来自【肠道菌群探秘】
爱尔兰科克大学APC微生物组爱尔兰研究中心以及医学院解剖学和神经科学系María R. Aburto和John F. Cryan主要探讨了肠道微生物群与大脑之间的相互作用，尤其是肠道和大脑的屏障如何在这一过程中起到关键作用。
以下是文章的主要内容概述：肠道和大脑的交流：肠道微生物群被认为是肠道-脑轴之间交流的关键参与者，但微生物群如何影响肠道-脑轴的发展和功能的机制尚不清楚。屏障的作用：肠道和大脑的屏障，包括肠道上皮屏障、血脑屏障和脑脊液屏障，是维持这一轴线上不同区域严格稳态的专门细胞界面。屏障的进化：文章讨论了屏障在进化中的角色，以及它们如何帮助多细胞生物体与微生物群建立共生关系。肠道屏障：肠道屏障的主要功能是将身体与外部环境分开，同时促进营养物质的吸收。肠道上皮屏障由单层简单柱状上皮细胞或肠细胞组成。肠道微生物群与屏障功能：肠道微生物群在维持肠道屏障稳态功能中的重要性已被广泛描述。屏障功能失调与疾病：屏障功能失调被认为是肠道和大脑疾病的一个标志，可能是这些疾病共病性的基础。未来方向：文章提出了未来研究的方向，包括解开肠道微生物群与屏障之间沟通的分子和细胞基础，特别是在发展的关键时刻。结论：作者强调了对肠道微生物群调节屏障的理解，特别是对于理解胃肠和神经疾病的病原学可能至关重要。文章还包含了一些关键点，例如：肠道和大脑屏障是肠道-脑轴沟通的关键元素。屏障在进化中发挥了关键作用，使得宿主和微生物群之间能够进行物理隔离。肠道和大脑屏障在生理条件下具有不同的通透性水平，这对其功能至关重要。屏障是动态的，其功能会随着生命周期的变化而变化。临床前研究提供了微生物代谢产物影响屏障功能的直接证据，将肠道微生物群的改变与屏障功能障碍以及随后沿肠道-脑轴的异常物质传递联系起来。屏障失调在肠道和大脑疾病中已被证明是一个特征，并且可能是它们一些共病性的基础。文章的详细内容涵盖了从基础科学到潜在的治疗应用，强调了对这一领域的深入理解对于改善人类健康的重要性。
跨越进化的障碍作者讨论了生物进化过程中屏障的发展和它们在宿主与微生物群之间建立共生关系中的作用。以下是该部分的主要内容概述：微生物与宿主的长期关系：微生物对宿主生理学的影响源于微生物与多细胞生物之间长期的进化关系。多细胞生物的进化发生在微生物主导的生态系统中，因此每个多细胞生物形成了一个合作伙伴关系，宿主和各种微生物原核生物及真核生物（统称为微生物群）以协同的方式相互依赖。屏障的进化：随着多细胞生物的出现，为了与外部环境隔离，建立了简单的上皮细胞屏障，这些屏障通过细胞间的紧密连接限制微生物和溶质的通过。这些紧密连接，通常被称为封闭连接（occluding junctions），在动物界中普遍存在，表明它们具有古老的系统发育起源。细胞屏障的建立：这些物理结构的进化，称为分隔化（compartmentalization），是宿主用来与共生微生物建立控制关系的共同特征。肠道粘膜形成了宿主与肠道微生物之间的第一道细胞屏障，它通过多种组分支持屏障功能，并增强了肠道屏障在建立宿主-微生物共生关系中的作用。屏障的功能：屏障在进化中的作用是作为控制微生物群与宿主之间物理隔离的关键结构，同时允许与某些微生物的共生互动。这些屏障基于细胞间的紧密连接，这些连接在进化过程中通过不同的物种适应不同的生态位而发生了结构上的变异。屏障的动态性：尽管我们对肠道微生物群如何调节宿主生理过程的理解已经取得了进展，但关于微生物群与宿主之间沟通的分子和机制性质仍然存在许多未知之处。屏障与微生物群的相互作用：理解宿主与共生伙伴之间的合作应包括允许在进化过程中控制双方沟通的细胞屏障。
细胞间封闭连接（Occluding junctions）在屏障生物学中的作用和重要性封闭连接的定义：封闭连接是进化上古老的分子结构，它们介导细胞间的连接，封闭了细胞屏障中的细胞旁路（paracellular pathway），在屏障功能中起着关键作用。封闭连接的作用：这些连接的主要作用是作为“栅栏和大门”的功能：它们限制不需要的元素通过，同时紧密调节一些分子的通道。因此，封闭连接结构的改变可能对生物体有害。封闭连接在不同物种中的差异：在动物界中，尽管封闭连接的功能是保守的，但在不同物种中存在高度的结构变异，表明这些结构为适应不同生态位经历了进化重构。脊椎动物的紧密连接：在脊椎动物中，封闭连接被称为紧密连接（tight junctions），而在无脊椎动物中，它们被称为分隔连接（septate junctions）。紧密连接的分子组成：紧密连接由多种跨膜蛋白组成，如紧密连接蛋白（claudins）、闭合蛋白（occludins）和连接粘附分子（JAMs），这些蛋白与细胞质适配蛋白（如ZO-1和ZO-2）相关联，提供紧密连接与细胞骨架之间的结构联系。紧密连接的动态性：紧密连接是时空动态的大分子复合体，它们的组装和相互作用对于紧密连接的特性至关重要。紧密连接的信号传导功能：紧密连接也是关键的信号分子，作为传递信息到细胞的通道，影响细胞骨架动力学、细胞增殖、分化和基因表达。紧密连接的进化：一些无脊椎动物，如特定的节肢动物和尾索动物，也具有紧密连接和分隔连接，表明这些连接在共同祖先中被选为细胞旁路屏障的结构元素。微生物代谢产物对封闭连接的调节：研究表明微生物代谢产物在调节紧密连接分子组分中发挥作用，但具体的机制细节尚不清楚。
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