品成癮最重要的功能單位，但腸道菌群對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及作用不容忽視。借鑒神經(jīng)科學(xué)和精神病學(xué)領(lǐng)域以外的先進(jìn)方法，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)和成癮科學(xué)的研究模式，系統(tǒng)地研究腸道菌群對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其與藥物成癮的關(guān)系，將為揭示毒品成癮以及相關(guān)神經(jīng)精神疾病的生物學(xué)機(jī)制、發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶點(diǎn)提供大量有價(jià)值的參考信息，同時(shí)也為開發(fā)新藥、建立新的防治策略提供科學(xué)依據(jù)。目前，腸道菌群與藥物成癮之間關(guān)系的研究仍處于初始階段，大量的研究工作仍需進(jìn)行。值得注意的是，在藥物成癮的發(fā)生、發(fā)展中，成癮行為與神經(jīng)精神性疾病往往同時(shí)存在。這給予我們明確的提示，藥物成癮與許多神經(jīng)精神性疾病可能存在相似的神經(jīng)環(huán)路機(jī)構(gòu)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)。今后，我們可以借鑒“微生物-腸-腦軸”的研究模式，對腸道菌群在藥物成癮中的作用進(jìn)行深入研究，這或許能為藥物成癮研究開啟新的契機(jī), 推動毒癮醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。