第3章
肠道是你的第二大脑
如果我问你“你的肠道和大脑如何对话？”，你可能会说“当肠道感觉饥饿时，大脑会疲倦；当肠道感觉饱足时，大脑会精力充沛”。翻开本书前，你可能会认为，为大脑和其他器官提供燃料，就是肠道能做的一切了。但事实不止如此，让我们一起往下读吧。大脑无疑是人体器官中的超级明星，但肠道和肠道微生物组也理应得到更多的关注。此外，人们尚未充分认识到，自己的思想和情绪如何对身体的其他部分（包括肠道和肠道微生物组）产生深远的影响。
大脑的远端
大脑位于你的头部，它的大小相当于一小棵西蓝花。这个复杂的器官掌管着你的思想、情感和决策，还管理着你身体中的许多其他过程。就这些过程而言，你几乎感觉不到它们正在进行（除了你活着并有呼吸之外）。现在，让我们把注意力放在大脑与肠道之间的连接上。当你紧张激动时，你会感觉胃里翻江倒海；当你预感到自己即将赢得什么时，你会有一种来自肠道的“直觉”；而当你感到恐惧或焦虑时，你可能会有冲进厕所的冲动。新型冠状病毒大流行期间的一次疫苗试验，让我们清楚地看到了肠–脑连接。那是一段紧张又恐怖的日子，你可以想象一下，如果你成了第一批疫苗试验的参与者，会有什么样的感觉。在试验中，试验组接种了真正的新冠病毒疫苗，对照组则注射了安慰剂。两组参与者都不知道自己注射的究竟是什么。可是，在对照组中，有30%的人报告他们感到疲倦和头痛，10%的人有腹泻症状，还有一些人感到恶心和肌肉疼痛。由此可见，他们的恐惧、担忧和压力导致他们出现了肠道症状。也就是说，你的精神状态（包括压力、心情和情绪等）会改变你的感受，进而影响你的肠道。
肠道与大脑彼此相连
你的肠道和大脑可以相互交流。首先，它们在物理层面上就是彼此相连的。你的大脑和脊髓组成了中枢神经系统。它们既控制着你的有意识的决策，比如你什么时候想去某个地方走走，也控制着自动发生的无意识过程，比如心跳、呼吸和反射。此外，你还拥有一套覆盖身体其他区域的第二神经系统，比如肠道。与大脑和脊髓相似，这一系统也由神经元网络连接而成，这个网络宛如连接肠道、其他内脏、四肢及大脑的桥梁，而神经元之间通过电信号与化学信号（即神经递质）进行交互。尽管该神经系统结构复杂，但交感神经系统、副交感神经系统和肠道神经系统是其中的核心组成部分，值得我们深入探讨。该系统分为多个部分，我们重点关注的是交感神经系统、副交感神经系统和肠道神经系统。
“或战或逃反应”——交感神经系统：它负责人体对危险和压力的反应。它使血液快速流向肌肉、加快心率，让你做好战斗或逃跑的准备。
“休息和消化”——副交感神经系统：它就像交感神经系统的刹车，可以让身体回到休息和放松的状态。它能降低心率，并通过迷走神经促进消化。
“第二大脑”——肠道神经系统：它是肠道壁上的神经元网络，从食道一直延伸到臀部。它可以在没有大脑信号的情况下管理整个消化过程，对肠道健康来说至关重要。
肠道神经系统
大脑不会为你消化食物，肠道也不会写诗或解数学题，二者掌握着不同的功能，却有一些惊人的相似之处。大脑含有1 000亿个神经元，而肠道含有约5亿个神经元，这超过了身体其他部位的神经元数量，甚至比猫脑中的神经元数量还要多。而且，肠道的运转有着惊人的独立性，它是自己辖区的首席执行官，但仍然服从大脑的统一指挥。所以，肠道神经系统是我们的“第二大脑”。
让我们再深入了解一下肠道神经系统的作用：
• 控制肠壁肌肉的收缩，帮助推动食物和液体通过肠道。
• 释放信号，分泌消化液，帮助分解胃和上层肠道中的食物。
• 确保血液流向消化系统，以便输送氧气和营养物。
• 当肠壁被食物撑开时，它不仅能感知食物的存在，还能感知食物中的营养成分。
• 与免疫系统互动，有70%的免疫细胞生活在肠道中。
肠道神经系统肩负的任务极为繁重，因此它包含了各种类型的神经，其中每种神经都有不同的功能。这样一来，“第二大脑”就能实现对肠道运转全过程的精细调控，即便是最微小的环节也不例外。
肠道、大脑和迷走神经
肠道神经系统通过迷走神经与大脑直接相连。这条长长的神经是肠道和大脑之间不可或缺的连接线，在物理层面上将两个器官连接起来。这个双向神经系统能够帮助大脑了解肠道内发生的情况，尤其是在消化过程中，从而协调肠道运转。如果你想尽快联系上某人，你不会选择寄一封几天后对方才能收到的信，而是会立刻给对方打个电话。对你的肠道和大脑来说，迷走神经就是它们之间最快的通信方式。
迷走神经——肠-脑连接线
迷走神经是人体中最长的神经之一，它从大脑一直延伸到肠道和上半身的其他器官，是大脑与人体其他器官的主要沟通途径，堪称大脑的左膀右臂。
它不是一条单独的神经，而是在人体左右两侧各有一条，组成一对神经。左侧迷走神经从颈部左侧穿过上半身，而右侧迷走神经从颈部右侧穿过上半身。“迷走”（vagus）一词在拉丁语中的意思是“徘徊”（wandering），这个描述很贴切。
迷走神经从大脑向下延伸，并生成多个分支，像卷须一样伸向人体其他器官。如同首都通往其他各城市的道路一样，它连接着心脏、肺和肠道。如果大脑想了解心脏、肺和肠道的情况，就需要迷走神经传回相关信息。我总会将大脑和肠道想象成一对不眠不休的“双子星”城市，汽车、卡车和摩托车在繁忙的迷走神经高速公路上来回穿梭，运送物资、收发信息、开展贸易。两座城市相互依存，共同发展。和其他交通繁忙的公路一样，这条高速公路是双向的，这样车辆就可以安全地往返。大脑作为人体的首席执行官与肠道进行交流，你可能不会对此感到惊讶，但你会惊奇地发现，实际上有90%的肠–脑交流都是肠道在源源不断地向大脑反馈信息。拉斯韦加斯（Vegas），啊不对，是迷走（vagus）神经，确实夜夜笙歌。
在迷走神经高速公路上
大脑到肠道
来自大脑的信使传递着指令，它们不仅指示肠道肌肉收缩，推动食物在消化系统中顺畅前行，还巧妙地释放各种化学信号，确保生理功能的精确执行。
肠道到大脑
来自肠道的信使可以捕捉到肠道肌肉的收缩或舒张程度，它们会倾听并反馈来自部分细胞的信息，这些细胞仿佛微型的化学分析师，不断对肠道环境进行抽样检测，然后将分析结果上报给大脑。
肠道微生物组和大脑发育
想真正了解肠道微生物组和大脑之间的联系，我们需要追溯到婴儿时期的大脑。人类生命的最初几年，对于肠道微生物组和大脑的持续发育至关重要。
母亲的微生物组
大脑与微生物组的关系始于婴儿出生前。母体受孕两周后，胎儿的大脑就开始发育，这是最初的生命大爆炸。此时，你还没有蝌蚪大，是在母亲子宫内生长的一团细胞，被胎盘包裹着。
胎盘是怀孕期间形成的一个临时器官，在胎儿出生前一直支撑着胎儿的生长发育，并附着在子宫壁上。脐带将胎儿与胎盘连接起来，胎儿通过脐带从母亲的血液中获取营养、氧气和肠道代谢物。母亲的肠道微生物组在孕期会发生变化，并根据胎儿的需要调整微生物组的构成以及提供的能量，[1]帮助胎儿生长发育。
大部分大脑在婴儿出生前已完成了发育，比如神经管、大部分脑细胞和主要脑区。我们对肠道微生物组和大脑之间关系的了解，很多都来自小鼠研究。由没有肠道微生物组的母亲生下的小鼠，它们的免疫系统会出现问题，血脑屏障无法正常形成，而且它们很难调节自己的食欲与压力。[2]
禁止通过！
如同肠道屏障保护身体不受肠道中有害内容物的伤害一样，大脑也有类似的屏障，被称为血脑屏障，可以保护大脑不受外来入侵者的伤害，是一种包含紧密连接的高度选择性的半透性边界。
回忆一下《指环王》中的场景：甘道夫站在狭窄的桥上，挡住了炎魔的去路，霍比特人和其他同伴则跑到了安全的地方。这就是血脑屏障的作用！哪些物质能穿过血脑屏障？答案是：大脑渴求的最优质代谢物。哪些物质会被阻挡在外？无疑是那些有害的废弃物。血脑屏障很有原则性，因为它的通道非常微小，只允许小分子进入。不过，一些大分子（如葡萄糖，大脑的主要能量来源）也享有特权，但只有得到邀请才能进入。换句话说，它们必须走只为它们而开的特殊大门。
出生后，我们的肠道迅速生长并成形。不过，母亲孕期的微生物组对婴儿出生后的大脑发育会产生持续影响。将母亲的阴道微生物组（顺产的婴儿拥有这部分微生物组，它们就是婴儿肠道微生物组的种子）转移到剖宫产婴儿的肠道中，并在婴儿3个月和6个月大时进行测量，结果发现剖宫产婴儿的大脑发育得到了改善。[3]科学家根据母亲的微生物组，而不是婴儿自己的微生物组，能够更清楚地判断婴儿大脑的发育情况。[4]此外，母亲孕期的肠道微生物组也会影响婴儿的发育。科学家预测，如果母亲在妊娠晚期肠道微生物组的多样性较弱，那么她的孩子到了2周岁左右更有可能出现早期焦虑症状。[5]
微生物组和生命最初几年的大脑
即使在幼年时期，你的肠道微生物组也很重要。我们通过对小鼠的研究发现，如果饲养的小鼠没有肠道微生物组，它们的大脑，尤其是负责学习、记忆和情绪的脑区——海马，就无法正常发育。[6]
海马：负责学习和记忆的图书馆馆员
海马可以帮你处理和存储信息。就像图书馆馆员一样，它喜欢阅读和吸收新知识，然后将这些知识归档，以便有需要时轻松检索。不过，你可别跟它过不去，海马对你的情绪反应起着至关重要的作用。如果你不善待它，它就会影响你的情绪。
海马可以帮你：
• 形成记忆并将其归档；
• 学习新技能和新知识；
• 处理情绪和压力。
2周岁时，婴儿的肠道微生物组与他解读视觉信息（如识别最喜欢的球或泰迪熊）的能力，以及遣词造句、自我表达的能力有关。[7]
到了3周岁，婴儿的肠道微生物组与他的沟通能力和精细运动技能（如画画或拼简单拼图的技能）有关。[8]对从2个月大到10岁的孩子进行的肠道微生物组研究显示，肠道菌群的差异与他们的思维能力及多个脑区的大小有关，包括奖赏和冒险中心——伏隔核。[9]
我们出生时就已经拥有了大部分脑细胞，但10岁以后，脑细胞之间的连接仍会继续发育。其间大脑会修剪掉不太有用的连接，同时强化有用的连接，这个过程将一直持续到25岁左右。
肠道微生物组与成年人的思维能力
科学家继续对肠道微生物组与人类成年后的思维能力之间的关系展开了研究。一项针对26岁年轻人的小型研究显示，肠道菌群中特定有益菌占比较高的人，在智力任务方面的表现明显更好。[10]你的肠道菌群也可能帮助你的大脑终生保持活跃，是老而不衰的一个关键因素。随着年龄的增长，肠道菌群的多样性开始丧失。给老年小鼠补充年轻时的肠道菌群，可以逆转它们身体和大脑的衰老迹象，并改善它们的记忆力。[11]这是对“更新的肠道细菌，更新的你”的又一种诠释。
一荣俱荣，一损俱损
一项大型研究收集了超过11万名25~75岁的男性和女性的相关数据。[12]结果显示，排便次数较少（如便秘）的人大脑功能明显较差，相当于老了3年。经常腹泻也与大脑功能变差有关。在其中一项细分研究中，研究人员观察到排便次数与学习能力及记忆能力之间的关系。这种关系实际上受到了肠道微生物组的影响，该发现证明了肠–脑连接的重要性。
肠道细菌如何与大脑对话：肠–脑通路
肠道细菌与大脑的对话方式多种多样。有时比较直接，就像敲门打招呼一样；有时则不那么直接，信息可能会经由多方传递，还可能在传递过程中发生变化。这就像邮寄信件或口耳相传的过程中难免出现一些意外情况，导致最后的信息与一开始有些出入。
老鼠不是人类
为了了解肠道细菌究竟是如何与大脑对话的，科学家在小鼠或大鼠身上进行了实验。但是，我们在将这些研究成果应用于人类时须谨慎，毕竟我们没有尾巴，也没有毛皮。
尽管如此，小鼠和人类在遗传和基本生物学方面仍有一些相似之处，这使得许多发现与人类健康息息相关，这也是为什么在进行人体研究之前往往会先做小鼠实验。利用小鼠，我们能够探索某些在人类身上不可行或不符合伦理的研究领域，从而推动医学的进步。不过，所有研究结果都需要尽可能地在人类身上得到验证，以确保其可靠、适用。我们还应认识到，这是一个不断发展的新研究领域，只有不断地学习和探索，才能更全面地理解生命的奥秘。
畅通无阻的高速公路——迷走神经
迷走神经不仅从大脑延伸到肠道，甚至延伸到肠道内壁，即肠道微生物组所在的位置。这样一来，大脑就可以直接控制消化液的分泌、食物的吸收，以及其他影响细菌繁殖或死亡的因素。你的肠道细菌也会向大脑反馈信息，进而影响你对压力的感知、你的能量水平和情绪等。
神经递质
神经递质是大脑和神经系统的化学信使，能让神经元之间及神经元与其他细胞之间进行交流。这些微小但强大的分子对情绪的影响尤为显著，尽管它们的活动范围远不止于此，而是遍布全身。其中，最为人们熟知的神经递质莫过于血清素，它常被称为“快乐激素”。不过，可能让你感到惊讶的是，许多神经递质都是在你的肠道和大脑中产生的。事实上，90%的血清素和50%的多巴胺是在肠道微生物组的帮助下由肠道产生的。
“90%的‘快乐激素’产生于肠道。”你可能会在社交媒体上看到这句话，但事实并没有这么简单。在肠道中产生的血清素无法穿过血脑屏障到达大脑，也就无法直接影响你的情绪。[13]血清素硕大的体形无法通过血脑屏障中的紧密连接。它们好似一张特大号的沙发，不论你怎么摆弄，都无法把它抬进客厅。值得注意的是，这些神经递质在肠道中与其在大脑中发挥的作用并不相同：
• 大脑血清素：被称为“感觉良好”或“快乐”激素，它不仅会影响你的情绪和情感，还有助于调节你的睡眠和食欲。它可以抑制欲望，让你感到满足。许多抗抑郁药物通常都以它为靶点。
• 肠道血清素：主要由肠道细胞（在肠道细菌的帮助下）产生。它通过肌肉收缩来协调食物在肠道中的运动，帮助消化。
• 大脑多巴胺：被称为“我喜欢，再来一次”激素。它通常与快感、动力和奖赏有关，会在你做自己喜欢的事情（如吃美味的食物、听悦耳的音乐或看到可爱的小狗）时释放出来，也会激励你再次去做这些事。
• 肠道多巴胺：由“第二大脑”肠道神经系统产生。在肠道中，多巴胺有助于促使食物通过肠道，并辅助其余的消化过程，比如胃液分泌和血液流动。
• 大脑γ–氨基丁酸（GABA）：被称为“禅意”神经递质。它能让你感到平静，降低你的压力水平，并通过抑制神经元过度兴奋来帮助你入睡。
• 肠道γ–氨基丁酸：在肠道中，它主要起平衡作用，能让消化过程平静下来。这样它们就不会因过度活跃而超出所需，比如肠道肌肉不会过分运动，胃液也不会分泌过多。
• 大脑去甲肾上腺素：当你感到压力或受到威胁时，它会释放并激发你的或战或逃反应，让你更加警觉，心率加快，身体做好快速应对危险的准备。这一生理反应不仅会促使你立即采取行动，还会让你的注意力更加集中，感觉自己更有活力。
• 肠道去甲肾上腺素：与血清素和多巴胺一样，去甲肾上腺素也能促进肠道肌肉的收缩和放松，使食物通过消化系统。
虽然在肠道中产生的神经递质无法通过血脑屏障进入大脑，但科学家认为它们仍会间接地影响大脑，即通过免疫系统和迷走神经向大脑发出信号，[14]并通过这种方式间接影响情绪。在这方面，我们还需要做更多的研究，不过目前我们倾向于认为它们对大脑和情绪是有影响的。也许，时间会证明一切。
有趣的地方就在这里。
新的科学证据表明，你的肠道微生物组会影响你的身体如何使用那些构成情绪神经递质的基本成分。如果说一个完整的神经递质是一张特大号的沙发，它的组成成分就是扶手、座位、靠背和沙发脚等，它们必须组装在一起才能形成一张完整的沙发。这些基本成分非常小，可以穿过血脑屏障进入大脑，进去之后再组装成那张特大号沙发。神经递质的某些基本成分是氨基酸（如色氨酸和酪氨酸），它们存在于富含蛋白质的食物中，比如肉、鱼、蛋、豆类和豆制品。
没有色氨酸，大脑就无法制造血清素；而酪氨酸是用来制造多巴胺的。这些氨基酸大多在小肠中被吸收，但也有一些会进入大肠，到达肠道细菌的安身之处。肠道微生物组通过多种方式为大脑提供所需的色氨酸。一些肠道细菌能产生少量色氨酸，其他细菌则将这些氨基酸分解成可直接或间接向大脑发送信号的代谢物。[15]色氨酸等氨基酸还被身体用于其他目的，这些过程也受到肠道细菌的严格控制。[16]
让我们把色氨酸想象成厨房里的面粉。面粉可用于制作面包、饼干和蛋糕等不同食物。色氨酸主要通过三种方式被人体利用，我们可以把这三种方式想象成三家不同的面点店。第一家面点店用面粉制作饼干——血清素；第二家店用面粉制作蛋糕——向大脑发出信号的代谢物；第三家面点店规模最大，它用大部分面粉制作出两种类型的面包，其中一种对大脑功能有益，另一种则具有神经毒性，会对大脑造成损害。
你的肠道细菌会监管面点店之间的面粉分配，以及最大规模的面点店制作哪种类型的面包。这关系到你的情绪和认知能力（包括思维、记忆和决策能力等），抑郁症、肠易激综合征和神经系统疾病都与面粉的分配平衡被打破有关。[17]
肠道激素
肠道也会释放激素，以调节消化和食欲。肠道细菌会改变多种肠道激素的制造方式，并影响它们的作用方式，进而影响你进食的多少、你对食物的渴求，还有可能影响你对味觉的体验。[18]产生这些激素的肠道细胞与肠道神经系统相连，在肠道细菌的作用下，这些肠道激素可以通过迷走神经与大脑进行交流。
免疫系统
你的肠道细菌及其代谢物通过多条相互连接的路径向大脑中的免疫细胞发出信号。许多肠道细菌都栖息在肠道壁上的黏液层中，与邻近肠道屏障的神经元和免疫细胞密切接触。这些神经元和免疫细胞就像间谍一样，密切关注着一切动态，并迅速向大脑报告任何危险或可疑活动的迹象。肠道细菌就扮演着向间谍报告动态的角色。它们会影响免疫系统在全身范围内对危险的反应，以及免疫细胞如何向大脑发出信号。值得注意的是，肠道内有约70%的免疫细胞，而大脑中的小胶质细胞在免疫细胞中的占比约为15%。自婴儿期至成年，肠道菌群一直在塑造着小胶质细胞，并在关键时刻决定小胶质细胞能否迅速且恰当地做出反应。
肠道代谢物
肠道细菌能产生超过5万种代谢物，其中部分代谢物能穿透血脑屏障，直接对大脑产生影响，也能通过与免疫系统和肠道神经系统的交互，间接影响大脑。[19]这些代谢物能够调控血脑屏障的通透性，既保护大脑免受外界侵害，又能调节神经递质的水平。[20]在针对帕金森病[21]、阿尔茨海默病[22]及慢性压力的小鼠研究中，科学家发现它们肠道内短链脂肪酸的水平显著偏低。[23]
短链脂肪酸还能影响你的食欲。脑成像扫描显示，短链脂肪酸丙酸可以使甜甜圈、蛋糕和饼干等食物变得不那么受欢迎，从而缓解你对食物的渴求。[24]它们还可以通过影响饥饿激素和饱腹激素，让你感觉饱腹，平衡你的血糖水平，支持你的新陈代谢。[25]
小结
• 你的肠道和大脑之间有一个强大的双向交流系统，影响着彼此的功能。
• 你的肠道是你的“第二大脑”，内含复杂的神经元网络，如同大脑一般。
• 新证据强调了肠道细菌如何在肠–脑对话中发挥核心作用。
• 肠道微生物组通过多种方式与大脑展开交流，影响你的情绪和思维能力。
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