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肠道菌群的组成、调节及其对宿主健康的影响

肠道菌群的组成、调节及其对宿主健康的影响

2018/11/01

肠道微生物菌群由一组细胞组成,是宿主基因的100 倍以上,相当于免疫系统。这些菌群是宿主特异的,包含遗传成分,可通过饮食、手术或抗生素发生改变。之前动物微生物是一个被忽视的系统,但它对动物的生理和发育作出重大贡献。此外,有研究表明动物与微生物菌群是共同进化的。 

肠道菌群研究概况
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胃肠道厚壁菌门和拟杆菌门占主导位置,但至少有10 个不同门的菌群发挥重要的功能。以相对大样本的个体( 样本数量超过100) 进行肠道菌群分析可以看出,厚壁菌门与拟杆菌门的比例并不是在所有个体中都一样。然而,有研究表明,单一菌种( 属于厚壁菌门的普拉梭菌) 的消失与炎症性肠病( IBD) 相关。但关于此菌种在IBD 中的作用仍有争议。肠道微生物菌群对宿主的正常功能和发育至关重要,但并不确定哪些是关键菌种以及微生物菌群的功能是否比群落中的单个成员更重要。

 

肠道菌群与宿主的共生关系
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事实上,肠道菌群的大多数细菌基本属于5 大菌门。一些个体的肠道中大约有160 种细菌,其中的极少数在不相关的个体之间共存。与此相反,在所有个体的胃肠道中都可以发现这些菌种的功能,功能比菌种更重要。肠道菌群的差异可能是重要的,因为这些差异可能导致其有效功能出现差别。例如,合成短链脂肪酸( SCFAs) 的能力在所有个体中被发现,但合成数量却不同。

肠道微生物是宿主与微生物长期协同进化过程中相互选择和适应形成的。正常情况下肠道菌群与机体处于共生关系: 一方面,宿主为正常菌群的生长和繁殖提供营养和场所,并且不对它们产生强烈的免疫反应( 免疫耐受) ; 另一方面,菌群对宿主的健康和疾病至关重要,在宿主防御外源性感染、促进免疫系统的成熟与平衡及营养与代谢等方面发挥不可缺少的生理功能。

 

肠道微生物的代谢活性
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糖类发酵是肠道微生物的核心活动,促使结肠能量和碳源的再利用。肠道菌群中占支配地位的细菌,包括SCFAs 的产生菌和专门发酵寡糖的菌种( 双歧杆菌等) 协作,在初步降解复杂的植物多糖中起关键作用。释放的SCFAs 和气体通过其他更多的细菌( 还原性产酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等)用作碳源和能源。 

复杂难消化的膳食糖类有效转化成SCFAs,供肠道共生微生物菌群和宿主使用,机体日常需要能量的10%来自结肠发酵。在结肠中,糖类的发酵大多发生在结肠近端。随着食糜向后肠移动,糖类耗尽,肠道菌群转向其他底物,特别是蛋白质或氨基酸。氨基酸发酵除分解有益的SCFAs 外,还产生一系列潜在的有害化合物。其中一些可能在肠道疾病( IBD 等) 中发挥作用。相反,膳食纤维或植物性食物的摄入可以控制这类情况,这突出了肠道微生物发酵糖类的重要性。

 

肠道健康的3个调节因子
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在调节肠道菌群的组成、代谢或免疫学活性的策略中,益生菌、益生元和多酚被认为是最佳途径。

1.不同益生菌菌株作用于试验动物可能会出现不同结果。对益生菌的本质缺乏理解也是导致该现象的原因。益生特性具有菌株特异性,很少有益生菌菌株按特定作用机制筛选出来。筛选胆盐水解乳酸杆菌,研究其对降低高胆固醇血症个体胆固醇水平的能力,随机双盲试验表明,摄入该菌株可显著降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。 

2.益生元作为一种特定的膳食纤维,当其发酵时,肠道内微生物组成发生显著变化,通常认为有益细菌的相对丰度会增加,如双歧杆菌或某些丁酸产生菌。在动物试验中,益生元通常为饮食的10%是有效的。随着对肠道微生态了解的更深入,益生元作为一种主要的糖分解和微生物群落发酵底物已经进入肠道菌群的基础结构,通过菌群与宿主消化系统的协同配合,可以从原本随粪便排出的复杂植物多糖中获取能量和碳源。 

3.多酚是一类多种植物的次生代谢产物,常与水果和蔬菜的颜色、味道以及防御机制有关。长期以来,它们一直被认为是最有可能存在于全植物食品中,影响动物生理过程并预防慢性饮食疾病的一类化合物。肠道菌群在将膳食多酚转化为可吸收的生物活性物质方面起着至关重要的作用,预计作用于到达结肠的膳食多酚达95%。近年来的研究表明,多酚提取物,尤其是去醇化红酒多酚提取物和可可来源的黄烷醇,可以通过增加双歧杆菌和乳酸杆菌的相对丰度,调节肠道菌群向更保健的方向发展,包括调节肠道微生物群落结构和功能,促进肠道微生物菌群及宿主健康。