空间环境，尤其是长期封闭隔离的环境，会让人长期处于一种慢性应激状态，这很容易诱发心理疾病。菌群-肠道-大脑轴（“脑肠轴”）在调节大脑功能，特别是情绪处理和行为方面起着关键作用。近年来，调节肠道菌群组成来改善和治疗神经精神疾病正逐渐成为一个研究热点。

近期，北航刘红教授团队在《Microbiome》发表了一项研究，这项研究借助“月宫365”实验来研究健康人的肠道菌群和情绪之间的相互作用，并确定了4种潜在的精神益生菌。

“月宫365”实验是北京航空航天大学2017年5月10日启动的，8名志愿者分批在“月宫一号”实验舱内，共历时370天，是世界上时间最长、闭合度最高的生物再生生命保障系统实验，实现了闭合度和生物多样性更高的“人-植物-动物-微生物”四生物链环人工闭合生态系统的长期稳定循环运转，且保持了人员身心健康。2018年5月15日，4位志愿者走出“月宫一号”实验室，北京航空航天大学“月宫365”实验成功结束。-百度百科

整个实验设计如图1所示：

图1. 研究设计示意图。

a “月宫1”的结构和 “月宫365”实验的任务安排。

b 实验工作流程

研究人员收集了103组心理学数据和相应的粪便样本进行相关分析。在多组学分析中，分别对103个、90个和56个粪便样本进行了宏基因组、宏蛋白组和代谢组分析的筛选。并用CUMS诱导的大鼠来分析和验证这些潜在的精神生物制剂对情绪的机制和影响。通过数据分析，研究人员发现Bacteroides uniformis、Roseburia inulinivorans、Eubacterium recale和Faecalibacterium prausnitzi与积极情绪显著正相关，与消极情绪负相关（图2e）。

图2e. 鉴定潜在的精神益生菌

B. uniformis是一种潜在的益生菌，最初是从健康的母乳喂养婴儿的粪便中分离出来的。在动物实验中，B. uniformis CECT 7771可以在体外诱导产生抗炎细胞因子，改善高脂肪饮食诱导的肥胖小鼠的代谢和免疫功能障碍。Roseburia属、Eubacterium属和Faecalibacterium属是人类肠道微生物群中最丰富的细菌，利用膳食和宿主提供的多糖影响人类健康，并产生促进健康的代谢产物短链脂肪酸（SCFAs）。SCFAs可以调节全身循环中的免疫细胞功能，并具有直接的神经活性特性。

在对宏基因组和宏蛋白组进行功能分析的基础上，研究发现许多与多糖代谢和SCFAs生产有关的途径，这些途径与潜在的精神生物制剂的变化明显相关（图3）。

图3. 潜在的精神生物制剂的宏基因组功能分析

在多组学分析的基础上，研究人员确定这些潜在的精神益生菌对情绪的功能机制是与神经系统功能有关的三个途径：第一，通过发酵膳食纤维，它们可能产生短链脂肪酸，如丁酸和丙酸；第二，它们可能调节天冬氨酸、谷氨酸和色氨酸等的氨基酸代谢途径（如将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸（GABA）；将色氨酸转化为5-羟色胺、犬尿酸或色胺）；第三，它们可能调节其他途径，如牛磺酸代谢和皮质醇代谢（图7）。

图7. 研究主要发现总结

此外，研究人员还通过动物实验验证了这些潜在的精神生物制剂对情绪的影响和机制。结果显示，这些潜在的精神生物制剂减少了CUMS诱导的大鼠的抑郁和焦虑样行为。

总结

在这项研究中，研究人员借助“月宫365”实验，研究了肠道菌群与情绪之间的相互作用，这一研究具有独特的优势，因为它可以最大限度地减少除情绪之外的其他因素（如饮食、生活方式和环境因素）对肠道菌群的影响，使得筛选潜在的精神益生菌成为可能。研究人员分析了粪便样本的情绪数据和多组学数据，鉴定出四种潜在的精神益生菌，并确定了这些潜在的精神生素对情绪的作用机制。动物实验表明，这些潜在的精神益生菌减少了CUMS 诱导的大鼠抑郁和焦虑样行为。此外，基于多组学分析的“太阴宫365”实验中发现的这些潜在的精神益生菌对情绪的大部分功能机制已在动物实验中得到验证。例如，增加SCFAs，调节氨基酸代谢途径，如谷氨酸和色氨酸，调节皮质醇代谢途径，都在动物实验中得到验证。此外，研究人员还发现了这些潜在的精神益生菌改善情绪的其他机制，例如产生其他小分子代谢物（例如，组胺、L-谷氨酰胺和盐酸去甲肾上腺素）并减少由 CUMS 引起的肠道通透性和炎症反应的增加，这在通过影响 ENS 和 CNS 来改善情绪。这项研究结果为未来开发基于微生物群的对策提供了基础，这些对策可以减轻未来人类在月球或火星上的长期太空探险中对机组人员心理健康的风险。该研究也为未来精神益生菌在神经精神治疗中的应用提供了必要的参考。