肠道微生物群在人类代谢健康和疾病中的作用
转载 发布时间:2022-07-11 浏览次数: 325 来源:

核心提示:环境对人类健康和疾病风险的影响,很大一部分可能是由微生物群落调解或改变的。大多数居住在人类的微生物都存在于肠道内,并受到出生方式、婴儿喂养、生活方式、药物和宿主基因的影响。


  环境对人类健康和疾病风险的影响,很大一部分可能是由微生物群落调解或改变的。大多数居住在人类的微生物都存在于肠道内,并受到出生方式、婴儿喂养、生活方式、药物和宿主基因的影响。


  然而,世界上相当一部分人口,主要是由于过度食用加工过的高能量食品、城市化带来的久坐不动,以及经常与吸烟成瘾相结合的懒惰闲暇时间,他们的新陈代谢健康状况不佳,甚至很差。

  肠道细菌可产生多种生物活性代谢物,通过吸收进入肝肠循环进入宿主血液。我们评估了一系列最近发现的肠道微生物群的衍生化合物,及作为肠道微生物群与宿主代谢之间的信使,其在人体日常运转和疾病状态下的潜在作用。

  肠道细菌和古生菌的相对分布因个体而异,部分原因是菌株水平的多样性,微生物生长速率和微生物基因内结构变异的差异,部分原因是由环境暴露和宿主基因造成相当大的个体间差异的影响。出生方式和母乳喂养方式建立了婴儿肠道的微生物群,在儿童时期随着暴露在环境中而逐渐成熟。

  成熟的健康肠道微生物核心功能包括生成糖胺聚糖降解酶,通过复杂多糖发酵和特定脂多糖合成产生短链脂肪酸,以及一些必需氨基酸和维生素的生物合成。

  一个系统研究表明,饱和或单不饱和脂肪含量高的饮食结构对微生物群有负面影响,而多不饱和脂肪含量高的饮食结构对微生物群则没什么影响。高多糖饮食结构也会改变肠道菌群,结果便为粪便、血清或尿液中短链脂肪酸的浓度增加、体重减轻、细胞因子和代谢的改善。

  增加体力活动的干预措施也是适用的,在某些情况下,还会增加肠道微生物组的可传播变化,这其中包括乳酸和支链氨基酸的分解能力、短链脂肪酸的合成潜力提升,还有心肺健康和胰岛素敏感性的改善。

  作为安全的益生菌,双歧杆菌、乳酸杆菌和酵母菌属有着悠久的历史。总结表明,对健康个体进行的短期随机对照试验中并未发现益生菌对肠道微生物组成有持续的影响。

  一些不可消化的多糖被称为益生元,它会改变啮齿动物结肠中发酵微生物群的相对丰度,诱导改善肠道屏障功能,且在某些情况下改善新陈代谢。

  在超重或肥胖的儿童中,富含低聚果糖的菊粉益生元会调整肠道微生物群,并具有适度降低体重、减少肥胖和炎症指标的作用。

  与没有接触现代抗菌因子生活的、遵循传统生活方式的人(例如东非或亚马逊地区)相比,技术发达国家的大多数人群肠道微生物多样性普遍更低。

  生活在发达国家的人群体中微生物丰富度和多样性下降的确切和具体原因是难以捉摸的。然而,除了生活水平和卫生水平的普遍改善外,使用抗生素来抵抗传染病也许也是一个促成因素。

  在成人中,对年轻健康个体使用广谱抗生素进行短期治疗,会长期消耗一些共生细菌。

  对肠道微生物通路和基因家族的分析表明,肥胖与单向结合能力下降有关;单向结合能力在细菌之间转移遗传物质。此外还与超氧化物还原酶的减少有关,由此可能导致肠道氧化应激。

  不易消化但可发酵的多糖被大肠的微生物群代谢并发酵产生一系列化合物,刺激产生一层厚的肠道粘液,形成强大的屏障功能。

  值得注意的是,菌群失调通常与结肠转运时间变长有关,导致结肠代谢发生变化、从而导致更多的微生物蛋白水解。原因在于发酵的首选底物是膳食纤维,结肠转运时间变长,直到膳食纤维被耗尽,微生物才会转换到蛋白质代谢。

  在持续存在胰岛素抵抗的情况下,胰岛素生物合成下降,随后会加重高血糖。除了培养健康生活习惯外,2型糖尿病患者还接受多种针对高血糖和心血管并发症的药物治疗。然而,这种多管齐下的治疗方案会以不同方式影响患者的肠道菌群。

  在怀孕期间和之后,妊娠糖尿病人类似于非妊娠2型糖尿病患者,两者均有异常的肠道微生物群:除了细菌丰富度的减少和机会性病原体增加外,产生丁酸盐的细菌丰富度在二者体内都会降低。

  肠道微生物群通过增加短链脂肪酸和未结合胆汁酸的产量,可以促进二甲双胍发挥抗高血糖作用,从而激活肠道的糖异生,最终降低血糖。

  研究总体表明,心脏代谢疾病患者的肠道菌群的炎症性更强,发酵性更低。尚待确定肠道微生物群的哪些成分与早期代谢异常有关,哪些与更后期的动脉粥样硬化形成阶段有关。

  最后,肠道微生物组的复杂性令人望而生畏,全球肠道微生物组远不止细菌和古生菌。它还包括真菌、噬菌体和真核病毒。未来,基于测序和培养的肠道微生物调查与对肠道细菌组、古菌组、噬菌体组、病毒组和真菌组的机械开发将结合,会成倍地拓宽我们对全球肠道微生物群落之间相互作用的了解。

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