郭 亮， 陳國(guó)薇， 謝曼曼， 丁承超， 劉武康， 董慶利， 劉 箐

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093)

腸道菌群功能與影響因素研究進(jìn)展

郭 亮， 陳國(guó)薇， 謝曼曼， 丁承超， 劉武康， 董慶利， 劉 箐*

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093)

人體腸道作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富的天然環(huán)境有多達(dá)100兆個(gè)微生物，其中絕大多數(shù)存于結(jié)腸內(nèi)，密度接近1011～1012/mL。人類(lèi)腸道內(nèi)的微生物多樣性是微生物菌落和宿主共同進(jìn)化的結(jié)果，自然選擇和進(jìn)化使腸道菌群與宿主處于一種動(dòng)態(tài)平衡且穩(wěn)定的關(guān)系。文章綜述了腸道菌群對(duì)宿主可能產(chǎn)生的影響以及引起腸道菌群發(fā)生改變的某些因素, 腸道微生物影響宿主的代謝、營(yíng)養(yǎng)吸收、免疫功能以及神經(jīng)功能調(diào)節(jié)，而飲食及其他條件又能引起腸道菌群的改變。深入分析腸道菌群的具體結(jié)構(gòu)、探索不同微生物在宿主體內(nèi)究竟發(fā)揮著怎樣的作用以及如何充分利用微生物的不同特性改善人類(lèi)健康應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)方向。

腸道；微生物；宿主；因素

微生物在人類(lèi)健康和疾病方面起著重要的作用，它參與能量吸收和儲(chǔ)存，以及各種代謝功能如發(fā)酵和吸收各種未消化的碳水化合物，細(xì)菌、病毒和真核生物等組成的微生物群已經(jīng)被證明能夠和宿主免疫系統(tǒng)相互作用影響宿主的相關(guān)疾病、提供信號(hào)以促進(jìn)免疫細(xì)胞的成熟和免疫功能的正常發(fā)展[1-2]。因此研究腸道微生物群落組成特征和微生物與宿主之間的相互作用，對(duì)今后相關(guān)疾病的預(yù)測(cè)和治療以及促進(jìn)人體健康有重要意義。

1 腸道菌群種類(lèi)

人體內(nèi)的腸道微生物群大約有1 000種，最豐富的物種是厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)，其他還包括變形菌門(mén)、梭桿菌門(mén)、藍(lán)菌門(mén)、疣微菌門(mén)和放線菌門(mén)等[3]。腸道菌群主要由厭氧菌組成，高于兼性厭氧菌和需氧細(xì)菌2～3個(gè)數(shù)量級(jí)[4]。腸道菌群是一個(gè)穩(wěn)定的群落，但是在人類(lèi)生命周期的不同階段腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。新生兒的胃腸道內(nèi)會(huì)形成一個(gè)幾乎全新的微生物生態(tài)系統(tǒng)，最初的成員通常是腸球菌屬和腸桿菌屬，隨后是嚴(yán)格厭氧菌如雙歧桿菌屬、梭狀芽胞桿菌屬和擬桿菌屬[5]。

腸道微生物全基因組是人類(lèi)基因組的150倍，人體內(nèi)的腸道菌群與人類(lèi)共同發(fā)展并改變自身的組成和基因來(lái)適應(yīng)不斷變化的環(huán)境[6]。微生物的基因?qū)λ拗魃娴哪承┕δ芷鹬陵P(guān)重要的作用，近年來(lái)高通量測(cè)序技術(shù)被廣泛應(yīng)用于腸道菌群的研究。Qin等[7]利用Illumina宏基因組測(cè)序分析腸道微生物，得到的576.7 Gb堿基序列中裝配出330萬(wàn)個(gè)非冗余微生物基因，比人類(lèi)基因組大150倍，這些基因很大程度上是所有個(gè)體普遍存在的，其中超過(guò)99%的基因?qū)儆诩?xì)菌，包含1 000～1 150種常見(jiàn)細(xì)菌。Palmer等[8]通過(guò)檢測(cè)新生嬰兒糞便一年內(nèi)的微生物，同時(shí)檢測(cè)新生兒母親陰道、乳汁和糞便樣品，探討嬰幼兒腸道菌群可能的起源。研究發(fā)現(xiàn)嬰兒在兩歲時(shí)體內(nèi)的微生物已經(jīng)轉(zhuǎn)化為成人形態(tài)，之后變得相對(duì)穩(wěn)定。Claesson等通過(guò)對(duì)比65歲以上老人和年輕人的腸道菌群發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的結(jié)構(gòu)隨著年齡老化發(fā)生了顯著變化，尤其是擬桿菌屬的增加，可能原因有老年人的飲食習(xí)慣發(fā)生了改變或者老年腸胃道的生理變化，如慢性低度炎癥[9-10]。Turnbaugh等[11]通過(guò)測(cè)序分析胖瘦不同的同卵雙胞胎、異卵雙胞胎及其母親，得到的16S rRNA序列表明人體腸道菌群在家庭成員之間是共享的，但每個(gè)人的腸道微生物群在特定的細(xì)菌譜系下存在不同，這些共有的微生物稱(chēng)為“核心微生物組”，而個(gè)體的肥胖與微生物群變化、細(xì)菌多樣性減少、細(xì)菌基因和代謝途徑的變化有關(guān)，這些結(jié)果表明個(gè)體之間的微生物改變偏離核心微生物組引起不同個(gè)體的生理狀態(tài)不同。

2 腸道菌群對(duì)宿主的影響

2.1腸道菌群與肥胖

2004年，Backhed等[12]將常規(guī)小鼠盲腸內(nèi)的菌群轉(zhuǎn)移到無(wú)菌小鼠中，在未增加食物攝入量的條件下，小鼠在14 d內(nèi)體脂增加60%并產(chǎn)生胰島素抵抗。此后也有研究表明無(wú)菌小鼠可以有效抵抗高脂高糖飲食引起的肥胖，移植肥胖小鼠或肥胖病患者體內(nèi)的腸道菌群會(huì)增加無(wú)菌小鼠脂肪沉積[13-14]。同時(shí)有研究顯示使用抗生素減少小鼠體內(nèi)的腸道菌群后，小鼠肥胖顯著降低和出現(xiàn)胰島素抵抗[15]。足夠的證據(jù)表明腸道菌群與肥胖存在某種關(guān)系，但是這種關(guān)系尚未明確。2013年，趙立平團(tuán)隊(duì)在ISME上發(fā)表的文章證實(shí)了腸道菌群是引起肥胖的原因之一[16]。研究人員將從肥胖病人腸道內(nèi)分離出的陰溝腸桿菌轉(zhuǎn)移到正常小鼠體內(nèi)引起肥胖、血清內(nèi)毒素增加和炎癥反應(yīng)加重，在攝入粗糧、中藥食品和益生元等23周后，志愿者體內(nèi)的陰溝腸桿菌從35%降到無(wú)法檢測(cè)，同時(shí)體重從初始的174.8kg下降到51.4kg，從高血壓、高血脂恢復(fù)到正常狀態(tài)。

人體內(nèi)脂肪可以分為白色脂肪(White Adipose Tissue, WAT)和棕色脂肪(Brown Adipose Tissue, BAT)，白色脂肪貯存能量，棕色脂肪主要可以燃燒產(chǎn)熱；當(dāng)機(jī)體處于低溫環(huán)境或運(yùn)動(dòng)條件下，白色脂肪組織內(nèi)會(huì)出現(xiàn)棕色脂肪細(xì)胞，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“褐變”，這個(gè)代謝過(guò)程依靠巨噬細(xì)胞來(lái)完成，白色脂肪組織中存在的嗜酸性粒細(xì)胞分泌Th2細(xì)胞因子促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化，完成褐變[17]。米色脂肪(Beige Adipose)是白色脂肪棕色化過(guò)程中的形態(tài)，有研究表明腸道菌群可以促進(jìn)米色脂肪形成從而減輕體重。研究者發(fā)現(xiàn)暴露在寒冷條件下會(huì)導(dǎo)致腸道菌群的明顯改變，這種微生物稱(chēng)為冷微生物，將低溫誘導(dǎo)的冷微生物移植無(wú)菌小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小鼠的胰島素敏感性提高并且通過(guò)促進(jìn)白色脂肪的褐變提高低溫耐受力，導(dǎo)致能量消耗和體重下降[18]。

2.2腸道菌群與免疫系統(tǒng)

微生物對(duì)宿主免疫系統(tǒng)起到很重要的作用，同時(shí)免疫系統(tǒng)與這些不斷進(jìn)化和發(fā)展的微生物形成共生關(guān)系，這種關(guān)系可以誘導(dǎo)應(yīng)對(duì)病原體的保護(hù)性反應(yīng)和參與保持無(wú)害抗原的耐受性的調(diào)節(jié)[19]。人體內(nèi)免疫細(xì)胞出現(xiàn)最多的地方是微生物存在的皮膚或胃腸道內(nèi)；反過(guò)來(lái)，為了保護(hù)自己，腸道內(nèi)起主導(dǎo)作用的微生物會(huì)加強(qiáng)免疫力形成安全屏障。宿主依靠嚴(yán)格控制微生物與上皮細(xì)胞表面的接觸來(lái)維持與腸道菌群的平衡關(guān)系，從而減少組織炎癥和細(xì)菌移位(bacterial translocation)，這種隔離通過(guò)上皮細(xì)胞、黏液、免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)、抗菌肽和免疫細(xì)胞聯(lián)合作用完成[20]。有研究報(bào)道無(wú)菌小鼠腸道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)IgA分泌減少、腸道相關(guān)淋巴組織發(fā)育缺陷和更小的腸系膜淋巴炎等[21]。IgA在黏膜免疫中起著至關(guān)重要的作用，它由腸道內(nèi)特定菌群誘導(dǎo)響應(yīng)用來(lái)保護(hù)黏膜表面，且有助于宿主和微生物共生[22]。腸道相關(guān)淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue, GALT)是免疫網(wǎng)絡(luò)的重要組成之一，它可以抵御腸道微生物保持胃腸道的完整[23]。HIV病毒通過(guò)破壞GALT上的CD4+ T 細(xì)胞改變黏膜免疫的結(jié)構(gòu)和功能，同時(shí)Th17 T 細(xì)胞的減少也增加了腸-血屏障的通透性，使得對(duì)微生物的抵御下降從而引起腸道菌群的變化，這種變化可以用來(lái)預(yù)測(cè)免疫功能紊亂和HIV-1感染的進(jìn)展[24]。

新生兒的免疫系統(tǒng)并不完善，然而某些免疫反應(yīng)卻很健全。Elahi等[25]研究發(fā)現(xiàn)新生小鼠體內(nèi)或人類(lèi)臍帶血中的CD71(+)紅細(xì)胞具有獨(dú)特的免疫抑制特性，CD71(+)細(xì)胞表達(dá)出精氨酸酶-2，這種酶對(duì)細(xì)胞的免疫抑制特性是必不可少的。新生兒不健全的免疫系統(tǒng)有助于微生物在胃腸道的定殖；微生物的定殖又幫助紅細(xì)胞的富集，從而有助于免疫調(diào)節(jié)環(huán)境的穩(wěn)定和減少黏膜炎癥的出現(xiàn)。腸道菌群失調(diào)已經(jīng)被證明與過(guò)敏性疾病有關(guān)，例如剖腹產(chǎn)造成的菌群失調(diào)和微生物多樣性降低[26]。一種可能的解釋是這與過(guò)敏性衛(wèi)生假說(shuō)有關(guān)，該假說(shuō)認(rèn)為過(guò)度的衛(wèi)生阻礙了新生兒腸道菌群多樣性和平衡性的發(fā)展，導(dǎo)致免疫發(fā)育不全出現(xiàn)過(guò)敏性疾病。

2.3腸道菌群與神經(jīng)功能調(diào)節(jié)

除了對(duì)宿主的新陳代謝和免疫系統(tǒng)起著重要作用外，最近有研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System, CNS)的功能有著重要影響。腸道菌群在分子水平上操縱大腦神經(jīng)化學(xué)可以直接或間接地控制社會(huì)行為如壓力、認(rèn)知和焦慮等，例如改變下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)的活力；傳遞神經(jīng)遞質(zhì)(去甲腎上腺素、5-羥色胺、γ-氨基丁酸)以及調(diào)節(jié)基因、mRNA、蛋白質(zhì)的表達(dá)[27]。大腦和腸道之間建立溝通的途徑包括自主神經(jīng)系統(tǒng)(autonomic nervous system, ANS)、腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)[28]。ENS可以獨(dú)立于CNS之外控制腸道功能，同時(shí)還與CNS和ANS相互交流調(diào)制，ENS神經(jīng)元根據(jù)形態(tài)和功能可以分為兩個(gè)亞型并且可以通過(guò)電生理學(xué)特性測(cè)定[29]。2013年Neufeld等[30]為了證明腸道菌群有可能改變神經(jīng)系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)定無(wú)菌小鼠、特定菌群小鼠和普通小鼠ENS的肌間神經(jīng)叢神經(jīng)元的電生理特性，發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠體內(nèi)的神經(jīng)元興奮性降低，認(rèn)為腸道菌群對(duì)于腸道內(nèi)感覺(jué)神經(jīng)元正常興奮性是必不可少的，為腸道菌群與神經(jīng)系統(tǒng)之間的信息傳遞提供了一個(gè)潛在機(jī)制。此外有研究表明，無(wú)菌小鼠有明顯的社交障礙，類(lèi)似的行為出現(xiàn)于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙患者體內(nèi)；另外無(wú)菌小鼠表現(xiàn)出重復(fù)整理毛發(fā)的行為和對(duì)周?chē)h(huán)境互動(dòng)的減少，這也與自閉癥患者匱乏的社會(huì)溝通能力和自我重復(fù)某些行為相似，在移植微生物進(jìn)入無(wú)菌小鼠體內(nèi)后這些行為發(fā)生了改變[31]。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兒童自閉癥會(huì)伴隨著消化問(wèn)題，這與腸道微生物功能異常有著密切的聯(lián)系。Kang等[32]發(fā)現(xiàn)自閉癥與腸道菌群豐度減少有關(guān)，包括普氏菌屬、糞球菌屬和韋榮球菌屬的顯著降低。

2.4腸道菌群與癌癥

癌癥的發(fā)病原因有很多，包括遺傳、紫外線照射、輻射暴露、致癌物質(zhì)等，近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群與一些癌癥的發(fā)病有關(guān)，例如結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)。在小鼠模型中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)幾種腸道菌群可以促進(jìn)CRC發(fā)生，例如產(chǎn)腸毒素脆弱類(lèi)桿菌(Enterotoxigenic Bacteroides fragilis, ETBF)和大腸埃希菌均攜帶pks島促進(jìn)毒素的產(chǎn)生，具核梭桿菌通過(guò)刺激炎癥或激活β-catenin通路促進(jìn)CRC生長(zhǎng)[33-34]。將CRC患者和健康個(gè)體的糞便菌群移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)生成不同程度的腫瘤。腫瘤的數(shù)量差異與癌癥患者的癌癥狀態(tài)并沒(méi)有關(guān)聯(lián)，革蘭陰性菌與腫瘤的增加呈正相關(guān)，革蘭陽(yáng)性菌如梭狀芽胞桿菌群XIVa呈負(fù)相關(guān)，這項(xiàng)研究證明了腸道菌群初始結(jié)構(gòu)影響了結(jié)腸腫瘤的發(fā)生率[35]。

另一種與腸道菌群相關(guān)的癌癥是肝細(xì)胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)。腸道菌群與Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)一起促進(jìn)HCC形成、慢性肝損傷、肝臟炎癥和纖維化，慢性肝損傷的HCC形成是通過(guò)腸道菌群和TLR4活化非骨髓來(lái)源的肝細(xì)胞實(shí)現(xiàn)，二者并不能直接導(dǎo)致HCC的形成而是起促進(jìn)作用[36]。Dapito還發(fā)現(xiàn)雖然進(jìn)行腸道殺菌可以阻礙HCC的發(fā)展，但是它并沒(méi)有使已經(jīng)存在的腫瘤消退，因此腸道菌群與HCC之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

3 改變腸道菌群的因素

3.1抗生素

雖然個(gè)體內(nèi)的微生物在一般情況下是穩(wěn)定的，但是在一定的外部條件下這種穩(wěn)定可以被改變，抗生素的使用是改變腸道菌群組成的一個(gè)重要因素?？股貙?duì)微生物影響很大并且過(guò)度使用會(huì)增加病原菌的抗藥性[37]。服用抗生素對(duì)腸道菌群的影響可能會(huì)因人而異，但在治療后的幾個(gè)月內(nèi)受影響的細(xì)菌都不會(huì)恢復(fù)并伴隨一個(gè)長(zhǎng)期的微生物多樣性降低。使用抗生素治療后導(dǎo)致宿主腸道菌群對(duì)外界微生物抵抗力的減弱，使得外來(lái)微生物過(guò)度生長(zhǎng)造成腸道菌群結(jié)構(gòu)永久性的改變，進(jìn)而引起不同狀態(tài)的疾病，反復(fù)使用抗生素已經(jīng)被假設(shè)會(huì)使宿主體內(nèi)的微生物耐藥基因增加[38]。宿主在使用抗生素治療某些細(xì)菌感染疾病時(shí)會(huì)改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)以及整個(gè)微生物環(huán)境改變導(dǎo)致發(fā)生一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這種改變甚至?xí)绊懰拗鞯母鞣N代謝循環(huán)[39]。有研究顯示對(duì)小鼠使用各種低劑量抗生素的治療，與對(duì)照組相比體內(nèi)脂肪和新陳代謝相關(guān)的激素增加，觀察到微生物種類(lèi)、參與代謝的相關(guān)基因和肝臟對(duì)脂質(zhì)和膽固醇的調(diào)節(jié)發(fā)生改變以及結(jié)腸內(nèi)短鏈脂肪酸增加[40]。Buffie等[41]發(fā)現(xiàn)使用不同抗生素治療小鼠會(huì)改變腸道菌群內(nèi)微生物的組成如梭狀芽胞桿菌的上升并引發(fā)炎癥。用于預(yù)防B族鏈球菌(group B streptococcus, GBS)感染的分娩期預(yù)防性抗生素(intrapartum antibiotic prophylaxis, IAP)的使用是否影響嬰兒腸道菌群的定殖尚未被廣泛研究。最近有研究者通過(guò)比較使用IAP治療的GBS陽(yáng)性孕婦產(chǎn)下的健康嬰兒，和未使用IAP治療的GBS陽(yáng)性孕婦產(chǎn)下的健康嬰兒7 d和30 d糞便中的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)使用抗生素組體內(nèi)的雙歧桿菌數(shù)在第7天顯著下降，無(wú)論是否使用抗生素，母乳喂養(yǎng)在7 d和30 d都提高了乳桿菌屬數(shù)[42]。

3.2益生菌癥

近年來(lái)益生菌成為熱門(mén)研究方向，益生菌可以通過(guò)改變腸道菌群從而在胃腸道疾病中發(fā)揮作用，通常作為功能性食品和膳食補(bǔ)充劑在市場(chǎng)銷(xiāo)售，這就要求益生菌在儲(chǔ)存過(guò)程中存活并保持一定的活力，同時(shí)還能在腸道中定殖[43]。Park等[44]研究發(fā)現(xiàn),使用彎曲乳桿菌HY7601和胚芽乳桿菌KY1032治療的飲食誘導(dǎo)的肥胖型(Diet-induced obese，DIO)小鼠與服用磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer saline，PBS) 安慰劑組相比，小鼠體內(nèi)的胰島素、瘦素(Leptin，LP)、總膽固醇和肝毒性生物標(biāo)志物下降，同時(shí)體重和脂肪堆積下降。服用這些益生菌也會(huì)導(dǎo)致脂肪組織中的促炎癥因子表達(dá)下調(diào)、肝臟中脂肪酸氧化相關(guān)的基因上調(diào)和腸道菌群的顯著性改變。嬰兒體內(nèi)腸道菌群失調(diào)會(huì)引起免疫介導(dǎo)性疾病例如過(guò)敏，有研究證明嬰兒時(shí)期可以通過(guò)補(bǔ)充益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群以預(yù)防過(guò)敏性疾病[45-46]。此外，Rutten等[47]研究了服用益生菌對(duì)新生兒腸道菌群長(zhǎng)期的影響，通過(guò)分析在生命第一年分別服用益生菌和安慰劑組嬰兒出生后6 a糞便樣品的微生物組成，發(fā)現(xiàn)在第二周左右安慰劑組的擬桿菌顯著高于服用益生菌組嬰兒體內(nèi)的含量，在2 a后過(guò)敏兒童體內(nèi)的變形菌數(shù)量增加，但是長(zhǎng)期來(lái)看兩組之間腸道菌群并沒(méi)有太大差異，年齡仍然是菌群組成的主要因素，建議在2～6歲之間繼續(xù)補(bǔ)充益生菌預(yù)防過(guò)敏性疾病。也有研究證明炎癥性腸病患者服用益生菌酸奶有助于增加腸道內(nèi)益生菌的數(shù)量改善腸道功能[48]。最近有研究發(fā)現(xiàn)使用一種新的益生菌混合物Prohep可以減緩腫瘤的生長(zhǎng)，與對(duì)照組相比腫瘤的大小重量下降了40%，在這個(gè)過(guò)程中Th17細(xì)胞大幅度減少和IL-17 細(xì)胞因子的下調(diào)是最主要原因，宏基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)益生菌調(diào)控了能夠產(chǎn)生抗炎物質(zhì)的Prevotella和 Oscillibacter 菌屬，從而減少Th17的極化和促進(jìn)腸道內(nèi)Treg/Tr1 細(xì)胞的分化[49]。

3.3飲食

Dore等[50]綜述了飲食對(duì)人類(lèi)腸道菌群的影響，生活方式和飲食習(xí)慣不僅會(huì)影響腸道菌群的組成，同時(shí)也會(huì)影響代謝功能。腸道內(nèi)較低的細(xì)菌豐富度是造成各種疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素，而多樣性的高纖維飲食有助于提高細(xì)菌的多樣性來(lái)分解纖維素產(chǎn)生短鏈脂肪酸并降低疾病的發(fā)生率。Gomez等[51]通過(guò)分析山地大猩猩和低地大猩猩糞便樣品也表明飲食的不同導(dǎo)致腸道菌群出現(xiàn)顯著差異，這可能是由于山地大猩猩的高纖維飲食和低地大猩猩豐富的糖、脂和固醇飲食差異，而縱向采樣表明當(dāng)兩者采用同樣的飲食之后菌群微生物則變?yōu)橄嗨啤ilippo等[52]利用16S rDNA測(cè)序技術(shù)和生化分析對(duì)歐洲兒童和非洲兒童的糞便菌群進(jìn)行研究，因?yàn)轱嬍巢町?，非洲兒童的擬桿菌門(mén)所占比例較高而厚壁菌門(mén)較少，含有纖維素和木聚糖水解基因的Prevotella和Xylanibacter菌屬在歐洲兒童體內(nèi)完全缺乏，只存在非洲兒童體內(nèi)且有較高的比例；此外，非洲兒童體內(nèi)含有更多的短鏈脂肪酸和較低的志賀菌及大腸埃希菌。由這些結(jié)果可以推測(cè)，非洲兒童的高纖維飲食導(dǎo)致腸道菌群進(jìn)化，在最大限度地從纖維中獲取能量的同時(shí)也保護(hù)他們免受炎癥和非感染性結(jié)腸疾病的困擾。

根據(jù)肌肉纖維和脂肪含量的不同可以將肉類(lèi)分為紅肉和白肉，紅肉蛋白的食用是否會(huì)影響腸道菌群和人體健康仍不清楚。最近有研究者分別喂食大鼠紅肉蛋白(豬肉、牛肉)、白肉蛋白(雞肉、魚(yú)肉)和植物蛋白(大豆、酪蛋白)，發(fā)現(xiàn)不同飲食的大鼠腸道菌群出現(xiàn)顯著差異，白肉組體內(nèi)的有益乳桿菌屬含量明顯高于紅肉組，同時(shí)發(fā)現(xiàn)攝入肉類(lèi)蛋白的小鼠體內(nèi)有較低水平的脂多糖結(jié)合蛋白，這表明與植物蛋白相比肉類(lèi)蛋白的攝入可能更有利于保持一個(gè)平衡的腸道菌群從而減少宿主體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，而白肉蛋白的效果明顯高于紅肉蛋白[53]。飲食對(duì)腸道菌群的改變不僅顯著，而且是快速的。Aguirre等[54]研究了人類(lèi)腸道菌群對(duì)改變飲食的反應(yīng)速度，試驗(yàn)通過(guò)對(duì)比高碳水化合物飲食、高蛋白飲食和模擬西餐飲食條件下的代謝反應(yīng)和微生物組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高蛋白飲食會(huì)造成厚壁菌門(mén)多樣性的降低和擬桿菌門(mén)的增加，并且與碳水化合物飲食組相比微生物豐富度升高，這些微生物的改變大部分是發(fā)生在試驗(yàn)開(kāi)始的24 h，這項(xiàng)研究的結(jié)果說(shuō)明人體腸道菌群會(huì)快速應(yīng)對(duì)飲食的改變，證明人類(lèi)可以通過(guò)飲食人為調(diào)控腸道菌群，但膳食對(duì)微生物的影響必須要考慮到不同個(gè)體之間存在的差異，今后需要更多的研究來(lái)探索飲食對(duì)不同個(gè)體的影響。

3.4其他因素

除上述因素外，還有一些其他的方式可能會(huì)引起腸道菌群的改變。近年來(lái)有研究表明水果內(nèi)豐富的多酚物質(zhì)例如花青素可能會(huì)調(diào)節(jié)特定的腸道菌群，體內(nèi)和體外的研究結(jié)果證明這些化合物通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子NF-kB介導(dǎo)的信號(hào)通路活性起到抗炎作用，這種調(diào)節(jié)與有益腸道菌群的增加有關(guān)，尤其是雙歧桿菌[55]。胃旁路手術(shù)(Roux-en-Y gastric bypass, RYGB)可以減輕體重、改善血糖調(diào)節(jié)，它的機(jī)理除了簡(jiǎn)單地減少熱量的攝入和吸收外，有研究表明RYGB可造成營(yíng)養(yǎng)和膽汁分泌的改變調(diào)整腸道菌群[56]。除此之外，也有人利用糞便移植技術(shù)來(lái)治療艱難梭菌感染[57]。

4 展 望

越來(lái)越多的研究表明腸道菌群與宿主密切相關(guān)。腸道微生物代謝產(chǎn)物三甲胺氧化物(trimethylamine oxide, TMAO)已被證明能夠引起動(dòng)物動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病，利用非致死性微生物抑制劑靶向抑制TMA(TMAO前身物質(zhì))的生成可以作為一種治療心血管疾病的潛在手段[58]。腸道微生物的改變甚至可以預(yù)測(cè)哺乳動(dòng)物衰老過(guò)程中健康水平的下降狀況[59]。腸道菌群可以快速應(yīng)對(duì)如飲食等外界條件的改變，不同的飲食條件又可以導(dǎo)致腸道菌群不同的變化，利用這一點(diǎn)人們可以根據(jù)不同的需求定向改變腸道微生物達(dá)到快速高效治療某些疾病的目的；此外，保持一個(gè)長(zhǎng)期良好的飲食習(xí)慣能夠保證體內(nèi)的微生物菌群穩(wěn)定健康。近年來(lái)益生菌作為一種功能性食品越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)，但補(bǔ)充的益生菌作為一種外來(lái)微生物能否在腸道菌群內(nèi)定殖以及對(duì)菌群的改變是否受到不同個(gè)體的影響有待進(jìn)一步研究。

總之，腸道微生物和宿主之間存在著共生關(guān)系，二者之間存在著一種動(dòng)態(tài)平衡。腸道微生物可以影響宿主的代謝、營(yíng)養(yǎng)吸收和免疫功能，菌群的失衡會(huì)給宿主的健康帶來(lái)嚴(yán)重影響；宿主自身的行為又會(huì)影響體內(nèi)的腸道菌群，不同的個(gè)體由于生活、飲食習(xí)慣的差異又造成腸道微生物的多樣性。目前許多研究?jī)H僅證明了改變某些實(shí)驗(yàn)條件確實(shí)會(huì)引起宿主體內(nèi)腸道菌群的改變，但是這些結(jié)論尚不能證明腸道菌群的確是導(dǎo)致宿主某些疾病的原因并非因?yàn)樗拗鞯纳碜兓鹉c道菌群發(fā)生改變。深入分析腸道菌群的具體結(jié)構(gòu)，探索不同微生物在宿主體內(nèi)究竟發(fā)揮著怎樣的作用以及如何充分利用微生物的不同特性改善人類(lèi)健康應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)方向。

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AdvancesinFunctionandInfluencingFactorsofGutMicrobian

GUO Liang, CHEN Guo-wei, XIE Man-man, DING Cheng-chao, LIU Wu-kang, DONG Qing-li, LIU Qing

(Schl.ofMed.Instru. &FoodSci.,ShanghaiUni.ofSci. &Engin.,Shanghai200093)

As a nutrient rich natural environment, the human gut microbial population comprises approximately 100 trillion microbial cells which are almost exist in our colon, and the density of microbial cells in the gut is close to 1011-1012/mL. Microbial diversity in human gut is the result of the co evolution of microbial colonies and the host, and the natural selection and evolution between gut microbial population and the host is in a dynamic equilibrium and stable relationship. The possible effects of gut microbial population that affects the host as well as some factors that cause the changes of gut microbial population, the effects of gut microbes on the metabolism of the host, the nutrient assimilation, regulation of immune function and neural function, and the changes of diet and other conditions furthermore could cause the changes of the gut microbial population were summarized in this article. The concrete structure of gut microbial population were analyzed intensively, investigated how different microbe actually play its role, as well as how to make use of the different features of microbes to improve the health of human, should be the focus direction of the study in the future.

gut; microbe; host; factor

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371776)

郭亮 男，碩士研究生。研究方向?yàn)槭吃葱灾虏【虏C(jī)理研究及檢測(cè)。E-mail:guoliangyxh@163.com

* 通訊作者。男，教授，博士，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槭吃葱灾虏【虏C(jī)理及快速檢測(cè)技術(shù)。E-mail：liuq@usst.edu.cn

2016-08-22；

2016-09-12

Q935

A

1005-7021(2017)04-0108-07

10.3969/j.issn.1005-7021.2017.04.016