腸道微生物知識(shí)講解

1、腸道微生物 前言前言 人體腸道內(nèi)藏著一個(gè)與人類宿主共同進(jìn)化的復(fù)人體腸道內(nèi)藏著一個(gè)與人類宿主共同進(jìn)化的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)雜生態(tài)系統(tǒng)腸道微生物區(qū)系。細(xì)菌組成人體腸腸道微生物區(qū)系。細(xì)菌組成人體腸道微生物區(qū)系的絕大部分，但也存在古細(xì)菌、病毒道微生物區(qū)系的絕大部分，但也存在古細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物。和原生動(dòng)物。 腸道微生物組腸道微生物組，也就是腸道微生物的共同基因，也就是腸道微生物的共同基因組，編碼了至少超過(guò)我們基因組的組，編碼了至少超過(guò)我們基因組的150150倍的基因，倍的基因，這些都很好的表明了腸道微生物區(qū)系在人體健康上這些都很好的表明了腸道微生物區(qū)系在人體健康上的潛在影響。的潛在影響。人體腸道微生物區(qū)系的

2、組成人體腸道微生物區(qū)系的組成腸道微生物區(qū)系的代謝功能腸道微生物區(qū)系的代謝功能 相關(guān)介紹相關(guān)介紹宿主對(duì)微生物定植的反應(yīng)宿主對(duì)微生物定植的反應(yīng)一、人體腸道微生物區(qū)系的組成一、人體腸道微生物區(qū)系的組成 人體腸道微生物區(qū)系對(duì)飲食結(jié)構(gòu)的改變是具有人體腸道微生物區(qū)系對(duì)飲食結(jié)構(gòu)的改變是具有活力和敏感的。胎兒在子宮內(nèi)是無(wú)菌的，出生時(shí)會(huì)活力和敏感的。胎兒在子宮內(nèi)是無(wú)菌的，出生時(shí)會(huì)迅速定植環(huán)境中的細(xì)菌。人體最初的微生物區(qū)系低迅速定植環(huán)境中的細(xì)菌。人體最初的微生物區(qū)系低多樣性，之后會(huì)變得更多樣性。多樣性，之后會(huì)變得更多樣性。 一些研究已經(jīng)證明了，炎性腸道疾病患者的腸一些研究已經(jīng)證明了，炎性腸道疾病患者的腸道微生物區(qū)

3、系的多樣性降低。道微生物區(qū)系的多樣性降低。一、人體腸道微生物區(qū)系的組成一、人體腸道微生物區(qū)系的組成消極選擇機(jī)制：消極選擇機(jī)制：如如飲食飲食對(duì)于腸道微對(duì)于腸道微生物區(qū)系的形成是生物區(qū)系的形成是一個(gè)重要因素。一個(gè)重要因素。宿主的宿主的免疫系統(tǒng)免疫系統(tǒng)通通過(guò)殺死特定的細(xì)菌過(guò)殺死特定的細(xì)菌群體，也可能改變?nèi)后w，也可能改變腸道微生物群落。腸道微生物群落。積極選擇機(jī)制：積極選擇機(jī)制：可能是可能是宿主的因素宿主的因素，允許特定的細(xì)菌粘允許特定的細(xì)菌粘附。附。例如上皮細(xì)胞的糖例如上皮細(xì)胞的糖脂或宿主粘液中的脂或宿主粘液中的特定聚糖。特定聚糖。成人微生物區(qū)系成人微生物區(qū)系人體腸道微生物區(qū)系的組成人體腸道微生物區(qū)

4、系的組成二、宿主對(duì)微生物定植的反應(yīng)二、宿主對(duì)微生物定植的反應(yīng) 早期腸道對(duì)早期腸道對(duì)微生物定植微生物定植反應(yīng)的研究大多都是從動(dòng)物模反應(yīng)的研究大多都是從動(dòng)物模型中獲得。無(wú)菌小鼠有細(xì)長(zhǎng)和更薄的腸絨毛，然而，細(xì)長(zhǎng)的型中獲得。無(wú)菌小鼠有細(xì)長(zhǎng)和更薄的腸絨毛，然而，細(xì)長(zhǎng)的絨毛結(jié)構(gòu)更容易受到感染，因此，一個(gè)正常腸道微生物區(qū)系絨毛結(jié)構(gòu)更容易受到感染，因此，一個(gè)正常腸道微生物區(qū)系定植后定植后, ,絨毛縮短變粗絨毛縮短變粗, ,細(xì)胞的組成明顯改變。細(xì)胞的組成明顯改變。 此外，腸道的定植也促進(jìn)小腸免疫細(xì)胞的補(bǔ)充和腸道相此外，腸道的定植也促進(jìn)小腸免疫細(xì)胞的補(bǔ)充和腸道相關(guān)淋巴組織的形成。更重要的是，最近研究已經(jīng)證實(shí)，先天

5、關(guān)淋巴組織的形成。更重要的是，最近研究已經(jīng)證實(shí)，先天免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)互相補(bǔ)充來(lái)維持宿主和微生物區(qū)系的免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)互相補(bǔ)充來(lái)維持宿主和微生物區(qū)系的共生。共生。微生物定植：微生物定植： 各種微生物經(jīng)常從不同環(huán)境落到人體，并能在一定部位定居和不斷生長(zhǎng)、繁殖后代的現(xiàn)象。三、腸道微生物區(qū)系的代謝功能三、腸道微生物區(qū)系的代謝功能 腸道微生物區(qū)系處在飲食腸道微生物區(qū)系處在飲食和宿主基因組之間的交叉點(diǎn)，和宿主基因組之間的交叉點(diǎn)，因此其對(duì)食物的加工和制造，因此其對(duì)食物的加工和制造，為宿主提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有重為宿主提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有重要意義。此外，腸道微生物區(qū)要意義。此外，腸道微生物區(qū)系也可能影響藥物

6、代謝，是一系也可能影響藥物代謝，是一種重要的外源化合物種重要的外源化合物“解毒解毒劑劑”。一些研究表明無(wú)菌狀態(tài)。一些研究表明無(wú)菌狀態(tài)相似熱量攝入限制，抑制形成相似熱量攝入限制，抑制形成肥胖。而抑制飲食引起的肥胖肥胖。而抑制飲食引起的肥胖取決于特定飲食微生物區(qū)系的取決于特定飲食微生物區(qū)系的相互作用。相互作用。肥胖個(gè)體中的微生物區(qū)系肥胖個(gè)體中的微生物區(qū)系宏基因組與肥胖宏基因組與肥胖肥胖手術(shù)與腸道微生物區(qū)系肥胖手術(shù)與腸道微生物區(qū)系腸道微生物區(qū)系直接參與引起肥胖腸道微生物區(qū)系直接參與引起肥胖 肥胖與腸道微生物區(qū)系肥胖與腸道微生物區(qū)系 腸道微生物區(qū)系可能是調(diào)節(jié)肥胖的一種環(huán)境因素，這個(gè)發(fā)現(xiàn)促使了腸道微生物

7、區(qū)系可能是調(diào)節(jié)肥胖的一種環(huán)境因素，這個(gè)發(fā)現(xiàn)促使了研究去測(cè)試腸道微生物區(qū)系在肥胖個(gè)體中是否改變。一些研究顯示：研究去測(cè)試腸道微生物區(qū)系在肥胖個(gè)體中是否改變。一些研究顯示：一、肥胖個(gè)體中的微生物區(qū)系一、肥胖個(gè)體中的微生物區(qū)系2在肥胖個(gè)體中擬桿在肥胖個(gè)體中擬桿菌門的細(xì)菌減少。菌門的細(xì)菌減少。但擬桿菌門的水平但擬桿菌門的水平和肥胖沒(méi)有直接相和肥胖沒(méi)有直接相關(guān)，而與能量攝入關(guān)，而與能量攝入有關(guān)。有關(guān)。1肥胖與微生物多樣肥胖與微生物多樣化降低有關(guān)化降低有關(guān)。炎性腸道疾病和肥炎性腸道疾病和肥胖之間可能存在一胖之間可能存在一些共同的病因?qū)W。些共同的病因?qū)W。 許多研究也證明了健康的個(gè)體與腸道微生物的多樣性和普拉

8、梭許多研究也證明了健康的個(gè)體與腸道微生物的多樣性和普拉梭菌數(shù)量的提高有關(guān)。菌數(shù)量的提高有關(guān)。二、宏基因組與肥胖二、宏基因組與肥胖 宏基因組宏基因組，是指特定環(huán)境中全部微小生物遺傳物質(zhì)的總，是指特定環(huán)境中全部微小生物遺傳物質(zhì)的總和。和。 在肥胖人的微生物組中，增加了有利于能量提取和那些在肥胖人的微生物組中，增加了有利于能量提取和那些參與降解碳水化合物的基因，這使從富含碳水化合物飲食中參與降解碳水化合物的基因，這使從富含碳水化合物飲食中獲取營(yíng)養(yǎng)物的能力和短鏈脂肪酸的生成增加，短鏈脂肪酸可獲取營(yíng)養(yǎng)物的能力和短鏈脂肪酸的生成增加，短鏈脂肪酸可用作糖異生作用和脂肪生成的底物。用作糖異生作用和脂肪生成的底

9、物。 宏基因組的研究還需要去證明，在肥胖和宏基因組的研究還需要去證明，在肥胖和2 2型糖尿病人型糖尿病人中微生物組是怎樣改變的。中微生物組是怎樣改變的。三、肥胖手術(shù)與腸道微三、肥胖手術(shù)與腸道微生物生物外科手術(shù)的方法，胃旁路手術(shù)指胃旁路手術(shù)指一系列類似的、用于治療肥胖癥的外一系列類似的、用于治療肥胖癥的外科手術(shù)，其共同特征為重新排列小腸科手術(shù)，其共同特征為重新排列小腸的位置，改變食物經(jīng)過(guò)消化道的途徑的位置，改變食物經(jīng)過(guò)消化道的途徑，減緩胃排空速度，縮短小腸，降低，減緩胃排空速度，縮短小腸，降低吸收。吸收。胃旁路手術(shù)引起長(zhǎng)期的重量減少，時(shí)間甚至可以超過(guò)15年。最近研究已經(jīng)表明了胃旁路術(shù)的確顯著改變

10、腸道微生物的組成，因此，肥胖手術(shù)一些有利的影響可能歸因于腸道微生物區(qū)系的改變。四、引起肥胖的直接參四、引起肥胖的直接參與與以上幾點(diǎn)表明了在肥胖人群中腸道微生物區(qū)系發(fā)生了改變，但并沒(méi)有區(qū)分原因和后果，即是腸道微生物區(qū)系促進(jìn)了肥胖的發(fā)病機(jī)制呢？還是腸道微生物區(qū)系的改變僅僅是肥胖的一個(gè)后果？通過(guò)將肥胖小鼠與正常對(duì)照組小鼠的腸道微生物區(qū)系定植到無(wú)菌受體中，獲得了肥胖個(gè)體的腸道微生物區(qū)系促進(jìn)肥胖發(fā)病機(jī)制的直接證據(jù)。因此，肥胖表型能夠通過(guò)微生物區(qū)系在生物之間移植。肥胖與腸道微生物區(qū)系肥胖與腸道微生物區(qū)系參與其他代謝性疾病參與其他代謝性疾病促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制腸道微生物區(qū)系與炎癥腸道微生

11、物區(qū)系與炎癥腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié)腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié) 腸道微生物與代謝性疾腸道微生物與代謝性疾病病腸道微生物區(qū)系影響代謝編程嗎？腸道微生物區(qū)系影響代謝編程嗎？ 一、腸道微生物區(qū)系參與其他代謝性疾病一、腸道微生物區(qū)系參與其他代謝性疾病 肥胖個(gè)體中腸道微生物區(qū)系促進(jìn)了肥胖的發(fā)病機(jī)制，肥胖個(gè)體中腸道微生物區(qū)系促進(jìn)了肥胖的發(fā)病機(jī)制，而肥胖與一些綜合征有關(guān)，例如血脂異常、胰島素抵抗、而肥胖與一些綜合征有關(guān)，例如血脂異常、胰島素抵抗、2 2型糖尿病、高血壓和心血管疾病。因此，腸道微生物區(qū)型糖尿病、高血壓和心血管疾病。因此，腸道微生物區(qū)系也可能參與了其他代謝性疾病。一些研究顯示了，腸道系也可能參與了其他代謝性疾

12、病。一些研究顯示了，腸道微生物區(qū)系可能與一些代謝性疾病有關(guān)。微生物區(qū)系可能與一些代謝性疾病有關(guān)。一、腸道微生物區(qū)系參與其他代謝性疾病一、腸道微生物區(qū)系參與其他代謝性疾病與變形菌的增加和厚壁菌門的減少有關(guān)，尤與變形菌的增加和厚壁菌門的減少有關(guān)，尤其與梭狀芽孢桿菌類的減少有關(guān)。在其與梭狀芽孢桿菌類的減少有關(guān)。在2型糖型糖尿病病人中微生物區(qū)系的改變可能促進(jìn)了病尿病病人中微生物區(qū)系的改變可能促進(jìn)了病情的惡化。情的惡化。一些研究顯示，在口腔或腸道中的微生物區(qū)一些研究顯示，在口腔或腸道中的微生物區(qū)系可能轉(zhuǎn)運(yùn)到動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中，從而促系可能轉(zhuǎn)運(yùn)到動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中，從而促進(jìn)了炎癥，這可能增加了斑塊破裂的風(fēng)

13、險(xiǎn)。進(jìn)了炎癥，這可能增加了斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)。與血清膽固醇水平相關(guān)的特定細(xì)菌表明，腸與血清膽固醇水平相關(guān)的特定細(xì)菌表明，腸道微生物區(qū)系可能調(diào)節(jié)膽固醇代謝，影響宿道微生物區(qū)系可能調(diào)節(jié)膽固醇代謝，影響宿主的脂質(zhì)代謝。主的脂質(zhì)代謝。二、腸道微生物區(qū)系促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制二、腸道微生物區(qū)系促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制 與人體的其他器官相比，腸道微生物區(qū)系是一個(gè)有活力與人體的其他器官相比，腸道微生物區(qū)系是一個(gè)有活力的的“器官器官”，對(duì)于飲食的改變，它可迅速改變其細(xì)胞組成和，對(duì)于飲食的改變，它可迅速改變其細(xì)胞組成和基因轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)。最近數(shù)據(jù)顯示，腸道微生物區(qū)系和熱量密度基因轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)。最近數(shù)據(jù)顯示，腸道微生物區(qū)系和熱量密度

14、之間具有相互的影響。之間具有相互的影響。腸道微生腸道微生物區(qū)系物區(qū)系熱量熱量密度密度影響影響調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)二、腸道微生物區(qū)系促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制二、腸道微生物區(qū)系促進(jìn)代謝性疾病的機(jī)制 腸道微生物區(qū)系通過(guò)幾個(gè)途徑促進(jìn)肥胖：腸道微生物區(qū)系通過(guò)幾個(gè)途徑促進(jìn)肥胖：1、腸道微生物的存在由一個(gè)尚不明確的機(jī)制，促進(jìn)了腸道微生物的存在由一個(gè)尚不明確的機(jī)制，促進(jìn)了小腸中葡萄糖攝取的增加，從而增加脂肪生成。小腸中葡萄糖攝取的增加，從而增加脂肪生成。2 2、腸道微生物區(qū)系抑制了腸道血管生成素樣蛋白、腸道微生物區(qū)系抑制了腸道血管生成素樣蛋白4 4（Angptl4)Angptl4)的表達(dá)，導(dǎo)致甘油三酯在脂肪組織中儲(chǔ)存。的表達(dá)

15、，導(dǎo)致甘油三酯在脂肪組織中儲(chǔ)存。三、腸道微生物區(qū)系與炎癥三、腸道微生物區(qū)系與炎癥 新陳代謝與炎癥是緊密相關(guān)的，腸道微生物區(qū)系通過(guò)促新陳代謝與炎癥是緊密相關(guān)的，腸道微生物區(qū)系通過(guò)促進(jìn)低級(jí)的代謝炎癥，促進(jìn)了代謝異常。進(jìn)低級(jí)的代謝炎癥，促進(jìn)了代謝異常。 巨噬細(xì)胞在脂肪組織中進(jìn)行噬菌作用，激活巨噬細(xì)胞在脂肪組織中進(jìn)行噬菌作用，激活TollToll樣受樣受體體4 4促進(jìn)了炎癥，降低了胰島素敏感度。促進(jìn)了炎癥，降低了胰島素敏感度。 一些研究結(jié)果表明，腸道微生物區(qū)系通過(guò)影響飲食中能一些研究結(jié)果表明，腸道微生物區(qū)系通過(guò)影響飲食中能量吸收能力和調(diào)節(jié)代謝，和量吸收能力和調(diào)節(jié)代謝，和/ /或調(diào)節(jié)炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，能

16、或調(diào)節(jié)炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，能直接促進(jìn)宿主的新陳代謝。直接促進(jìn)宿主的新陳代謝。四、腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié)四、腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié) 在遠(yuǎn)端腸道中纖維素發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，其在腸道中在遠(yuǎn)端腸道中纖維素發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，其在腸道中通過(guò)通過(guò)G-G-偶聯(lián)受體偶聯(lián)受體GPR41GPR41和和GPR43GPR43，具有重要的信號(hào)功能。腸，具有重要的信號(hào)功能。腸道分泌細(xì)胞表達(dá)短鏈脂肪酸受體道分泌細(xì)胞表達(dá)短鏈脂肪酸受體GPR41,GPR41,它們的功能可能因此它們的功能可能因此受到腸道微生物區(qū)系發(fā)酵能力的調(diào)節(jié)。受到腸道微生物區(qū)系發(fā)酵能力的調(diào)節(jié)。GPR43GPR43受體是腸道中受體是腸道中炎癥反應(yīng)的一種調(diào)節(jié)劑，研究發(fā)現(xiàn)，

17、炎癥反應(yīng)的一種調(diào)節(jié)劑，研究發(fā)現(xiàn)，Gpr43Gpr43缺陷型小鼠對(duì)飲缺陷型小鼠對(duì)飲食引起的肥胖有抵抗作用。食引起的肥胖有抵抗作用。四、腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié)四、腸內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié) 膽汁酸的代謝，腸道微生物區(qū)系對(duì)膽汁酸的降解結(jié)合、膽汁酸的代謝，腸道微生物區(qū)系對(duì)膽汁酸的降解結(jié)合、脫氫和脫羥基有重要作用，會(huì)導(dǎo)致次級(jí)膽汁酸和增加這些脫氫和脫羥基有重要作用，會(huì)導(dǎo)致次級(jí)膽汁酸和增加這些信號(hào)分子的化學(xué)多樣性。結(jié)腸中微生物區(qū)系將膽酸生成石信號(hào)分子的化學(xué)多樣性。結(jié)腸中微生物區(qū)系將膽酸生成石膽酸，激活了膽酸，激活了G-G-偶聯(lián)受體偶聯(lián)受體TGR5TGR5（也稱為（也稱為GPBAR1GPBAR1、M-BARM-BAR和和

18、BG37)BG37)，增加了代謝率和能量的消耗。最近的數(shù)據(jù)證明了，增加了代謝率和能量的消耗。最近的數(shù)據(jù)證明了，結(jié)腸中的結(jié)腸中的L-L-細(xì)胞也表達(dá)細(xì)胞也表達(dá)TGR5TGR5，在，在L-L-細(xì)胞中激活細(xì)胞中激活TGR5TGR5會(huì)誘導(dǎo)會(huì)誘導(dǎo)腸促胰島素腸促胰島素GLP-1GLP-1的分泌，促進(jìn)提高肥胖小鼠的胰腺功能和的分泌，促進(jìn)提高肥胖小鼠的胰腺功能和糖代謝。糖代謝。 因此，個(gè)體宏基因組的不同導(dǎo)致產(chǎn)生短鏈脂肪酸和石因此，個(gè)體宏基因組的不同導(dǎo)致產(chǎn)生短鏈脂肪酸和石膽酸的能力不同，從而有膽酸的能力不同，從而有GLP-1GLP-1水平和糖耐量的不同。水平和糖耐量的不同。五、腸道微生物區(qū)系影響代謝編程嗎？五、腸道微生物區(qū)系影響代謝編程嗎？ 對(duì)于對(duì)于2 2型糖尿病和胰島素抵抗，腸道微生物區(qū)系促進(jìn)了型糖尿病和胰島素抵抗，腸道微生物區(qū)系促進(jìn)了疾病的發(fā)展，但腸道微生物區(qū)系又顯示出預(yù)防疾病的發(fā)展，但腸道微生物區(qū)系又顯示出預(yù)防1 1型糖尿病。型糖尿病。 研究表明，腸道微生物區(qū)系首先影響的不是免疫系統(tǒng)，研究表明，腸道微生物區(qū)系首先影響的不是免疫系