色氨酸在肠道微生物群和肠-脑轴的作用

“微生物群-肠-脑轴”在维持宿主体内平衡方面起着基础性的作用，不同的免疫、激素和神经信号参与了真核生物和原核生物之间的域间通讯系统。5-羟色胺是中枢神经系统和胃肠道之间的双向通讯系统之间一种重要的神经递质。5-羟色胺的前体是色氨酸。宿主微生物控制色氨酸代谢产物犬尿氨酸代谢途径和产生生物活性色氨酸代谢产物。Gheorghe等人批判性地评估了在对色氨酸代谢的微生物调控和微生物群-肠-脑轴稳态的机械理解方面取得的最新进展，强调了色氨酸代谢在临床前和临床神经科学中的作用，以及在提高我们对色氨酸如何受到干扰的理解方面的挑战中所起的作用新陈代谢导致压力相关的精神疾病（Gheorghe, et al. 2019.）。

色氨酸是一种氨基酸，是人类饮食的重要组成部分。它在许多代谢功能中起着至关重要的作用。临床医生可以使用色氨酸水平来诊断各种代谢紊乱和与这些疾病相关的症状。此外，在抑郁症和睡眠障碍的治疗中考虑补充这种氨基酸，主要是因为色氨酸与5-羟色胺和褪黑素的合成有关。它也被用来帮助解决认知障碍，焦虑，或神经退行性疾病。5-羟色胺分泌减少与自闭症谱系障碍、肥胖、厌食症和神经性贪食症以及其他表现为外周症状的疾病有关。文献强烈提示色氨酸在脑-肠轴的正确功能和免疫学方面有重要作用。由于色氨酸在5-羟色胺途径中的作用，这一信息导致人们认为色氨酸是一种必需的膳食成分。色氨酸在饮食和营养补充剂中的可用性降低应比人们预期的更为关注（Kałużna-Czaplińska， et al. 2019.）。

Bosi等人提出必需氨基酸色氨酸作为作用于宿主和微生物群之间界面的几个分子的前体，是调节这种双向通讯轴的基础。在肠道中，色氨酸经历了3种主要的代谢途径，即5-HT、犬尿氨酸（kynurenine）和AhR配体途径，它们可能直接或间接受腐生菌群控制。色氨酸代谢物在胃肠道调节中的重要性已被一些临床前和临床研究所证（Bosi, et al. 2020.）实。必需氨基酸色氨酸对动物和人类的正常生长和健康都有贡献，重要的是，它在多个水平上发挥调节作用。色氨酸是5-羟色胺的唯一前体，是一种重要的单胺类神经递质，参与中枢神经传递和肠道生理功能的调节。此外，色氨酸可代谢成犬尿氨酸、色胺和吲哚，从而调节神经内分泌和肠道免疫反应。

犬尿氨酸途径在细胞能量生成和限制细胞衰老方面非常重要，因为它将90%的膳食色氨酸降解为必需的辅因子NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）。在产生NAD+之前，合成了具有神经活性（kynurenic acid，quinolinic acid）或抗氧化活性（3-羟基kynurenine，picolinic acid）的各种中间化合物。犬尿氨酸代谢物可参与多种神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病和帕金森病，或其他疾病，如艾滋病、癌症、心血管疾病、炎症和肠易激综合征。最近，肠道在影响大脑情感和认知中枢的作用引起了广泛的关注，包括作为肠脑轴的组成部分，即肠道、其微生物群和肠道病原体；色氨酸；对色氨酸可用性的犬尿氨酸途径；犬尿氨酸代谢物浓度的调节；以及肠道微生物群的多样性和数量（Dehhaghi, et al. 2019.）。

2、色氨酸代谢物与肠细菌

色氨酸代谢物在宿主微生物群中的作用是在健康条件下和疾病状态下肠道功能调节的基础。肠道微生物群落可能在改变肠-脑轴功能方面发挥着重要作用。许多微生物代谢产物（称为神经活性代谢物）被认为是通过色氨酸代谢而产生的。目前的研究主要集中在产生神经活性代谢物的微生物色氨酸代谢途径上。肠道微生物对色氨酸代谢的影响是调节色氨酸代谢的重要动力。色氨酸代谢在肠道微生物群调节大脑功能中的潜在作用包括5-羟色胺的合成和宿主的降解途径。肠道微生物群对色氨酸代谢影响方面的最新进展揭示了肠道微生物群调节色氨酸代谢的机制，以及随后对大脑功能的影响。以精神疾病为特征的研究为以色氨酸代谢为靶点来改善对这两种疾病发病机理的认识，以及基于传统药理学方法或基于使用预处理剂和益生菌来控制微生物区系的新治疗策略开辟了可能性。

Kaur等人对细菌基因组和公开的肠道微生物组数据进行了电子分析。结果表明，色氨酸代谢途径在五个肠道相关的门，即放线杆菌，硬壁菌，拟杆菌，蛋白细菌和梭杆菌。此外，五个属，即梭菌属、伯克霍尔德菌属、链霉菌属、假单胞菌属和芽孢杆菌属，已被预测在所分析的色氨酸代谢途径方面富集，这表明这些细菌群在肠道中代谢色氨酸的潜力更大。对神经系统疾病患者和健康人肠道样本的可用微生物组学数据的分析表明，不同的色氨酸代谢途径可能与不同疾病的病因有关。他们提出从该研究中获得的见解有望为神经疾病/疾病的基于微生物组的诊断和治疗方法的设计提供指导（Kaur, et al. 2019.）。