最新研究显示，单次短暂压力暴露与肠道菌群产生的有益化合物快速减少相关。发表在《Brain, Behavior, & Immunity - Health》期刊的研究同时发现，这些化合物在实验室环境中能保护肠道和大脑的细胞屏障免受损伤。该发现为压力引发的即时生物反应提供了新见解，揭示了即使短期压力源也可能影响生理机制的潜在途径。
科学家对肠脑轴——胃肠系统与大脑间复杂通讯网络的兴趣日益增长。这个系统不仅包含神经和激素，还包括免疫信号和微生物产物。其中关键成分是短链脂肪酸（SCFA），这是肠道菌群消化膳食纤维时产生的物质。
这些脂肪酸——主要是丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐——可影响肠道健康、炎症反应、大脑功能甚至情绪状态。虽然已有大量研究关注压力对身体的长期影响，但关于短期压力如何影响肠道和大脑的研究较少。本研究旨在探索急性压力是否改变短链脂肪酸的产生，以及这些变化如何影响机体屏障功能。
"我们长期关注压力对肠脑轴信号传导的影响。这是一个双向过程，肠道微生物既能调节宿主应激反应，压力暴露也能改变肠道微生物组的组成和功能。但我们对急性压力——慢性压力的基础单位——如何改变肠道的了解仍很有限。本质上，我们想知道压力下的肠道发生了什么。"研究作者、科克大学学院神经行为科学教授Gerard Clarke表示。
研究团队让小鼠经历15分钟的束缚压力测试。实验对象包括普通小鼠、无菌小鼠（缺乏肠道微生物），以及重新定植肠道菌群的无菌小鼠。压力暴露后，研究人员测量动物下肠道中各种短链脂肪酸及相关化合物的水平，并测试这些化合物对模拟肠道和血脑屏障细胞模型的影响，这些屏障对防止有害物质进入敏感组织至关重要。
压力暴露组小鼠下肠道中的丁酸盐和乙酸盐水平显著下降，普通小鼠和定植无菌小鼠尤为明显。这种变化在压力暴露后45分钟内迅速出现。研究还发现压力降低了膳食糖分解产物和其他微生物代谢物的水平，表明急性压力会干扰肠道菌群产生有益化合物的发酵过程，可能对宿主健康产生连锁效应。
"这里引人注目的发现是，急性压力暴露的后果很快就能在肠道中通过微生物代谢物的变化显现出来。"Clarke教授向PsyPost解释道，"这些结果在我们实验室早期工作基础上，为急性心理社会压力如何影响肠道通透性提供了潜在解释。"
为验证压力引起的代谢物减少是否具有功能影响，研究人员转向实验室细胞模型。他们将不同浓度的丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐应用于培养的肠道和脑细胞层，目标是观察这些化合物是否能抵御由脂多糖（已知会增加通透性和炎症的细菌分子）引发的屏障破坏。
结果显示特定浓度的丁酸盐和乙酸盐有助于维持肠道和脑细胞模型的屏障功能。例如，1毫摩尔和10毫摩尔的丁酸盐预处理显著预防了肠道屏障损伤，而10毫摩尔乙酸盐也具有保护作用。不过某些浓度的乙酸盐反而会加剧通透性，表明其效果可能因剂量和环境而异。
这些保护作用与紧密连接蛋白（维持屏障细胞连接的蛋白质）的变化相关。其中ZO-1蛋白在细菌挑战下减少，但短链脂肪酸处理部分逆转了这种减少。显微观察显示，丁酸盐和丙酸盐增加了细胞间连接处ZO-1蛋白的数量和结构复杂度，形成波浪状"褶皱"，可能代表更活跃或灵活的屏障。相比之下，乙酸盐虽然没有增加褶皱，但仍帮助恢复了整体蛋白水平。
研究人员还研究了这些脂肪酸如何影响已知响应它们的受体活性。具体而言，丁酸盐增加了FFAR2和FFAR3两种参与免疫和屏障调节的受体表达。这些受体被认为在维持肠道内膜健康方面起关键作用，缺乏这些受体的小鼠表现出更高的通透性和炎症反应。当前结果表明短链脂肪酸可能通过激活这些保护性信号通路部分稳定肠道屏障。
除研究脂肪酸如何保护屏障功能外，研究人员还试图理解压力为何首先降低脂肪酸水平。通过分析肠道内膳食糖分解产物，发现压力减少了细菌生成短链脂肪酸所需的关键底物供应。数据还显示压力可能促使微生物转向生成其他化合物（如多元醇），或增加宿主对脂肪酸的吸收，使其在下肠道无法积累。观察到的微生物能量代谢变化也取决于动物是否具有肠道微生物。这些发现指向压力后肠道环境的广泛扰动，可能影响微生物活动和宿主可获得的有益化合物。
"我们的肠道微生物就像小型工厂，其生产流水线持续产出微生物代谢物。"Clarke教授解释道，"其中一个关键信息是，压力体验也能被肠道微生物感知，这会导致微生物代谢物生产的变化——在这种情况下表现为短链脂肪酸的减少。我们的体外实验结果表明，像丁酸盐这样的微生物代谢物对维持肠道和血脑屏障功能至关重要。"
研究为短期压力如何改变肠脑信号传导提供了新见解，但研究人员承认存在局限。实验使用细胞培养模型测试屏障完整性，无法完全捕捉活体生物的复杂性。
"我们使用体外实验来理解短链脂肪酸是否可能成为肠道和大脑通透性变化的效应分子，但这些模型是对完整生物体内肠脑轴信号传导情况的简单模拟。"Clarke指出，"我们最近注意到，人类诱导多能干细胞（hiPSCs）等更复杂的技术能为未来研究提供更创新的模型。"
研究人员强调，理解急性压力如何影响短链脂肪酸等微生物代谢物，可能有助于解释肠脑轴在压力相关健康问题中的作用。由于这些代谢物受饮食和微生物组成影响，它们可能成为支持压力期间肠道和大脑屏障功能新疗法的靶点。例如，增强丁酸盐生产或模拟其保护效果的干预措施可能帮助缓冲压力引发的损伤。
"我们仍需了解急性压力暴露反复发生时肠道会发生什么变化，以及是否会产生成适应性或不良适应性后果，这对压力相关障碍至关重要。"Clarke补充道，"这要归功于杰出的博士后研究员Cristina Rosell-Cardona博士的卓越工作。Cristina 现在是 APC Microbiome Ireland 的 INSPIRE 研究员，将继续研究微生物代谢物在抑郁症（一种与微生物-肠-脑轴信号改变相关的压力相关障碍）中的作用。"
研究报告《急性压力诱导的短链脂肪酸改变：对肠道和血脑屏障的影响》，作者包括 Cristina Rosell-Cardona, Sarah-Jane Leigh, Emily Knox, Emanuela Tirelli, Joshua M. Lyte, Michael S. Goodson, Nancy Kelley-Loughnane, Maria R. Aburto, John F. Cryan 和 Gerard Clarke。
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