肠道菌群及宿主新陈代谢联系.pdf

肠道菌群与宿主新陈代谢联系 肠道菌群与人类肥胖、心血管疾病和Ⅱ型糖尿病等代谢性疾病的 发生发展之间的联系日益清晰。但是，由于菌群的复杂性，它们之间 的深层次的功能联系还没有研究得非常透彻。在小鼠和人身上所做的 研究有助于我们理解两者的功能联系。这些研究表明，肠道菌群通过 提高食物的能量产出、调节饮食或可改变宿主新陈代谢途径的宿主来 源的化合物来影响新陈代谢活动。随着对菌群与宿主相互作用机制的 进一步了解，有望制定出针对代谢性疾病的治疗方案。 生活方式的改变和高能量食物的摄取，无疑是世界范围内肥胖病 流行的重要因素之一。同时，肠道内菌群通过从食物中摄取能量对新 陈代谢活动也会产生影响。而后者被认为是导致肥胖及肥胖并发症 （如胰岛素抵抗、糖尿病和心血管疾病）的重要外界环境因素。 微生物菌群研究分离培养方法的应用，增加了我们对于人类肠道 菌的了解 (注释方框 1)。借助16S RNA 检查和对基因信息直接测序 方法来分析粪便微生物这种常见微生物群,发现人类的肠道微生物群 是一个复杂的群体，拥有100 万亿古细菌和细菌细胞，散落分布于超 过 1000 个种类中(注释方框2) 。其中主要是细菌,细菌中有超过 90% 的物种属于厚壁菌门和拟杆菌门。虽然每个门类都有自己独特的和高 度可变的微生物群,但是两者都有在肠道内定居的永久居民(核心肠道 微生物群)和普遍存在的基因(核心微生物组基因)，它们对于肠道的正 确运作可能是必不可少的。 无菌小鼠是一种从出生到长大没有接触任何活微生物的动物模 型，对帮助我们理解肠道微生物群对宿主生理技能的影响十分有用。 通过将选定的微生物种群或老鼠及人身上的全部微生物种群转移到 无菌小鼠体内，可以来检测生理遗传性，病理表型及在一个特定的表 型中微生物菌群所起到的作用。肠道微生物移植入这些无菌小鼠体内 后，可以起到调节其骨质密度、促进脂肪的囤积、促进肠血管生成及 促进免疫应答发育的作用。在这篇综述里，我们在宏基因组和无菌的 基础上，讨论了肠道菌群在能量代谢中的作用及其与肥胖病之间可能 存在的联系。 一、肥胖病 肥胖病人肠道内的菌群组成发生了改变，并且随着体重的变化而 变化。由于编码餍足促进激素——瘦素的基因发生了突变，遗传性肥 胖的ob / ob 小鼠出现贪食的现象。跟体重正常的野生小鼠相比，这 种小鼠的盲肠菌群组成中厚壁菌门占多数，而拟杆菌门相对较少。即 使给它们喂以低脂高糖的食物，菌群组成仍是如此。在人类肥胖病患 者的粪便排泄物中，微生物菌群组成也出现类似的情况。通过限制脂 肪或碳水化合物的摄入，体量减少, 拟杆菌水平相应提高，表明拟杆 菌可能对卡路里的摄入量很敏感。类似的情况也发生在胃旁路手术后 体重降低的肥胖病人身上。这些病人体内拟杆菌和普氏菌的数量与能 量和脂肪的摄入量呈负相关。其他的研究没有发现厚壁菌与门拟杆菌 组成比例的这种变化规律，可能是因为他们用不同的临床标准(如肥 胖的程度、年龄、减肥的强度和热量限制持续的时间),地理位置、人 口规模和微生物分析方法。尽管肥胖和能量摄取可以影响微生物菌群 的组成比例，但是否会影响人类肥胖病还不甚清楚。 对于肥胖病患者来说，胃旁路手术可以帮助维持体重的持续降低， 降低得糖尿病和心血管疾病的风险。此方法也可用来进一步研究微生 物和肥胖病之间的关系。胃旁路术后，病人体重尚未降低之前，糖尿 病症状就得到了缓解，说明该术有直接抗糖尿病的作用。该手术起作 用的具体机制尚不清楚，但是术后病人粪便微生物菌群组成比例发生 了变化说明肠道菌群对于改善代谢表型有一定的作用。肥胖病人和糖 尿病人体内有益菌普拉梭菌的量较少，但术后有益菌量增多。其含量 与炎症标记物的含量成负相关，说明该细菌可能调节全身的炎症反应 （糖尿病和肥胖病中炎症很常见），改善糖尿病的症状。另外，无菌 小鼠未表现出食源性肥胖，而对肥胖小鼠给以抗生素可以降低肥胖和 炎症反应，改善糖代谢，进一步支持了菌群组成改变是有益的这一观 点。 二、能量获取 Figure 1 ． Effects of colonic fermentation of dietary fibres. Complex carbohydrates, such as dietary fibre, are metabolized by the colonic microbiota to oligosaccharides and monosaccharides and then fermented