腸道通透性和腸腦軸
腸道屏障
正常的腸屏障由多層組成，包括腸道菌群和外部粘液層、上皮層和固有層，從外向內命名。
粘液由杯狀細胞分泌，充當機械保護層，還含有消化和抗菌酶及抗體，並會水合上皮層，並幫助其再生。
上皮層除了在吸收營養物質方面起著重要作用外，由於上皮細胞之間的緊密連接，也起到物理屏障的作用。此外，腸內分泌細胞分布在上皮層。這一層連同固有層也是體內最大的免疫細胞庫，即黏膜相關免疫細胞的宿主。上皮層的免疫細胞主要是CD8+淋巴細胞，而固有層的免疫細胞更為多樣，除了淋巴細胞外，還包括巨噬細胞、漿細胞、抗原提呈細胞和肥大細胞。
正常的腸道微生物群通過與有害細菌競爭食物和生長因子等重要資源來防止其定植。
如果正常腸道菌群的數量減少，例如由於抗生素治療，病原微生物就有機會在腸道上皮上定植。病原微生物產生的毒素和免疫反應產生的局部炎症可增加腸道通透性。例如，艱難梭菌能在缺乏正常腸道菌群的情況下定植於腸道，產生一種腸毒素，通過破壞肌動蛋白絲的聚集損害上皮緊密連接，從而增加腸道通透性。
保護腸道通透性的方式
腸道微生物群能夠增強腸道屏障功能的另一種方式是通過保護和改善上皮緊密連接。大多數支持微生物群在腸道屏障正常功能中的作用的證據來自研究，這些研究表明，益生菌治療可以降低胃腸道疾病模型的腸道通透性。例如，在結腸炎的實驗模型中，幾種益生菌包括乳酸桿菌、大腸桿菌，雙歧桿菌可以通過上調跨膜蛋白來降低腸道的通透性，而跨膜蛋白對保護上皮細胞之間的緊密連接非常重要。
研究還表明，使用這些益生菌治療可以提高粘液的生成，從而改善保護上皮層的物理屏障。細菌發酵產物也能在維持腸道屏障方面發揮重要作用。短鏈脂肪酸可以作為黏膜和上皮層的營養因子。
此外，正常細菌也能產生諸如胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）之類的營養肽，這些肽可以促進隱窩細胞和絨毛的增殖。
腸道通透性增加的危害
腸屏障功能受損，腸道通透性增加，可導致腸道細菌通過腸壁轉位增加，進入腸繫膜淋巴組織。
腸上皮細胞或黏膜免疫細胞暴露於細菌的增加可引起免疫反應，從而導致炎性細胞因子的釋放迷走神經和脊髓傳入神經元的激活。
炎症細胞因子和迷走神經系統反過來又能調節中樞神經系統和神經系統的活動。
此外，腸道通透性的增加也會增加代謝產物，如脂多糖或細菌產生的神經活性肽，的轉運，從而改變腸神經系統和中樞神經系統的活性。例如，脂多糖可以激活上皮細胞、腸道神經元上的Toll樣受體，脊椎中的感覺傳入神經元和大腦中的各種細胞，調節它們的活動並影響腸神經系統和中樞神經系統的功能。
雙向影響
腸道和大腦之間的相互作用是雙向的-中樞神經系統可以影響腸道通透性，而腸道通透性的增加反過來又會改變中樞神經系統的功能。
在應激動物模型和暴露於應激的人類受試者中，腸屏障受損。研究表明，急性和慢性應激都會減少腸道的水分分泌和增加離子分泌，從而損害上皮層和固有層免受有害細菌和傷害性化學物質粘附的物理保護。
下丘腦-垂體-腎上腺軸的激活和促腎上腺皮質激素釋放因子分泌增加、迷走神經系統活化改變、肥大細胞活化以及某些細胞因子（如IFN-γ、TNF-α和IL-4）的釋放被認為是這種相互作用的罪魁禍首。此外，應激可改變黏膜相關免疫細胞的功能，並導致抗原和細菌攝取增加。
已發表多項研究表明，在急性或慢性應激下，腸道微生物群的組成會發生變化，這反過來又會改變腸屏障的功能。關於神經精神疾病中腸屏障或胃腸道生理學的變化及其潛在機制的數據有限。
據報導，孤獨症兒童胃腸道症狀的頻率增加，但其機制尚不清楚。精神分裂症患者的腸道通透性增加，腸功能發生改變。情緒緊張和抑鬱已被證明會增加消化系統疾病的患病率。