腸道細菌降低大腦疾病患病風險的三種方法

1. 腸道細菌可以控制炎症發作。腸道細菌的平衡及多樣性可以調節身體炎症的發生。多種有益細菌的健康水平限制著身體及大腦中炎症化學物質的生產。如你所知，炎症是糖尿病、癌症、冠心病、阿爾茨海默病等退行性疾病的基礎。
2. 腸道細菌可以維持腸壁完整性並阻止腸道滲漏。腸道細菌失衡所造成的腸道滲漏會導致腸道中常見的多種蛋白質穿透腸壁並激發免疫系統。這種場景會激發免疫反應，從而再次導致炎症。我們現在知道，多種因素會提升腸道通透性，其中包括部分藥物、病原細菌、壓力、環境毒素、血糖升高以及麩質等成分。
3. 腸道細菌能夠製造有益於大腦健康的重要化學物質，其中包括腦源性神經營養因子、多種維生素甚至是穀氨酸和GABA等神經遞質。它們還能將多酚等食物來源的成分分解成更小的抗炎症分子，令其得以被吸收到血液中並最終對大腦起到保護作用。

炎症、腸道和強大的線粒體

為了完整講述炎症的循環，我們不得不細細觀察人體中線粒體的作用。線粒體是人體中微小的細胞器，它們存在於除紅細胞外的所有細胞中，並以三磷腺苷（ATP）的形式為人供給化學能量。線粒體具有自身的DNA，而當前科學認為線粒體來源於細菌的內共生，也就是說，線粒體曾經是獨立生存的細菌，而這種細菌最終寄居在人體細胞中併為細胞提供能量。線粒體DNA和細菌DNA一樣呈環狀，這和細胞核中的遺傳物質大不相同。

我們現在已經意識到，這種細胞器的功能可遠不止產生能量這麼簡單。線粒體可以對細胞核DNA起到非常重要的調控作用。鑑於線粒體的細菌來源及其獨特的DNA，它也應當被視為人類微生物組的一部分。健康的線粒體打造健康的人類。例如，在阿爾茨海默病、帕金森病甚至是癌症中，線粒體都發揮著重要作用。

1897年，德國醫生卡爾·奔達（Carl Benda）首次觀察到這種如微小的絲狀穀物般的亞細胞顆粒。線粒體的英文mitochondria就來源於希臘語的mitos（線）和chondrin（穀物）。（順便一提，儘管細胞核含有兩份DNA拷貝，但線粒體可能含有5～10份DNA拷貝。）

直到1949年，美國科學家尤金·肯尼迪（Eugene Kennedy）和阿爾伯特·倫寧格（Albert Lehninger）才發現了線粒體“能量工廠”的作用。基本來說，線粒體可以利用碳水化合物作為燃料並將其轉化為能量，從而驅動大多數細胞功能。通過這種反應產生的能量叫作有氧代謝，因為在這一過程中氧氣已被耗盡，就像點火燃燒一樣。但線粒體呼吸和點火燃燒這種在失控反應中釋放能量可不一樣，線粒體能量被儲存在ATP這種獨特分子中。富含能量的ATP繼而可被運輸到整個細胞中，並在特定酶的存在下，根據需求釋放能量。大腦、骨骼肌、心臟、腎臟和肝臟中的每個細胞可能都含有上千個線粒體，甚至在一些細胞中，線粒體能夠佔到整個細胞的40%。根據米蘭大學恩佐·尼索利（Enzo Nisoli）教授的說法，每個人都擁有超過1000萬個線粒體，這佔據了人體體重的10%。⁴⁰

為了便於理解，各位讀者需要了解一項根本事實，在產生能量的過程中，氧氣的利用效率十分之高。儘管細胞的確可以在缺氧條件下利用其他化學途徑來生產ATP，但這種厭氧代謝過程的效率僅是有氧代謝的1/18。這種極高的氧氣利用率可謂代價不菲。

線粒體工作過程中的一種重要中間產物就是與氧氣有關的化學物質—活性氧（ROS）。活性氧通常被視為自由基。（在嚴謹的科學描述中，“自由基”不僅指活性氧，它還包括類似的活性自由基家族—活性氮。為了簡化文字並遵循非科研出版物中的常用慣例，我們採用“自由基”這種表述來指代活性氧。）

當今世界的大多數人都很熟悉“自由基”這個詞彙，不管是美容雜誌，還是抗衰老護膚品廣告，自由基的字眼都十分常見。儘管自由基在體內的副作用已被妖魔化，但它在人體生理學中的確有多種積極作用。自由基參與了細胞凋亡的調控，而這是細胞發生自我毀滅的過程。儘管把細胞自殺的過程看作有利事件有點讓人費解，但凋亡確是重要而必需的細胞功能。細胞凋亡的英文apoptosis最初可追溯到希臘名醫希波克拉底（Hippocrates），它的最初含義是“葉的脫落”。直到1972年，阿拉斯泰爾·居里（Alastair R.Currie）在《英國癌症雜誌》（British Journal of Cancer）上發表的文獻中才首次賦予這個詞科學含義。此後，研究者們便採用這一詞彙來描述細胞被有意消除的過程。

比如說，沒有細胞凋亡，人類就不可能有五根不同的手指，因為在胚胎髮育時期，正是細胞凋亡的過程令肢芽得以分化成手指，從而令連指手套般的手掌發育成五指分明的手。細胞凋亡至關重要，它令人體得以擺脫大量持續出現的癌細胞。每天都有100億個細胞終止生命，為更新、更健康的細胞讓路。而線粒體在生產能量過程中製造的自由基就在細胞凋亡過程中發揮著作用。

和生命中的大多數事物一樣，細胞凋亡也有它的黑暗面。儘管在許多情況下，激活細胞中被毀壞的基因是一件好事，但當線粒體功能受損時，正常的健康細胞也能誘發細胞自殺的過程。實際上，這是一種神經元損傷的基礎機制，它會造成阿爾茨海默病、多發性硬化、帕金森病、盧伽雷病等神經退行性疾病。然而，大腦細胞的凋亡並不僅僅發生在這些疾病過程中。我們每個人在生命過程中都會不斷髮生大腦細胞凋亡，而這也與衰老過程中腦功能的整體下降有關。

直到最近，科學家們才開始同意，包括細胞凋亡在內的所有細胞功能都遵循細胞核的指示。但正如英國生化學家尼克·萊恩（Nick Lane）在《權力、性和死亡》（Power，Sex，and Suicide）一書中所說：“這種改變的程度無異於一場革命，顛覆著最初的範式。細胞核作為細胞的操作中心，控制著細胞的命運。從許多方面而言的確如此，但細胞凋亡是個特例。缺少細胞核的細胞仍能執行細胞凋亡。在這一驚人的發現中，正是線粒體控制著細胞命運—它們決定著細胞的生死存亡。” ⁴¹

所以，線粒體絕不只是供應能量的簡單細胞器。它揮舞著達摩克利斯之劍。毫不驚訝的是，它也很容易遭到炎症的損傷，尤其是腸道微生物群體發生混亂所造成的炎症。畢竟，鑑於寄居微生物與免疫系統的複雜相互作用，腸道可謂是炎症的源頭。所以，腸道細菌調控的炎症反應以及通過血液進入細胞和組織中的炎症分子，都會對線粒體造成攻擊。

此外，腸道細菌失衡的中間產物同樣會對線粒體造成直接傷害，轉而引發更激烈的炎症反應。當前的研究正在探索人類微生物組與線粒體疾病之間的聯繫，尤其是那些遺傳性線粒體疾病。線粒體疾病包括線粒體功能失調造成的一系列神經、肌肉和代謝紊亂。糖尿病、自閉症和阿爾茨海默病等多種疾病均可能與線粒體問題有關。在第5章中，我們會介紹線粒體功能失調對自閉症兒童的影響，以及腸道細菌在大腦疾病發生過程中的作用。

具備了線粒體價值的基本知識後，大家會很慶幸新的線粒體無時無刻不在生長。或許更重要的是，我們可以做出生活方式的改變來促進線粒體的增長，這一過程被稱作線粒體生物合成，從而改善人類微生物組的重要組成。可以刺激這一過程的生活方式因素包括從脂肪而不是碳水化合物中攝取更多的能量或卡路里（這也是《穀物大腦》一書的主題）、減少卡路里攝取和多參與有氧鍛鍊。在後文中，我會介紹關於改善線粒體及整個微生物組的更多細節。