胃腸道微生物和健康的關(guān)系課件

胃腸道微生物和健康的關(guān)系胃腸道微生物和健康的關(guān)系1（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系2一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對(duì)腸道微生物的影響1、抗生素抗生素對(duì)腸道微生物的下游效應(yīng)依賴(lài)于幾種藥理學(xué)變化。然而，腸道微生物定植抵抗能力（由伺機(jī)性病原菌抵抗定植）的缺乏是由大多數(shù)抗生素治療所產(chǎn)生的一種常見(jiàn)的副作用。在人和動(dòng)物模型中，抗生素治療會(huì)導(dǎo)致有益厭氧菌（例如，雙歧桿菌屬、乳酸菌和類(lèi)桿菌屬）的長(zhǎng)期減少而增加一些潛在的有害微生物的繁殖（例如，革蘭氏陰性需氧菌、厭氧病原菌、難辨梭狀芽孢桿菌和白色念珠酵母菌）?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長(zhǎng)期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對(duì)腸道微生物的影響32、膳食宿主與微生物通過(guò)營(yíng)養(yǎng)交換表現(xiàn)它們之間的共生關(guān)系。宿主為微生物提供生存的微環(huán)境和養(yǎng)料，微生物生產(chǎn)一些有益的次生代謝產(chǎn)物，如維生素和短鏈脂肪酸作為交換。20世紀(jì)前葉，科學(xué)家致力于研究膳食對(duì)微生物的影響，這主要受益于益生菌理論的提出者梅奇尼可夫（EliMetchnikoff）的觀點(diǎn)的普及。這些早期的研究表明嚙齒動(dòng)物腸道菌群的構(gòu)成會(huì)隨著膳食的改變發(fā)生急劇的變化。進(jìn)食營(yíng)養(yǎng)豐富的狗會(huì)抑制耐藥微生物的恢復(fù)，這一點(diǎn)已經(jīng)得到了證實(shí)?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長(zhǎng)，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長(zhǎng)。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動(dòng)，這跟不同的物種需要生長(zhǎng)在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。2、膳食43、嬰幼兒飲食一個(gè)世紀(jì)以前，科學(xué)家作了關(guān)于這方面的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)飲用母乳和飲用牛奶的嬰幼兒胃腸道內(nèi)微生物的組成存在差異。這個(gè)結(jié)論是通過(guò)對(duì)不同時(shí)期嬰幼兒胃腸道中微生物的定植情況進(jìn)行觀察而得出的，并且得到了反復(fù)印證。兩種飲食攝生法的最大差別是，飲用母乳的嬰幼兒微生物的主要組成為乳酸菌，而飲用牛奶的嬰幼兒腸道微生物組成卻有所不同，主要是厭氧細(xì)菌和需氧細(xì)菌的混合物，推測(cè)這和母乳中的抗體組成和細(xì)胞因子組成有很大關(guān)系，當(dāng)然也與其蛋白質(zhì)和各種營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。近來(lái)的研究主要集中在微生物群體對(duì)腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應(yīng)胃腸道中微生物的存在。研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。本節(jié)著重論述在接受外源性抗原刺激時(shí)，腸道微生物在維持黏膜免疫耐受中所起的作用。3、嬰幼兒飲食5二、正常微生物菌群：特點(diǎn)和發(fā)育胃腸道管中微生物定植的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致一系列的生態(tài)演替，最終導(dǎo)致穩(wěn)定的微生物菌群（微生物區(qū)系）的建立，這個(gè)穩(wěn)定的微生物菌群對(duì)不同的個(gè)體具有唯一性。穩(wěn)定的微生物群體由固有種（永久成員）和外來(lái)種（從外來(lái)物種暫時(shí)獲得的短暫定居者）組成。這種微生物菌群由400~1000個(gè)種組成，大約有60%的微生物在胃腸道以外的環(huán)境是不可培養(yǎng)的。然而，這些菌中已被證實(shí)僅有30~40種微生物。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細(xì)菌起主導(dǎo)作用。大部分細(xì)菌是嚴(yán)格厭氧菌（97%），而僅有3%為需氧菌（耐氧厭氧菌）。微生物群體組成的不同不僅表現(xiàn)在沿著胃腸腔的長(zhǎng)度有所變化，更具代表性的是定居在胃腸道粘膜和內(nèi)腔中微生物數(shù)量的不同。根據(jù)濃度定量，胃腸道內(nèi)最普遍的厭氧菌是類(lèi)桿菌屬，雙歧桿菌屬，真桿菌屬，梭形桿菌屬，梭狀芽胞桿菌屬和乳酸菌。需氧菌中有革蘭氏陰性腸細(xì)菌（大腸桿菌屬和沙門(mén)氏菌屬）和革蘭氏陽(yáng)性球菌屬（腸球菌、葡萄球菌和鏈球菌）。除需氧細(xì)菌外，需氧真菌種屬，如白色念珠菌屬，也是正常微生物菌群的成員。二、正常微生物菌群：特點(diǎn)和發(fā)育6圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類(lèi)。每一個(gè)樣品的每一個(gè)細(xì)菌系統(tǒng)類(lèi)型的序列數(shù)目。Y軸表示相鄰的遺傳系統(tǒng)分類(lèi)樹(shù)中各分類(lèi)單位的代表的合并點(diǎn)(分枝點(diǎn))。該項(xiàng)研究共有395個(gè)系統(tǒng)類(lèi)型；每一行是一個(gè)不同的系統(tǒng)類(lèi)型。共有7個(gè)微生物門(mén)：似細(xì)菌門(mén)(Bacteroidetes),非變形菌門(mén)(non-Alphaproteobacteria)、未明確分類(lèi)的藍(lán)藻菌近緣微生物門(mén)(Cyanobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)和阿爾法蛋白細(xì)菌門(mén)(Alphaproteinobacteria),全部列在圖的上部。在系統(tǒng)分類(lèi)樹(shù)中用不同的顏色表示出來(lái)。對(duì)于每一個(gè)系統(tǒng)分類(lèi)類(lèi)型用刻度的灰色值表示出其菌落豐度。圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類(lèi)。每一個(gè)樣品的每一個(gè)細(xì)菌7圖13.2人類(lèi)腸道系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性。(A)基于8903個(gè)16SrRNA基因序列的基因芯片進(jìn)行的腸道系統(tǒng)細(xì)菌多樣調(diào)查和系統(tǒng)分類(lèi)所繪制的系統(tǒng)樹(shù)。楔形圖表示的各分類(lèi)領(lǐng)域(超領(lǐng)域)：在人的消化道中具有較大豐度的用紅色表示，非常罕見(jiàn)的種類(lèi)用綠色表示，未鑒定的用灰色表示。楔形圖長(zhǎng)度表示與其祖先的進(jìn)化距離，粗度表示其豐度。(B)CFB分類(lèi)的系統(tǒng)樹(shù)是基于GenBank(>900核苷酸)1561序列及其生態(tài)學(xué)的邏輯關(guān)系。CFB主要亞類(lèi)的楔形圖：用象征符號(hào)表示其來(lái)源：地球、環(huán)境、牛、反芻動(dòng)物、嚙齒動(dòng)物、老鼠和/或小鼠、人類(lèi)、人類(lèi)消化道(GI)，其它還有白蟻、蟑螂、蟲(chóng)子(包括熱水中的蟲(chóng))和豬。圖中的比例是指人的消化道中存在的數(shù)目和亞類(lèi)中總數(shù)的比值：紅色、黃色和黑色分別表示多數(shù)、少數(shù)和人類(lèi)GI中不存在。(C)簡(jiǎn)化的細(xì)菌類(lèi)系統(tǒng)樹(shù)。細(xì)菌菌株的分類(lèi)是基于形態(tài)學(xué)的用紅色表示，這些菌株還沒(méi)有得到16SrRNA分析的證實(shí)。已經(jīng)進(jìn)行過(guò)序列分析的用粗體表示。黑色圓點(diǎn)表示具有高支持度的節(jié)點(diǎn)(>70%)。分枝長(zhǎng)度代表聚類(lèi)的遺傳距離，也就是16SrRNA基因的核苷酸序列差異。圖13.2人類(lèi)腸道系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性。(A)基于8903個(gè)8圖13.3人類(lèi)消化道(GI)中各種細(xì)菌的豐度估算。主要依據(jù)16SrRNA基因序列的變異水平。分布在“屬”以下水平的同源性為95%，“種”以下水平的同源性為98%，到菌株水平只有基于獨(dú)特的序列。計(jì)算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，各分類(lèi)單位則同源性分布于80~100%之間。圖13.3人類(lèi)消化道(GI)中各種細(xì)菌的豐度估算。主要依據(jù)91、真菌微生物：白色念珠菌在人體中最主要的真菌微生物種屬是酵母白色念珠菌。它極少量的定居在口，陰道和胃腸道（GI）管中。影響粘膜表面白色念珠菌數(shù)量的因素是多方面的，包括正常微生物菌群、激素、壓力、先天性免疫和獲得性免疫。無(wú)菌而經(jīng)抗生素治療的小鼠，對(duì)白色念珠菌感染更為敏感。在人體中，酵母菌感染粘膜系統(tǒng)是抗生素治療產(chǎn)生的一個(gè)最常見(jiàn)的副作用。因此，通過(guò)正常菌群來(lái)控制白色念珠菌是非常重要的。細(xì)菌微生物之所以能夠控制和預(yù)防白色念珠菌感染，部分是因?yàn)樗鼈兡芡ㄟ^(guò)生存競(jìng)爭(zhēng)將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？谇患?xì)菌可以抑制酵母白色念珠菌在裂解為菌絲的過(guò)程中轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化可加強(qiáng)對(duì)上皮細(xì)胞的入侵。乳酸菌被認(rèn)為可以抑制白色念珠菌在小鼠胃腸道上皮細(xì)胞的定植，及其引發(fā)的菌絲入侵和全身感染。在胃腸道患念珠菌病的小鼠模型中，預(yù)先接種乳酸菌可以降低白色念珠菌的水平，并可減少它的入侵。研究證實(shí)，有幾株乳酸菌可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化，而菌絲轉(zhuǎn)化是菌侵染上皮細(xì)胞和由共生到病原菌轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。正常微生物菌群的成員，例如乳酸菌，能夠產(chǎn)生大量具有生物活性的短鏈脂肪酸。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。丁酸是一種短鏈脂肪酸，因具有免疫調(diào)節(jié)活性而被人們所熟知。然而，丁酸也可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化。短鏈脂肪酸是一種代謝副產(chǎn)物，可通過(guò)乳酸菌發(fā)酵大量生產(chǎn)。因此，抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化是乳酸菌的一個(gè)重要的益生菌活性。1、真菌微生物：白色念珠菌10這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。大量事實(shí)顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。細(xì)菌微生物之所以能夠控制和預(yù)防白色念珠菌感染，部分是因?yàn)樗鼈兡芡ㄟ^(guò)生存競(jìng)爭(zhēng)將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？股?，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過(guò)敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長(zhǎng)，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長(zhǎng)。這也就是底物有限的情況。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)查，看其對(duì)排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過(guò)六個(gè)月會(huì)導(dǎo)致短暫的可操作細(xì)菌定植。（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系四、微生物群體變動(dòng)與過(guò)敏癥之間的流行病學(xué)聯(lián)系沒(méi)有外膜的多糖類(lèi)結(jié)合蛋白介導(dǎo)的黏附到富含糖的營(yíng)養(yǎng)顆粒，所以它將會(huì)冒很大被腸道生物反應(yīng)器洗刷掉的風(fēng)險(xiǎn)。2、改變微生物菌群環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。僅為宿主生產(chǎn)有益物質(zhì)的微生物被稱(chēng)為有益菌，包括乳酸菌屬和雙歧桿菌屬。此外，潛在致病微生物（PPO）也是組成微生物種群的一部分，包括需氧腸細(xì)菌，梭菌屬以及白色念珠菌。然而，在健康個(gè)體中，PPO僅占微生物種群總量的一小部分。微生態(tài)失衡主要表現(xiàn)在有益厭氧微生物的減少以及需氧細(xì)菌和真菌（大部分是一些潛在致病菌）和有害厭氧微生物的增加。腸道微生物定植抗力是專(zhuān)性厭氧菌所具有一種抑制活性，它能抑制潛在的有害固有種和外來(lái)種的過(guò)度繁殖。微生物定植抗力的減少，最終可能表現(xiàn)出無(wú)臨床癥狀（僅導(dǎo)致微生態(tài)失衡）或者是播散性感染。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。2、改變微生物菌11圖13.4機(jī)體學(xué)會(huì)了如何從多形類(lèi)桿菌(B.thetaiotaomicron)那里獲得可利用的糖類(lèi)。(1)多形類(lèi)桿菌沒(méi)有黏附的細(xì)胞器。沒(méi)有外膜的多糖類(lèi)結(jié)合蛋白介導(dǎo)的黏附到富含糖的營(yíng)養(yǎng)顆粒，所以它將會(huì)冒很大被腸道生物反應(yīng)器洗刷掉的風(fēng)險(xiǎn)。這也就是底物有限的情況。(2)少量的未經(jīng)消化或部分消化的營(yíng)養(yǎng)顆粒，例如飲食的纖維素、流動(dòng)的上皮細(xì)胞或粘膜片段。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。(3)耐熱的產(chǎn)甲烷細(xì)菌通過(guò)發(fā)酵這些糖類(lèi)釋放出甲烷，從而從多糖中把能量全部釋放出來(lái)。(4)當(dāng)飲食缺乏多糖的時(shí)候，多形類(lèi)桿菌就通過(guò)發(fā)展一套不同的多糖結(jié)合蛋白和配糖水解酶為宿主粘膜提供多糖。這種適應(yīng)性反映出宿主粘膜多糖的多樣性和多形類(lèi)桿菌的不同的適應(yīng)能力。圖13.4機(jī)體學(xué)會(huì)了如何從多形類(lèi)桿菌(B.thetaiota12研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。在無(wú)菌鼠中口服耐受無(wú)法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。由這個(gè)事實(shí)得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來(lái)完成其進(jìn)化。計(jì)算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，各分類(lèi)單位則同源性分布于80~100%之間。近來(lái)的研究主要集中在微生物群體對(duì)腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應(yīng)胃腸道中微生物的存在。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動(dòng)，這跟不同的物種需要生長(zhǎng)在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。檢測(cè)來(lái)自過(guò)敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛(ài)沙尼亞）國(guó)家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來(lái)自不同國(guó)家的患過(guò)敏癥的兒童具有相同的微生物組成。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個(gè)“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學(xué)（具有影響力的先天免疫細(xì)胞）可能會(huì)有所改進(jìn)，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會(huì)將這一體系擴(kuò)大和延伸（圖13.口服耐受由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應(yīng)答，也包括肺部?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過(guò)程中，可能會(huì)降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答能力，或者通過(guò)真菌樣類(lèi)脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導(dǎo)的表達(dá)?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長(zhǎng)期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。三、益生菌和益生元胃腸道微生物菌群的控制和穩(wěn)定可作為免疫治療的一種手段。益生菌理論由EliMetchnikoff首次提出，解釋了保加利亞農(nóng)民身體健康、長(zhǎng)壽與日常飲用不含腐敗微生物的發(fā)酵乳制品之間的關(guān)系。通過(guò)這些觀察，他認(rèn)為維持健康的腸道微生物菌群是實(shí)現(xiàn)健康長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。益生菌因此被定義為有活性的微生物添加劑，它是非致病菌，可對(duì)健康產(chǎn)生有益的影響。添加益生菌不僅能夠?qū)е略谏矬w中的定植，而且能夠改變微生物種群其它成員的豐度。以發(fā)酵食品的形式添加益生菌，在西方國(guó)家和部分歐洲地區(qū)很流行。考古學(xué)研究也支持這一理論，在數(shù)千年之后這一習(xí)慣擴(kuò)大并遍及多個(gè)文明社會(huì)。由這個(gè)事實(shí)得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來(lái)完成其進(jìn)化。在西方國(guó)家，兒童過(guò)敏性癥狀已經(jīng)被證實(shí)得到了緩解，主要是因?yàn)樗麄兊纳罘绞剑p少抗生素的使用和每天攝入一定量的益生菌，這種現(xiàn)象印證了上面的觀點(diǎn)?，F(xiàn)在臨床研究表明添加益生菌能改良健康狀況。我們不應(yīng)該僅僅注意對(duì)健康有特殊療效的微生物的挑選，也應(yīng)該注意用于促進(jìn)這些微生物添加劑生長(zhǎng)發(fā)育并能提高其活性的食品添加劑（益生元）。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)查，看其對(duì)排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過(guò)六個(gè)月會(huì)導(dǎo)致短暫的可操作細(xì)菌定植。然而，在益生菌添加停止兩個(gè)月后檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分實(shí)驗(yàn)中鼠李糖乳酸菌都沒(méi)檢出?？梢?jiàn)益生菌的日常攝取對(duì)于獲取最大功效可能是必需的。研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸13樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)誘導(dǎo)T細(xì)胞分化。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細(xì)菌起主導(dǎo)作用。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細(xì)胞捕獲，接下來(lái)在次級(jí)淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過(guò)程中，可能會(huì)降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答能力，或者通過(guò)真菌樣類(lèi)脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導(dǎo)的表達(dá)。對(duì)這些動(dòng)物模型的研究強(qiáng)調(diào)了這樣一種觀點(diǎn)，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對(duì)吸入抗原的免疫應(yīng)答起很重要的作用。在超敏反應(yīng)(變態(tài)反應(yīng))的前后，可以阻止無(wú)菌動(dòng)物的口服耐受性誘導(dǎo)，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。四、微生物群體變動(dòng)與過(guò)敏癥之間的流行病學(xué)聯(lián)系抗生素，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過(guò)敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這三種因素對(duì)微生物群體組成的影響都很大。目前，基于對(duì)流行病學(xué)的研究，反對(duì)用微生物在過(guò)敏病患者中做實(shí)驗(yàn)直接證明和檢測(cè)這一觀點(diǎn)。但是大量研究顯示胃腸道微生物菌群的組成在患有遺傳性過(guò)敏癥和非遺傳性過(guò)敏癥的個(gè)體中是不同的，在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家也是不同的。飲食變更，例如增大飲食中優(yōu)質(zhì)食物的比例，可能是造成發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家GI中微生物組成不同的主要原因。檢測(cè)來(lái)自過(guò)敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛(ài)沙尼亞）國(guó)家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來(lái)自不同國(guó)家的患過(guò)敏癥的兒童具有相同的微生物組成。過(guò)敏癥兒童（利用陽(yáng)性皮膚點(diǎn)刺試驗(yàn)檢測(cè)普通過(guò)敏原）需氧微生物的水平增加，并且厭氧微生物降低，尤其是乳酸桿菌的水平。其他研究調(diào)查了嬰兒出生后前兩年體內(nèi)微生物群體的組成，并監(jiān)控了瑞典和愛(ài)沙尼亞這兩個(gè)國(guó)家中過(guò)敏癥的發(fā)展情況。有趣的是，患有過(guò)敏癥的嬰幼兒體內(nèi)雙歧桿菌和腸球菌的水平都很低，而梭狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的水平卻有所提升。這些研究表明，微生物的組成可能是過(guò)敏性疾病的潛在因素，盡管在這兩個(gè)國(guó)家中還存在其它環(huán)境因子的差異。樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)14第二節(jié)微生物菌群的變動(dòng)和免疫學(xué)推論

一、引言早在幾年前人們就已經(jīng)意識(shí)到胃腸道微生物菌群的變更可以影響?zhàn)つっ庖?。無(wú)菌動(dòng)物含有極少量的腸道集合淋巴結(jié)，極少量的上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞，和低水平的分泌型IgA。在超敏反應(yīng)(變態(tài)反應(yīng))的前后，可以阻止無(wú)菌動(dòng)物的口服耐受性誘導(dǎo)，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。用腸細(xì)菌接種無(wú)菌鼠（程式化/規(guī)范化），可以使其產(chǎn)生口服耐受的能力得到恢復(fù)。免疫耐受，包括口腔耐受，通過(guò)被稱(chēng)為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞群中不同的T細(xì)胞對(duì)其進(jìn)行調(diào)控，這些T細(xì)胞具有抗炎功能，由白細(xì)胞介素(IL)-10和/或轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-抑制。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育情況強(qiáng)烈受抗原呈遞細(xì)胞（APC）類(lèi)型和成熟度的影響。樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)誘導(dǎo)T細(xì)胞分化。未成熟DCs（沒(méi)有接收到炎癥信號(hào)）誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化，而成熟DCs（接收到了炎癥信號(hào)）則誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞(Th1和Th2)的分化。大量事實(shí)顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。例如，乳酸桿菌素能夠下調(diào)DCs的成熟，并能減少CD4+T細(xì)胞（類(lèi)似調(diào)節(jié)性T細(xì)胞）的體外增殖。有趣的是，已有報(bào)道稱(chēng)幼鼠經(jīng)卡那霉素治療后，相對(duì)于Th1免疫應(yīng)答，基于Th2的免疫應(yīng)答會(huì)有所增加，包括增加循環(huán)的IgE,IgG1和抗-CD3-刺激的脾臟IL-4的產(chǎn)生，同時(shí)減少脾臟IFNγ的產(chǎn)生。這些經(jīng)抗生素治療的鼠經(jīng)口注入腸細(xì)菌，抑制了脾臟中基于Th2響應(yīng)的上調(diào)。結(jié)果表明：通過(guò)改變GI中微生物的組成可以促使Th2響應(yīng)上調(diào)機(jī)制發(fā)生?？偠灾?，大量事實(shí)開(kāi)始支持這一模式，解釋了為何微生物群體的破壞可以通過(guò)干擾DCs（促進(jìn)抗原特異性調(diào)節(jié)T細(xì)胞免疫應(yīng)答）的分化來(lái)破壞口服耐受（圖13.5）。第二節(jié)微生物菌群的變動(dòng)和免疫學(xué)推論一、引言15圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應(yīng)答模型。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細(xì)胞捕獲，接下來(lái)在次級(jí)淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。接觸抗原后，抗原特異性T細(xì)胞被募集到肺臟。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)對(duì)預(yù)防呼吸道中過(guò)度的Th2應(yīng)答是非常必要的，Th2應(yīng)答是針對(duì)吸入性非易感（花粉）或極低易感（霉菌孢子）抗原產(chǎn)生的應(yīng)答。吸入性抗原能進(jìn)入機(jī)體，是因?yàn)楸乔缓蜕虾粑涝诮馄蕦W(xué)上被設(shè)計(jì)成適合于將環(huán)境中抗原（浮質(zhì)，微細(xì)顆粒）黏附到粘膜層上的結(jié)構(gòu)，然后將它們卷入喉嚨，最終將它們吞下。吸入的Ag隨后被GI管中的樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)獲得。在非炎癥條件下，這些DCs能促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞對(duì)抗原的免疫應(yīng)答。依據(jù)介導(dǎo)口服耐受的機(jī)制保持微生物平衡有利于維持T細(xì)胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。然而，GI管能夠捕獲呼吸進(jìn)肺部和鼻腔中的抗原。這會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)性T細(xì)胞應(yīng)答的產(chǎn)生，從而控制無(wú)感染時(shí)的炎癥。在抗生素誘導(dǎo)GI微生物菌群（細(xì)菌和真菌）發(fā)生長(zhǎng)期變化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)抗生素使用與肺免疫失調(diào)之間的聯(lián)系，這將造成調(diào)節(jié)性T細(xì)胞應(yīng)答環(huán)境的改變。飲食改變與抗生素使用具有相同的效果。宿主也能通過(guò)改變先天識(shí)別反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應(yīng)答模型。16二、胃腸道微生物的改變?cè)谶^(guò)敏性呼吸道疾病中的作用現(xiàn)已提出肺這一微環(huán)境通常傾向于進(jìn)行Th2免疫應(yīng)答。然而，在肺部經(jīng)鼻腔吸入抗原的再三接觸會(huì)導(dǎo)致Th2應(yīng)答的減少，這是耐受的一種形式。口服耐受由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應(yīng)答，也包括肺部。在無(wú)菌鼠中口服耐受無(wú)法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。那么口服耐受與耐受吸入的過(guò)敏原究竟有什么關(guān)系呢？大量的研究顯示，從鼻腔進(jìn)入的流體，微粒和微生物隨后很大程度上都能在GI管中被即刻檢測(cè)到。即使將2.5μl這樣小的劑量經(jīng)鼻腔注入小鼠，也能被完全吸收，主要是因?yàn)楸茄是缓叙つだw毛。因此，胃腸道會(huì)接觸并捕獲任何抗原，同時(shí)呼吸道也會(huì)捕獲這些抗原。因?yàn)樵S多抗原的的攝取可能會(huì)引起對(duì)相應(yīng)抗原的耐受（如眾所周知的“口服耐受”現(xiàn)象），這種有趣的觀點(diǎn)認(rèn)為，胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)在耐受吸入抗原的過(guò)程中擔(dān)當(dāng)?shù)目赡苁莻鞲衅鞯慕巧?。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個(gè)“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學(xué)（具有影響力的先天免疫細(xì)胞）可能會(huì)有所改進(jìn)，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會(huì)將這一體系擴(kuò)大和延伸（圖13.5）。二、胃腸道微生物的改變?cè)谶^(guò)敏性呼吸道疾病中的作用17最近報(bào)道指出白色念珠菌（和許多其它真菌）分泌前列腺素樣分子denovo或經(jīng)由外來(lái)的花生四烯酸轉(zhuǎn)化。PGE2(前列腺素E2)可交叉反應(yīng)的混合物對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有生物活性，它的生物活性與從白色念珠菌中提取精制的PGE2沒(méi)有多大差異。前列腺素是一種有效的免疫調(diào)節(jié)分子，它能夠抑制Th1-型免疫應(yīng)答、細(xì)胞因子產(chǎn)生、吞噬作用加強(qiáng)和淋巴細(xì)胞增殖，并能提升Th2-型免疫應(yīng)答應(yīng)答和促進(jìn)組織嗜曙紅細(xì)胞增殖。PGD2受體(DP)敲除的鼠對(duì)卵清蛋白(OVA)沒(méi)有呼吸道Th2型免疫應(yīng)答?，F(xiàn)在大量事實(shí)證明前列腺素（尤其是PGE2）在整個(gè)免疫調(diào)節(jié)中都有作用（積極的或消極的）。源自微生物的前列腺素D2（PGD2）能夠改變DC的遷移和生存。在組織中真菌細(xì)胞壁葡聚糖也是一種有效的炎癥刺激物，并且在胃腸道中具有酵母的免疫調(diào)節(jié)活性。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過(guò)程中，可能會(huì)降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答能力，或者通過(guò)真菌樣類(lèi)脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導(dǎo)的表達(dá)。最近報(bào)道指出白色念珠菌（和許多其它真菌）分泌前18已經(jīng)建立了一個(gè)由抗生素誘導(dǎo)破壞微生物菌群的小鼠模型，包括穩(wěn)定增加胃腸道中（GI）的腸細(xì)菌和GI中的假絲酵母菌的水平，而沒(méi)有將微生物引入肺中。將頭孢哌酮放入鼠飲用水中，喂養(yǎng)處理小鼠5天，接著僅經(jīng)口喂入白色念珠菌。這會(huì)導(dǎo)致胃腸道微生物菌群中GI細(xì)菌數(shù)量的變化，增加酵母菌的數(shù)量，這種現(xiàn)象至少會(huì)持續(xù)2~3周。如果隨后將此鼠經(jīng)鼻引入過(guò)敏原，這種微生物變化將引起由IL-13和CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的過(guò)敏性呼吸道免疫應(yīng)答。對(duì)這些動(dòng)物模型的研究強(qiáng)調(diào)了這樣一種觀點(diǎn)，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對(duì)吸入抗原的免疫應(yīng)答起很重要的作用。已經(jīng)建立了一個(gè)由抗生素誘導(dǎo)破壞微生物菌群的小鼠19三、微生物菌群能被用來(lái)改變超敏反應(yīng)嗎？大量研究顯示，添加益生菌和益生元在治療和預(yù)防疾病方面都能產(chǎn)生不錯(cuò)的療效。已經(jīng)有一些證據(jù)表明，添加益生菌能夠減輕和/或預(yù)防過(guò)敏性疾病的發(fā)展。盡管過(guò)敏癥包含許多種疾病，但是異位性濕疹是在幼兒和兒童中最早顯現(xiàn)的一個(gè)病癥。在一個(gè)隨機(jī)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究中，口服鼠李糖乳酸菌GG可以降低高危兒童異位性濕疹的發(fā)病率。這一研究持續(xù)兩年，結(jié)果表明在兒童的幼年早期供給益生菌添加劑可預(yù)防過(guò)敏性疾病。對(duì)幼年患有異位性濕疹的幼兒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些研究顯示飲用益生菌添加劑的兒童比嚴(yán)格控制沒(méi)有飲用益生菌添加劑的兒童更能有效減輕疾病的嚴(yán)重程度。對(duì)患病幼兒的排泄物進(jìn)行微生物組分測(cè)定，結(jié)果顯示，大腸桿菌的水平與過(guò)敏性疾病之間存在相關(guān)性，并且添加雙歧桿菌后能夠降低大腸桿菌的水平。有趣的是，懷有可能患病的幼兒的媽媽服用益生菌添加劑也能預(yù)防并發(fā)性異位性濕疹。無(wú)論是在出生前還是出生后添加益生菌，均使一組高危幼兒患異位性皮炎的機(jī)率降低了50%。對(duì)已經(jīng)患有異位性皮炎的兒童進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌能夠減輕病人的臨床癥狀。在鼠中，經(jīng)口服干酪乳酸桿菌Shirota能夠有效地抑制OVA刺激的IgE的產(chǎn)生?？偠灾?，這些研究指出，調(diào)控兒童和幼兒胃腸道中的微生物可以作為預(yù)防和治療過(guò)敏性疾病的策略。還需要做大量的研究來(lái)確定選取最優(yōu)益生菌的方案，并確定這個(gè)方案對(duì)患有過(guò)敏性呼吸道疾病病人的有效性。三、微生物菌群能被用來(lái)改變超敏反應(yīng)嗎？20四、微生物菌群是免疫系統(tǒng)的主要調(diào)控者嗎？一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)意識(shí)到飲食能夠顯著地改變微生物菌群的組成和豐度。幾十年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)能夠利用小鼠模型證明：微生物菌群對(duì)免疫系統(tǒng)的發(fā)展和維護(hù)具有重要作用。然而，直到40年前，這些關(guān)于人們健康的影響因素才顯現(xiàn)出來(lái)。在這個(gè)時(shí)期，對(duì)日常生活引入這些因素產(chǎn)生了強(qiáng)有力的影響，能長(zhǎng)時(shí)間大幅度地改變微生物菌群。在發(fā)達(dá)國(guó)家，抗生素的廣泛使用和飲食的不規(guī)律，致使過(guò)敏癥和哮喘病發(fā)病率有了明顯的提高。因此，用這些動(dòng)物模型，我們證明了微生物菌群對(duì)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的確具有很重要的作用。四、微生物菌群是免疫系統(tǒng)的主要調(diào)控者嗎？21胃腸道微生物和健康的關(guān)系胃腸道微生物和健康的關(guān)系22（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系23一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對(duì)腸道微生物的影響1、抗生素抗生素對(duì)腸道微生物的下游效應(yīng)依賴(lài)于幾種藥理學(xué)變化。然而，腸道微生物定植抵抗能力（由伺機(jī)性病原菌抵抗定植）的缺乏是由大多數(shù)抗生素治療所產(chǎn)生的一種常見(jiàn)的副作用。在人和動(dòng)物模型中，抗生素治療會(huì)導(dǎo)致有益厭氧菌（例如，雙歧桿菌屬、乳酸菌和類(lèi)桿菌屬）的長(zhǎng)期減少而增加一些潛在的有害微生物的繁殖（例如，革蘭氏陰性需氧菌、厭氧病原菌、難辨梭狀芽孢桿菌和白色念珠酵母菌）。抗生素治療還能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長(zhǎng)期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對(duì)腸道微生物的影響242、膳食宿主與微生物通過(guò)營(yíng)養(yǎng)交換表現(xiàn)它們之間的共生關(guān)系。宿主為微生物提供生存的微環(huán)境和養(yǎng)料，微生物生產(chǎn)一些有益的次生代謝產(chǎn)物，如維生素和短鏈脂肪酸作為交換。20世紀(jì)前葉，科學(xué)家致力于研究膳食對(duì)微生物的影響，這主要受益于益生菌理論的提出者梅奇尼可夫（EliMetchnikoff）的觀點(diǎn)的普及。這些早期的研究表明嚙齒動(dòng)物腸道菌群的構(gòu)成會(huì)隨著膳食的改變發(fā)生急劇的變化。進(jìn)食營(yíng)養(yǎng)豐富的狗會(huì)抑制耐藥微生物的恢復(fù)，這一點(diǎn)已經(jīng)得到了證實(shí)?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長(zhǎng)，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長(zhǎng)。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動(dòng)，這跟不同的物種需要生長(zhǎng)在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。2、膳食253、嬰幼兒飲食一個(gè)世紀(jì)以前，科學(xué)家作了關(guān)于這方面的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)飲用母乳和飲用牛奶的嬰幼兒胃腸道內(nèi)微生物的組成存在差異。這個(gè)結(jié)論是通過(guò)對(duì)不同時(shí)期嬰幼兒胃腸道中微生物的定植情況進(jìn)行觀察而得出的，并且得到了反復(fù)印證。兩種飲食攝生法的最大差別是，飲用母乳的嬰幼兒微生物的主要組成為乳酸菌，而飲用牛奶的嬰幼兒腸道微生物組成卻有所不同，主要是厭氧細(xì)菌和需氧細(xì)菌的混合物，推測(cè)這和母乳中的抗體組成和細(xì)胞因子組成有很大關(guān)系，當(dāng)然也與其蛋白質(zhì)和各種營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。近來(lái)的研究主要集中在微生物群體對(duì)腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應(yīng)胃腸道中微生物的存在。研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。本節(jié)著重論述在接受外源性抗原刺激時(shí)，腸道微生物在維持黏膜免疫耐受中所起的作用。3、嬰幼兒飲食26二、正常微生物菌群：特點(diǎn)和發(fā)育胃腸道管中微生物定植的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致一系列的生態(tài)演替，最終導(dǎo)致穩(wěn)定的微生物菌群（微生物區(qū)系）的建立，這個(gè)穩(wěn)定的微生物菌群對(duì)不同的個(gè)體具有唯一性。穩(wěn)定的微生物群體由固有種（永久成員）和外來(lái)種（從外來(lái)物種暫時(shí)獲得的短暫定居者）組成。這種微生物菌群由400~1000個(gè)種組成，大約有60%的微生物在胃腸道以外的環(huán)境是不可培養(yǎng)的。然而，這些菌中已被證實(shí)僅有30~40種微生物。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細(xì)菌起主導(dǎo)作用。大部分細(xì)菌是嚴(yán)格厭氧菌（97%），而僅有3%為需氧菌（耐氧厭氧菌）。微生物群體組成的不同不僅表現(xiàn)在沿著胃腸腔的長(zhǎng)度有所變化，更具代表性的是定居在胃腸道粘膜和內(nèi)腔中微生物數(shù)量的不同。根據(jù)濃度定量，胃腸道內(nèi)最普遍的厭氧菌是類(lèi)桿菌屬，雙歧桿菌屬，真桿菌屬，梭形桿菌屬，梭狀芽胞桿菌屬和乳酸菌。需氧菌中有革蘭氏陰性腸細(xì)菌（大腸桿菌屬和沙門(mén)氏菌屬）和革蘭氏陽(yáng)性球菌屬（腸球菌、葡萄球菌和鏈球菌）。除需氧細(xì)菌外，需氧真菌種屬，如白色念珠菌屬，也是正常微生物菌群的成員。二、正常微生物菌群：特點(diǎn)和發(fā)育27圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類(lèi)。每一個(gè)樣品的每一個(gè)細(xì)菌系統(tǒng)類(lèi)型的序列數(shù)目。Y軸表示相鄰的遺傳系統(tǒng)分類(lèi)樹(shù)中各分類(lèi)單位的代表的合并點(diǎn)(分枝點(diǎn))。該項(xiàng)研究共有395個(gè)系統(tǒng)類(lèi)型；每一行是一個(gè)不同的系統(tǒng)類(lèi)型。共有7個(gè)微生物門(mén)：似細(xì)菌門(mén)(Bacteroidetes),非變形菌門(mén)(non-Alphaproteobacteria)、未明確分類(lèi)的藍(lán)藻菌近緣微生物門(mén)(Cyanobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)和阿爾法蛋白細(xì)菌門(mén)(Alphaproteinobacteria),全部列在圖的上部。在系統(tǒng)分類(lèi)樹(shù)中用不同的顏色表示出來(lái)。對(duì)于每一個(gè)系統(tǒng)分類(lèi)類(lèi)型用刻度的灰色值表示出其菌落豐度。圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類(lèi)。每一個(gè)樣品的每一個(gè)細(xì)菌28圖13.2人類(lèi)腸道系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性。(A)基于8903個(gè)16SrRNA基因序列的基因芯片進(jìn)行的腸道系統(tǒng)細(xì)菌多樣調(diào)查和系統(tǒng)分類(lèi)所繪制的系統(tǒng)樹(shù)。楔形圖表示的各分類(lèi)領(lǐng)域(超領(lǐng)域)：在人的消化道中具有較大豐度的用紅色表示，非常罕見(jiàn)的種類(lèi)用綠色表示，未鑒定的用灰色表示。楔形圖長(zhǎng)度表示與其祖先的進(jìn)化距離，粗度表示其豐度。(B)CFB分類(lèi)的系統(tǒng)樹(shù)是基于GenBank(>900核苷酸)1561序列及其生態(tài)學(xué)的邏輯關(guān)系。CFB主要亞類(lèi)的楔形圖：用象征符號(hào)表示其來(lái)源：地球、環(huán)境、牛、反芻動(dòng)物、嚙齒動(dòng)物、老鼠和/或小鼠、人類(lèi)、人類(lèi)消化道(GI)，其它還有白蟻、蟑螂、蟲(chóng)子(包括熱水中的蟲(chóng))和豬。圖中的比例是指人的消化道中存在的數(shù)目和亞類(lèi)中總數(shù)的比值：紅色、黃色和黑色分別表示多數(shù)、少數(shù)和人類(lèi)GI中不存在。(C)簡(jiǎn)化的細(xì)菌類(lèi)系統(tǒng)樹(shù)。細(xì)菌菌株的分類(lèi)是基于形態(tài)學(xué)的用紅色表示，這些菌株還沒(méi)有得到16SrRNA分析的證實(shí)。已經(jīng)進(jìn)行過(guò)序列分析的用粗體表示。黑色圓點(diǎn)表示具有高支持度的節(jié)點(diǎn)(>70%)。分枝長(zhǎng)度代表聚類(lèi)的遺傳距離，也就是16SrRNA基因的核苷酸序列差異。圖13.2人類(lèi)腸道系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性。(A)基于8903個(gè)29圖13.3人類(lèi)消化道(GI)中各種細(xì)菌的豐度估算。主要依據(jù)16SrRNA基因序列的變異水平。分布在“屬”以下水平的同源性為95%，“種”以下水平的同源性為98%，到菌株水平只有基于獨(dú)特的序列。計(jì)算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，各分類(lèi)單位則同源性分布于80~100%之間。圖13.3人類(lèi)消化道(GI)中各種細(xì)菌的豐度估算。主要依據(jù)301、真菌微生物：白色念珠菌在人體中最主要的真菌微生物種屬是酵母白色念珠菌。它極少量的定居在口，陰道和胃腸道（GI）管中。影響粘膜表面白色念珠菌數(shù)量的因素是多方面的，包括正常微生物菌群、激素、壓力、先天性免疫和獲得性免疫。無(wú)菌而經(jīng)抗生素治療的小鼠，對(duì)白色念珠菌感染更為敏感。在人體中，酵母菌感染粘膜系統(tǒng)是抗生素治療產(chǎn)生的一個(gè)最常見(jiàn)的副作用。因此，通過(guò)正常菌群來(lái)控制白色念珠菌是非常重要的。細(xì)菌微生物之所以能夠控制和預(yù)防白色念珠菌感染，部分是因?yàn)樗鼈兡芡ㄟ^(guò)生存競(jìng)爭(zhēng)將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？谇患?xì)菌可以抑制酵母白色念珠菌在裂解為菌絲的過(guò)程中轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化可加強(qiáng)對(duì)上皮細(xì)胞的入侵。乳酸菌被認(rèn)為可以抑制白色念珠菌在小鼠胃腸道上皮細(xì)胞的定植，及其引發(fā)的菌絲入侵和全身感染。在胃腸道患念珠菌病的小鼠模型中，預(yù)先接種乳酸菌可以降低白色念珠菌的水平，并可減少它的入侵。研究證實(shí)，有幾株乳酸菌可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化，而菌絲轉(zhuǎn)化是菌侵染上皮細(xì)胞和由共生到病原菌轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。正常微生物菌群的成員，例如乳酸菌，能夠產(chǎn)生大量具有生物活性的短鏈脂肪酸。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。丁酸是一種短鏈脂肪酸，因具有免疫調(diào)節(jié)活性而被人們所熟知。然而，丁酸也可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化。短鏈脂肪酸是一種代謝副產(chǎn)物，可通過(guò)乳酸菌發(fā)酵大量生產(chǎn)。因此，抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化是乳酸菌的一個(gè)重要的益生菌活性。1、真菌微生物：白色念珠菌31這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。大量事實(shí)顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。細(xì)菌微生物之所以能夠控制和預(yù)防白色念珠菌感染，部分是因?yàn)樗鼈兡芡ㄟ^(guò)生存競(jìng)爭(zhēng)將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境。抗生素，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過(guò)敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長(zhǎng)，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長(zhǎng)。這也就是底物有限的情況。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)查，看其對(duì)排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過(guò)六個(gè)月會(huì)導(dǎo)致短暫的可操作細(xì)菌定植。（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系四、微生物群體變動(dòng)與過(guò)敏癥之間的流行病學(xué)聯(lián)系沒(méi)有外膜的多糖類(lèi)結(jié)合蛋白介導(dǎo)的黏附到富含糖的營(yíng)養(yǎng)顆粒，所以它將會(huì)冒很大被腸道生物反應(yīng)器洗刷掉的風(fēng)險(xiǎn)。2、改變微生物菌群環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。僅為宿主生產(chǎn)有益物質(zhì)的微生物被稱(chēng)為有益菌，包括乳酸菌屬和雙歧桿菌屬。此外，潛在致病微生物（PPO）也是組成微生物種群的一部分，包括需氧腸細(xì)菌，梭菌屬以及白色念珠菌。然而，在健康個(gè)體中，PPO僅占微生物種群總量的一小部分。微生態(tài)失衡主要表現(xiàn)在有益厭氧微生物的減少以及需氧細(xì)菌和真菌（大部分是一些潛在致病菌）和有害厭氧微生物的增加。腸道微生物定植抗力是專(zhuān)性厭氧菌所具有一種抑制活性，它能抑制潛在的有害固有種和外來(lái)種的過(guò)度繁殖。微生物定植抗力的減少，最終可能表現(xiàn)出無(wú)臨床癥狀（僅導(dǎo)致微生態(tài)失衡）或者是播散性感染。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。2、改變微生物菌32圖13.4機(jī)體學(xué)會(huì)了如何從多形類(lèi)桿菌(B.thetaiotaomicron)那里獲得可利用的糖類(lèi)。(1)多形類(lèi)桿菌沒(méi)有黏附的細(xì)胞器。沒(méi)有外膜的多糖類(lèi)結(jié)合蛋白介導(dǎo)的黏附到富含糖的營(yíng)養(yǎng)顆粒，所以它將會(huì)冒很大被腸道生物反應(yīng)器洗刷掉的風(fēng)險(xiǎn)。這也就是底物有限的情況。(2)少量的未經(jīng)消化或部分消化的營(yíng)養(yǎng)顆粒，例如飲食的纖維素、流動(dòng)的上皮細(xì)胞或粘膜片段。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。(3)耐熱的產(chǎn)甲烷細(xì)菌通過(guò)發(fā)酵這些糖類(lèi)釋放出甲烷，從而從多糖中把能量全部釋放出來(lái)。(4)當(dāng)飲食缺乏多糖的時(shí)候，多形類(lèi)桿菌就通過(guò)發(fā)展一套不同的多糖結(jié)合蛋白和配糖水解酶為宿主粘膜提供多糖。這種適應(yīng)性反映出宿主粘膜多糖的多樣性和多形類(lèi)桿菌的不同的適應(yīng)能力。圖13.4機(jī)體學(xué)會(huì)了如何從多形類(lèi)桿菌(B.thetaiota33研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。在無(wú)菌鼠中口服耐受無(wú)法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。由這個(gè)事實(shí)得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來(lái)完成其進(jìn)化。計(jì)算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，各分類(lèi)單位則同源性分布于80~100%之間。近來(lái)的研究主要集中在微生物群體對(duì)腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應(yīng)胃腸道中微生物的存在。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動(dòng)，這跟不同的物種需要生長(zhǎng)在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。檢測(cè)來(lái)自過(guò)敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛(ài)沙尼亞）國(guó)家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來(lái)自不同國(guó)家的患過(guò)敏癥的兒童具有相同的微生物組成。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個(gè)“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學(xué)（具有影響力的先天免疫細(xì)胞）可能會(huì)有所改進(jìn)，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會(huì)將這一體系擴(kuò)大和延伸（圖13.口服耐受由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應(yīng)答，也包括肺部?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過(guò)程中，可能會(huì)降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答能力，或者通過(guò)真菌樣類(lèi)脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導(dǎo)的表達(dá)?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長(zhǎng)期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。三、益生菌和益生元胃腸道微生物菌群的控制和穩(wěn)定可作為免疫治療的一種手段。益生菌理論由EliMetchnikoff首次提出，解釋了保加利亞農(nóng)民身體健康、長(zhǎng)壽與日常飲用不含腐敗微生物的發(fā)酵乳制品之間的關(guān)系。通過(guò)這些觀察，他認(rèn)為維持健康的腸道微生物菌群是實(shí)現(xiàn)健康長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。益生菌因此被定義為有活性的微生物添加劑，它是非致病菌，可對(duì)健康產(chǎn)生有益的影響。添加益生菌不僅能夠?qū)е略谏矬w中的定植，而且能夠改變微生物種群其它成員的豐度。以發(fā)酵食品的形式添加益生菌，在西方國(guó)家和部分歐洲地區(qū)很流行?？脊艑W(xué)研究也支持這一理論，在數(shù)千年之后這一習(xí)慣擴(kuò)大并遍及多個(gè)文明社會(huì)。由這個(gè)事實(shí)得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來(lái)完成其進(jìn)化。在西方國(guó)家，兒童過(guò)敏性癥狀已經(jīng)被證實(shí)得到了緩解，主要是因?yàn)樗麄兊纳罘绞?，包括減少抗生素的使用和每天攝入一定量的益生菌，這種現(xiàn)象印證了上面的觀點(diǎn)。現(xiàn)在臨床研究表明添加益生菌能改良健康狀況。我們不應(yīng)該僅僅注意對(duì)健康有特殊療效的微生物的挑選，也應(yīng)該注意用于促進(jìn)這些微生物添加劑生長(zhǎng)發(fā)育并能提高其活性的食品添加劑（益生元）。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)查，看其對(duì)排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過(guò)六個(gè)月會(huì)導(dǎo)致短暫的可操作細(xì)菌定植。然而，在益生菌添加停止兩個(gè)月后檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分實(shí)驗(yàn)中鼠李糖乳酸菌都沒(méi)檢出?？梢?jiàn)益生菌的日常攝取對(duì)于獲取最大功效可能是必需的。研究的重點(diǎn)是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸34樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)誘導(dǎo)T細(xì)胞分化。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細(xì)菌起主導(dǎo)作用。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細(xì)胞捕獲，接下來(lái)在次級(jí)淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。這也就是動(dòng)力學(xué)平衡過(guò)程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導(dǎo)一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過(guò)程中，可能會(huì)降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答能力，或者通過(guò)真菌樣類(lèi)脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導(dǎo)的表達(dá)。對(duì)這些動(dòng)物模型的研究強(qiáng)調(diào)了這樣一種觀點(diǎn)，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對(duì)吸入抗原的免疫應(yīng)答起很重要的作用。在超敏反應(yīng)(變態(tài)反應(yīng))的前后，可以阻止無(wú)菌動(dòng)物的口服耐受性誘導(dǎo)，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導(dǎo)致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。四、微生物群體變動(dòng)與過(guò)敏癥之間的流行病學(xué)聯(lián)系抗生素，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過(guò)敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這三種因素對(duì)微生物群體組成的影響都很大。目前，基于對(duì)流行病學(xué)的研究，反對(duì)用微生物在過(guò)敏病患者中做實(shí)驗(yàn)直接證明和檢測(cè)這一觀點(diǎn)。但是大量研究顯示胃腸道微生物菌群的組成在患有遺傳性過(guò)敏癥和非遺傳性過(guò)敏癥的個(gè)體中是不同的，在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家也是不同的。飲食變更，例如增大飲食中優(yōu)質(zhì)食物的比例，可能是造成發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家GI中微生物組成不同的主要原因。檢測(cè)來(lái)自過(guò)敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛(ài)沙尼亞）國(guó)家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來(lái)自不同國(guó)家的患過(guò)敏癥的兒童具有相同的微生物組成。過(guò)敏癥兒童（利用陽(yáng)性皮膚點(diǎn)刺試驗(yàn)檢測(cè)普通過(guò)敏原）需氧微生物的水平增加，并且厭氧微生物降低，尤其是乳酸桿菌的水平。其他研究調(diào)查了嬰兒出生后前兩年體內(nèi)微生物群體的組成，并監(jiān)控了瑞典和愛(ài)沙尼亞這兩個(gè)國(guó)家中過(guò)敏癥的發(fā)展情況。有趣的是，患有過(guò)敏癥的嬰幼兒體內(nèi)雙歧桿菌和腸球菌的水平都很低，而梭狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的水平卻有所提升。這些研究表明，微生物的組成可能是過(guò)敏性疾病的潛在因素，盡管在這兩個(gè)國(guó)家中還存在其它環(huán)境因子的差異。樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)35第二節(jié)微生物菌群的變動(dòng)和免疫學(xué)推論

一、引言早在幾年前人們就已經(jīng)意識(shí)到胃腸道微生物菌群的變更可以影響?zhàn)つっ庖摺o(wú)菌動(dòng)物含有極少量的腸道集合淋巴結(jié)，極少量的上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞，和低水平的分泌型IgA。在超敏反應(yīng)(變態(tài)反應(yīng))的前后，可以阻止無(wú)菌動(dòng)物的口服耐受性誘導(dǎo)，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。用腸細(xì)菌接種無(wú)菌鼠（程式化/規(guī)范化），可以使其產(chǎn)生口服耐受的能力得到恢復(fù)。免疫耐受，包括口腔耐受，通過(guò)被稱(chēng)為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞群中不同的T細(xì)胞對(duì)其進(jìn)行調(diào)控，這些T細(xì)胞具有抗炎功能，由白細(xì)胞介素(IL)-10和/或轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-抑制。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育情況強(qiáng)烈受抗原呈遞細(xì)胞（APC）類(lèi)型和成熟度的影響。樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過(guò)改變性能來(lái)誘導(dǎo)T細(xì)胞分化。未成熟DCs（沒(méi)有接收到炎癥信號(hào)）誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化，而成熟DCs（接收到了炎癥信號(hào)）則誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞(Th1和Th2)的分化。大量事實(shí)顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。例如，乳酸桿菌素能夠下調(diào)DCs的成熟，并能減少CD4+T細(xì)胞（類(lèi)似調(diào)節(jié)性T細(xì)胞）的體外增殖。有趣的是，已有報(bào)道稱(chēng)幼鼠經(jīng)卡那霉素治療后，相對(duì)于Th1免疫應(yīng)答，基于Th2的免疫應(yīng)答會(huì)有所增加，包括增加循環(huán)的IgE,IgG1和抗-CD3-刺激的脾臟IL-4的產(chǎn)生，同時(shí)減少脾臟IFNγ的產(chǎn)生。這些經(jīng)抗生素治療的鼠經(jīng)口注入腸細(xì)菌，抑制了脾臟中基于Th2響應(yīng)的上調(diào)。結(jié)果表明：通過(guò)改變GI中微生物的組成可以促使Th2響應(yīng)上調(diào)機(jī)制發(fā)生。總而言之，大量事實(shí)開(kāi)始支持這一模式，解釋了為何微生物群體的破壞可以通過(guò)干擾DCs（促進(jìn)抗原特異性調(diào)節(jié)T細(xì)胞免疫應(yīng)答）的分化來(lái)破壞口服耐受（圖13.5）。第二節(jié)微生物菌群的變動(dòng)和免疫學(xué)推論一、引言36圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應(yīng)答模型。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細(xì)胞捕獲，接下來(lái)在次級(jí)淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。接觸抗原后，抗原特異性T細(xì)胞被募集到肺臟。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)對(duì)預(yù)防呼吸道中過(guò)度的Th2應(yīng)答是非常必要的，Th2應(yīng)答是針對(duì)吸入性非易感（花粉）或極低易感（霉菌孢子）抗原產(chǎn)生的應(yīng)答。吸入性抗原能進(jìn)入機(jī)體，是因?yàn)楸乔缓蜕虾粑涝诮馄蕦W(xué)上被設(shè)計(jì)成適合于將環(huán)境中抗原（浮質(zhì)，微細(xì)顆粒）黏附到粘膜層上的結(jié)構(gòu)，然后將它們卷入喉嚨，最終將它們吞下。吸入的Ag隨后被GI管中的樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)獲得。在非炎癥條件下，這些DCs能促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞對(duì)抗原的免疫應(yīng)答。依據(jù)介導(dǎo)口服耐受的機(jī)制保持微生物平衡有利于維持T細(xì)胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。然而，GI管能夠捕獲呼吸進(jìn)肺部和鼻腔中的抗原。這會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)性T細(xì)胞應(yīng)答的產(chǎn)生，從而控制無(wú)感染時(shí)的炎癥。在抗生素誘導(dǎo)GI微生物菌群（細(xì)菌和真菌）發(fā)生長(zhǎng)期變化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)抗生素使用與肺免疫失調(diào)之間的聯(lián)系，這將造成調(diào)節(jié)性T細(xì)胞應(yīng)答環(huán)境的改變。飲食改變與抗生素使用具有相同的效果。宿主也能通過(guò)改變先天識(shí)別反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應(yīng)答模型。37二、胃腸道微生物的改變?cè)谶^(guò)敏性呼吸道疾病中的作用現(xiàn)已提出肺這一微環(huán)境通常傾向于進(jìn)行Th2免疫應(yīng)答。然而，在肺部經(jīng)鼻腔吸入抗原的再三接觸會(huì)導(dǎo)致Th2應(yīng)答的減少，這是耐受的一種形式?？诜褪苡烧{(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫應(yīng)答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應(yīng)答，也包括肺部。在無(wú)菌鼠中口服耐受無(wú)法形成，