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如何利用微生物组-肠-脑轴,开发益生菌产品?

编者按:

随着社会生存压力的加大、生活节奏的加快,越来越多人面临着烦躁、抑郁、焦虑等问题。全球范围内,精神健康已经是一个不容忽视的突出问题。当前越来越多的科学证据支持了脑-肠轴的存在,精神益生菌也随之成为益生菌产品的重要赛道。

今天,我们共同关注缓解压力的益生菌。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

① 压力与肠道菌群

当人面对压力刺激时,机体内包括下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴和自主神经系统在内的压力响应系统就会开始发挥功能,不仅为应对压力做好准备,也会在压力消失后,帮助身体重新恢复到稳态。

不幸的是,当一个人面临着过多或长期性压力时,这些系统就会失灵,从而导致抑郁和焦虑等情绪障碍的患病风险增加。

压力会影响整个身体的生理机能,甚至影响肠道菌群的组成和功能[1]。然而,事实上,肠道菌群也会影响压力响应,不过这种复杂的压力响应机制最近才被发现。

将肠道和大脑联系起来的科学证据在持续增加。随着对肠道菌群如何影响压力的认识不断加深,人们对通过肠道来改善大脑健康的益生菌的兴趣似乎也在以相应的速度增长。

益生菌可以影响肠道菌群,从而获得心理健康的益处,并通过称为微生物组-肠-脑轴的复杂双向通讯途径影响应激反应[2]。

HPA 轴是机体的中枢压力响应系统,是肠道和大脑之间双向交流的途径之一。这种双向的通讯途径对于维持胃肠道(GI)、中枢神经和微生物系统的内稳态至关重要[3]。

如果要求科学家在他们的脑海中描绘一幅这个无限复杂的系统的地图,他们很可能会想到自主神经系统,包括肠神经系统和交感神经、神经内分泌系统、HPA 轴、免疫系统和其他各种代谢途径。

② 微生物组-肠-脑轴

肠道菌群能产生 γ-氨基丁酸(GABA)、去甲肾上腺素、多巴胺和血清素等神经递质以及色氨酸等神经活性氨基酸。这些神经递质和神经活性化合物可以通过微生物组-肠-脑轴,改变肠-脑信号(包括与响应压力相关的信号),进而影响行为。肠道中的其他微生物可以产生短链脂肪酸(SCFAs),这些短链脂肪酸与调节神经元功能和减少小鼠抑郁样行为有关[4]。

在神经系统内,压力可以激活 HPA 轴反应,触发激素产生级联反应,由大脑开始,最终导致皮质醇的合成和释放。而皮质醇可以调节影响肠道通透性的神经免疫信号反应。压力激素也可以激活肠神经系统(微生物与宿主胃肠道交界处的神经网络)的神经细胞,从而改变肠道环境,甚至改变肠道菌群的组成。

在肠道内,宿主与微生物的相互作用影响神经和免疫信号分子的释放,包括前面提到的神经递质和氨基酸、微生物副产物和代谢物。这些物质能够影响神经内分泌和免疫系统,反过来又通过肠神经系统和交感神经的信号传导,影响代谢途径,从而影响大脑功能甚至行为。

之前,研究人员利用无菌小鼠模型,证明了缺乏肠道菌群的小鼠会发生应激反应的改变。一些研究表明,与正常定殖小鼠相比,无菌小鼠的应激反应增强,且应激激素分泌过度。有趣的是,一旦被健康的细菌(如婴儿双歧杆菌)定殖,这些小鼠的应激反应就会趋于正常化[5]。

至于压力过大的人群,有确凿的证据表明,益生菌对大脑健康的影响与个体面临的潜在压力之间存在联系[6]。

例如,研究人员最近发现,在补充益生菌后,受到显著压力刺激的成年人表现出工作记忆提高,而没有受到任何压力刺激的相似人群却几乎没有改善;有研究结果表明,多种益生菌对健康女性的神经认知影响仅在具有挑战性的情况下表现出来,以减少压力对认知的不利影响。

③ 选择特定的菌株

营养补充剂行业的各个品牌都进行了深入的临床研究,旨在寻找能够持续缓解压力的微生物新成分。

其中一种从奶源分离的名为副干酪乳杆菌 Lpc-37(Lpc-37)的细菌是证据最为充分的益生菌之一。

Lpc-37 拥有 20 多个临床研究的支持。其中有一项随机、双盲、安慰剂对照临床试验,评估了七周内 Lpc-37 对压力和焦虑的疗效。该实验总共纳入了 120 名 18 岁到 45 岁的健康男性和女性[8]。所有的参与者被随机分配到实验组和对照组,分别给予每天 170 亿个菌落形成单位(CFUs)的 Lpc-37 剂或安慰剂,为期 5 周。

在第一次见面时,研究人员对参与者进行了筛选,随后进行了为期两周的导入期,其间参与者不能食用任何含有浓缩的益生菌或抗生素的产品。

在第二次见面时,研究人员建立了每个参与者的基准,之后参与者在五周内每天服用 Lpc-37 或安慰剂。

参与者第三次与研究人员见面是在服用 Lpc-37 或安慰剂 5 周后,他们接受了特里尔社会压力测试(TSST),这被认为是近 30 年来人类最有效和最可靠的实验室压力测试方案[9]。

结果表明,Lpc-37 具有显著的影响。从确定基准到研究结束,与安慰剂组相比,Lpc-37 试验组的感知压力显著降低(p=0.048)。在整个研究过程中,与安慰剂组相比,服用 Lpc-37 五周的女性在感知压力方面也有显著降低(p=0.049)。

此外,在参加此项研究中的高压力人群中,也可以观察到摄入 Lpc-37 的显著益处。根据整个研究过程中一系列的在线每日记录(包括两周的预处理和五周的干预),与安慰剂组相比,这些高压力参与者的睡眠恢复(一晚睡眠后的休息感觉)有显著改善(p=0.006)。

除了 Lpc-37,近年来,有越来越多的新菌株被证明具有缓解压力的潜力。比如,分离自内蒙古巴彦淖尔自然发酵酸牛乳植物乳杆菌 P-8 被证明或可通过增强肠道菌群的神经刺激活性,以缓解压力与焦虑[10]。

④ 平静是一种精神状态

微生物组-肠-脑轴是复杂的,但开发有效的大脑健康补充剂并不一定是复杂的。

在开发脑健康益生菌补充品时,配方师和制造商应选择那些已经被临床研究证明安全性和有效性的菌株。同时,他们还应对菌株进行规划和评估,以确保产品在保质期内的可用性。此外,还需要进行毒性测试,以确认食用的安全性。

通过将菌株与其它天然松弛剂搭配使用,制造商可以最大限度地提高终产品的益处,从而使其能够在市场上脱颖而出。

比如,可以考虑与西番莲(Passiflora invanta)、缬草(Valeriana officinalis)或柠檬香膏(Melissa officinalis)等植物药搭配,帮助消费者控制压力感。这将使得制造商能够开发出新的益生菌混合物,帮助他们在拥挤的市场上显得与众不同,同时帮助消费者感觉到平静。

人体配备了应对生活挑战的特殊工具,其中就包括微生物组-肠-脑轴,它能够每时每刻彻底控制人的情绪状态。利于维持肠道菌群的产品可以帮助消费者确保他们的“肠道感觉”,从而真正达到心灵的平静。

参考文献:

1.Bailey MT et al. “Exposure to a social stressor alters the structure of the intestinal microbiota: Implications for stressor-induced immunomodulation.” Brain Behav Immun. 2011;25(3):396-407.

2.Cryan JF et al. “The Microbiota-Gut-Brain Axis.” Physiol Rev. 2019;99(4):1877-2013.

3.Morais LH et al. “The gut microbiota-brain axis in behaviour and brain disorders.” Nat Rev Microbiol. 2021;19(4):241-255.

4.Schroeder FA et al. “Antidepressant-like effects of the histone deacetylase inhibitor, sodium butyrate, in the mouse.” Biol Psychiatry. 2007;62(1):55-64.

5.Sudo N et al. “Postnatal microbial colonization programs the hypothalamic-pituitary-adrenal system for stress response in mice.” J Physiol. 2004;558(1):263-275.

6.Papalini S et al. “Stress matters: Randomized controlled trial on the effect of probiotics on neurocognition.” Neurobiol Stress. 2018;10:100141.

7.Stenman LK et al. “Strain specific stress-modulating effects of candidate probiotics: A systematic screening in a mouse model of chronic restraint stress.” Behav Brain Res. 2020;379:112376.

8.Patterson E et al. “Lacticaseibacillus paracasei Lpc-37 improves psychologicaland physiological markers of stress and anxiety in healthy adults: a randomized,double-blind, placebo-controlled and parallel clinical trial” (the Sisu study).” Neurobiol Stress. 2020;13:100277.

9.Allen AP et al. “The Trier Social Stress Test: Principles and practice.” Neurobiol Stress. 2016;6:113-126.

10.Ma T, Jin H, Kwok L Y, et al. Probiotic consumption relieved human stress and anxiety symptoms possibly via modulating the neuroactive potential of the gut microbiota[J]. Neurobiology of stress, 2021, 14: 100294.

原文链接:

https://www.naturalproductsinsider.com/cognitive-health/influencing-microbiota-gut-brain-axis

作者|Elaine Patterson

编译|小牟牟

审校|617