太空心理健康导航：肠脑轴与微生物组动态

Navigating mental health in space: gut–brain axis and microbiome dynamics

长期太空旅行对宇航员的心理健康构成了显著挑战，在太空飞行期间及模拟太空环境中都观察到了心理和神经方面的影响。地球上的研究已经强调了肠道微生物组与神经心理健康之间的联系，即所谓的肠脑轴。最近的研究表明，宇航员在太空飞行期间其微生物组发生了变化。本文探讨了这些微生物组变化与地球上心理健康障碍研究中观察到的变化之间的相似之处，重点包括各种太空相关压力源如何影响肠道微生物组、免疫反应和心理健康结果之间的复杂相互作用。例如，太空辐射和昼夜节律紊乱对微生物组的影响，以及免疫调节和肠道及血脑屏障完整性在通过肠脑轴塑造心理健康中的作用。

短链脂肪酸由肠道微生物组产生，已被证明能增强心理健康和认知功能，减少焦虑和抑郁行为，并提高学习和记忆任务的表现。某些肠道细菌代谢氨基酸以产生神经递质如γ-氨基丁酸（GABA）、血清素和多巴胺，这些物质不仅对肠道功能至关重要，还通过影响大脑调节情绪和行为。此外，肠道微生物组可以通过改变神经递质受体的表达来影响神经传递。除了这些影响外，大量研究表明，肠道微生物组在正常和压力条件下都能影响多种神经过程，包括神经发生、小胶质细胞激活和突触可塑性。

虽然肠道微生物群对神经元功能的影响已经被很好地确立，但在调节免疫系统方面，肠脑轴同样至关重要。肠道微生物与免疫系统的相互作用在塑造正常的脑功能和心理健康方面扮演着重要角色，进一步交织胃肠道和中枢神经系统功能形成复杂且相互依赖的关系。肠道微生物组调节免疫活动，因此这种免疫调节的中断可能会影响脑功能，可能导致情绪障碍如抑郁。在慢性肠胃炎模型中，肠道微生物群的调节成功地使与炎症相关的焦虑样行为恢复正常。肠道微生物组还可以直接影响免疫细胞的操作。在大脑中，肠道微生物群可以调节中枢神经系统主要免疫细胞——小胶质细胞的活动，从而影响压力反应。

越来越多的证据支持慢性压力会导致炎症和免疫功能障碍，这是情绪障碍的重要促成因素。许多研究报道了抑郁症患者循环促炎标志物水平升高，如循环C反应蛋白、白细胞介素（IL）-6、IL-1和肿瘤坏死因子α（TNF-α）。此外，最近的研究表明，由于脑内炎症信号的变化，体内炎症向脑部扩散会导致抑郁样行为。这个过程涉及炎症细胞因子激活大脑中的NF-kB信号通路，导致抑郁样行为，而糖皮质激素受体与NF-kB信号的复杂相互作用进一步调节这些效应。新兴研究鉴定出某些免疫标志物，如单核细胞衍生的MMP8，作为抑郁的可靠指标，得到临床前和临床数据的支持。研究表明，MMP8的升高是抑郁和压力相关行为变化的关键因素，其消耗减少这些效应，表明MMP8是一个潜在的治疗靶点。

肠脑通信的守门人：肠道屏障和血脑屏障

鉴于循环代谢物和免疫因子在肠脑轴及其对情绪障碍影响中的重要作用，探索如何调节这些元素变得至关重要。具体的屏障系统，特别是肠道屏障（GB）和血脑屏障（BBB），是这种调节的核心。这些屏障调节代谢物和免疫因子在肠道和大脑之间的通行，保持肠脑轴的完整性。这些屏障的破坏可能会增加渗透性，允许炎症介质和病原体进入大脑，加剧神经和精神疾病。因此，针对这些屏障系统的完整性和功能开发治疗干预措施是一条有前景的途径，旨在调节肠脑轴并减轻情绪障碍。

肠道屏障（GB）充当首要防线，并与肠道微生物组有密切关联。功能失调的GB会对身体产生不良的炎症影响，包括大脑，这些影响通常归因于肠道微生物组的扰动。实际上，应激引起的下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激活及随后的糖皮质激素分泌改变了GB的通透性。在慢性应激雌性小鼠中，应激破坏了GB的完整性，导致循环脂多糖结合蛋白水平增加，继而增加了焦虑和抑郁样行为。慢性应激还会通过糖皮质激素受体介导的转录抑制减少紧密连接蛋白claudin-1。相反，丁酸被认为可以增强肠道屏障功能。

同时，血脑屏障（BBB）作为大脑中的高度选择性过滤器，只允许特定的营养物质和化学物质从血液循环进入大脑。最近的研究表明，在慢性应激的小鼠模型中，受损的BBB（常称为渗漏BBB）可以诱发抑郁样行为。这种渗漏归因于紧密连接蛋白复合物成分claudin-5表达的减少，也在重度抑郁症患者中观察到。值得注意的是，单独敲低claudin-5足以诱导抑郁样行为，可能允许促炎细胞因子（如IL-6）和免疫细胞（如单核细胞和活化的T细胞）的通过，这可能导致行为缺陷。

总体来说，保持GB和BBB的完整性对于防止与应激相关的炎症和情绪障碍至关重要。鉴于这些发现，有理由推测这些生物屏障或相关血管系统功能的任何变化，尤其是在上述具有挑战性的太空环境中如辐射和微重力，可能对大脑功能和精神健康产生重大影响。虽然太空环境效应的确切机制仍然难以捉摸，但体育锻炼作为一种可修改的因素，对这些屏障有积极影响脱颖而出。锻炼增强了奖励处理脑区的神经元活动，并促进了抗炎细胞因子谱型。它通过增加星形胶质细胞密度和水通道蛋白-4水平来强化BBB，保护屏障完整性。锻炼还对GB有益，减少肠道免疫细胞中的炎症基因表达，提高抗炎因子和抗氧化剂水平。这些变化表明，运动引起的微生物组和全身健康改善可能为空间压力环境下的心理健康和福祉提供治疗潜力。

益生菌作为心理健康干预手段的潜在用途

最新研究表明，益生菌可能对心理健康产生积极影响。某些被用作心理健康益处的益生菌，被称为“心理益生菌”，已被发现能减少人类和动物的抑郁和焦虑症状。在动物研究中，益生菌治疗被发现能减少焦虑和抑郁样症状，一些乳杆菌和双歧杆菌菌株具有生产GABA的能力。口服补充双歧杆菌长型菌株被发现能使由慢性肠道炎症引起的小鼠焦虑样行为恢复正常。摄入乳杆菌菌株调节了小鼠的情绪行为和中枢GABA受体表达。双歧杆菌婴儿亚种被发现能调节无菌小鼠的过度应激反应，特别是通过逆转因物理约束而观察到的某些应激激素（如皮质酮）水平的升高。此外，口服瑞士乳杆菌和双歧杆菌长型菌株在大鼠模型中逆转了心肌梗死后的行为效应，减少了抑郁样症状并改善了社交互动。肠道微生物组与心理健康之间错综复杂的关系揭示了微生物组在人类健康中的多重作用。随着我们超越地球的探索，理解微生物组在太空环境中的行为和功能可能成为新的前沿领域，为人适应和在外星栖息地的福祉开辟了挑战和机遇之门。

结论与展望

太空旅行带来了独特的心理和生理挑战，强调了全面健康监测的迫切需求。这篇综述强调了在国际空间站上度过6至12个月的宇航员的肠道微生物组与地球上心理健康诊断个体之间的有趣相似之处。肠道微生物组通过与调节情绪和认知功能的神经化学物质相互作用影响心理健康，而且微生物群落组成的变化与焦虑和抑郁等疾病相关。然而，其潜在机制尚不清楚。了解太空环境中这些动态变化提出了支持外星栖息地中人类健康的新挑战和机遇。

鉴于太空中的微生物组变化可能影响心理健康，进一步研究其在太空中的作用，特别是其与免疫功能和心理健康的关系，至关重要。在诸如微重力、辐射和其他压力源等特定太空条件下的肠道微生物组、大脑和免疫系统之间的相互作用仍大部分未被探索。推进我们对这些系统在太空飞行中如何相互作用的理解至关重要。这些知识不仅将加深我们对微生物组在神经心理功能中作用的认识，还将有助于制定有效的风险管理策略，最终支持宇航员的长期健康和人类对太空的适应。

为了应对这些挑战，我们建议将常规微生物组测试作为一种非侵入性工具，用于早期检测宇航员的神经心理风险。通过将微生物组分析与心理评估（自我报告或同伴评估）和血液检测相结合，可以识别生理或认知不平衡的早期指标。侵入性方法，如血液分析中的生物标志物和激素，可以进一步增强这些见解，提供更全面的身体和心理健康理解。结合非侵入性和侵入性方法可能有助于早期检测和管理在太空环境中难以诊断的健康状况。

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