益生菌對腸道菌群作用研究報(bào)告

微生物群（續(xù)）2014年5月29日世界消化系統(tǒng)健康日（WDHD），世界腸胃病學(xué)組織（WGO）腸道微生物手冊益生菌對腸道菌群作用研究報(bào)告2014年5月29日,世界胃腸病學(xué)組織全球指南-益生菌和益生元世界胃腸病學(xué)組織（WGO）WGO基金會(huì)（WGO-F）東井街555號，1100套房密爾沃基，威斯康星州，美國53202電話:+1(414)9189798傳真:+1(414)2763349電子郵件：info@網(wǎng)站：；目錄TOC\o"1-3"微生物群 2腸道微生物群的作用 5人類腸道微生物群的組成和結(jié)構(gòu) 9人體腸道菌群的獲得 13飲食對腸道細(xì)菌的影響 26抗生素與腸道細(xì)菌 29功能性腸道疾病中的腸道菌群 32益生菌：概念 34益生菌在腹瀉疾病中的作用 40益生菌在功能性腸道紊中的應(yīng)用 45益生菌療法對炎癥性腸道疾病的誘發(fā)和緩解 57益生菌與小兒科 61糞菌移植（FMT） 64收獲未來微生物 69微生物群落ClaudiaHerrera，醫(yī)學(xué)博士西班牙巴塞羅那西倫布瓦爾附屬醫(yī)院消化系統(tǒng)研究所FranciscoGuarner，醫(yī)學(xué)博士西班牙巴塞羅那西倫布瓦爾附屬醫(yī)院消化系統(tǒng)研究所地球上的生命大約在地球地殼形成的10億年后，細(xì)菌開始出現(xiàn)在地球上，迄今為止它們在地球上的歷史已經(jīng)有35億年。化石和相關(guān)生物活性的地球化學(xué)特征表明微生物曾經(jīng)居住于太古宙時(shí)期的海洋里（25-37億年以前）。人們普遍認(rèn)為，存在于地球早期歷史中的和藍(lán)藻形態(tài)上相似的化石是大氣中游離氧氣的起源，這表明生氧光合作用和真核細(xì)胞的有氧呼吸都來源于由微生物引起的生化過程在現(xiàn)代，藍(lán)藻依然大量存在，我們可以在諸如海洋和淡水中的浮游生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)它們。它們也存在于潮濕的土壤里或者濕潤的巖石上。它們不需要有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，完全依靠無機(jī)物質(zhì)生長。藍(lán)藻通過光合作用獲取它們所須的能量，將太陽能轉(zhuǎn)化成儲存性生物化學(xué)能。和植物一樣，藍(lán)藻釋放氧氣，通過促進(jìn)二氧化碳?xì)怏w形成碳水化合物來幫助碳素固定。某些類型的藍(lán)藻細(xì)胞能夠?qū)⒌獨(dú)庑迯?fù)成可以被植物吸收和轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)和核酸的氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽（氮?dú)鈱χ参飦碚f不具有生物可利用性）。微生物群落無處不在，它們是維持地球生物生存條件所必需的。美國微生物科學(xué)院召開的一次學(xué)術(shù)討論會(huì)中的報(bào)告總結(jié)道，我們可以在地球的任何一個(gè)角落發(fā)現(xiàn)微生物群，從北極圈的凍土到撒哈拉以南非洲的白蟻的腸道里，它們存在于各個(gè)生物圈范圍內(nèi)，小至顯微鏡下的生物薄膜，大到大規(guī)模的浮游生物群。由于微生物群擁有全球范圍的龐大規(guī)模，它們對全世界都具有巨大影響。它們的不同作用影響著生活的多個(gè)方面，不僅涉及動(dòng)物或者人類感染病，更重要的是，對地球上維持生命的重要元素周期循環(huán)發(fā)揮作用。大氣層氣體的產(chǎn)生、無機(jī)物合成有機(jī)物、有機(jī)物質(zhì)腐敗、侵蝕、降解、生物修復(fù)成無機(jī)物等都是實(shí)現(xiàn)全球碳、氧、氮循環(huán)的重要生態(tài)功能，是與地球生命體相關(guān)的關(guān)鍵周期循環(huán)。原核細(xì)胞細(xì)菌是原核生物，即沒有細(xì)胞核、線粒體和其他有膜細(xì)胞器的單細(xì)胞生物，它們往往比植物和動(dòng)物身上的真核細(xì)胞要小得多。原核細(xì)胞的基因組存在于無核膜的細(xì)胞質(zhì)中，包含穩(wěn)定的單回路的染色體DNA，加上其他被稱為質(zhì)粒的衛(wèi)星DNA結(jié)構(gòu)，這些可移動(dòng)的基因成分為細(xì)胞內(nèi)基因的水平轉(zhuǎn)移提供了機(jī)制（圖1）。相比之下，我們發(fā)現(xiàn)真核生物細(xì)胞中的DNA是緊密綁定和組織縝密的染色體，并不適合基因水平轉(zhuǎn)移。圖1：原核細(xì)胞沒有細(xì)胞核。原核細(xì)胞的基因組存在于無核膜的細(xì)胞質(zhì)中并包含穩(wěn)定的單回路的染色體DNA，加上其他被稱為質(zhì)粒的衛(wèi)星DNA結(jié)構(gòu)。原核生物中的基因組數(shù)量和編碼基因數(shù)量比真核生物中要少得多?；虼笮∈且粋€(gè)既定物種的相關(guān)生物資源的估計(jì)總量，與一系列的細(xì)胞功能和有機(jī)體級別有關(guān)，包括細(xì)胞大小、體型大小、器官復(fù)雜性和面臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。因此，單一的微生物物種可能沒有足夠的遺傳資源用于生存和維系。單個(gè)物種有可能與其他物種有專性的依賴關(guān)系，包括其他微生物、動(dòng)物或植物宿主。因此，具有復(fù)雜營養(yǎng)依存性和社會(huì)依存關(guān)系的多物種群落是大多數(shù)原核微生物的自然生活和生存方式。天然的微生物群多種多樣，但是其行為方式類似于一個(gè)簡單的多細(xì)胞生物。微生物群的一個(gè)極好的屬性是其適應(yīng)環(huán)境變化的能力。微生物群能夠通過改變?nèi)后w生理和物種組成來適應(yīng)激進(jìn)的居住條件變化，并自我修復(fù)。通過這種方式，它們能夠隨著時(shí)間的推移維持結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。我們已知的微生物群屬性包括基因多樣性和可塑性（通過水平轉(zhuǎn)移的基因獲取）、功能性過剩、代謝合作、細(xì)胞間的信號傳遞和協(xié)調(diào)一致的集體行為。這些屬性通過確保微生物能夠進(jìn)化、適應(yīng)和應(yīng)對環(huán)境壓力來促進(jìn)群體生存。腸道菌群人類與數(shù)量龐大和種類繁多的微生物有著密切的關(guān)系，這些微生物居住在我們的身體表面和我們與外環(huán)境相連的腔道中。有利于宿主的微生物相關(guān)物質(zhì)以及微生物都被歸于“共生”這個(gè)類目下，微生物的伙伴們被稱作“共生體”。在使用顯微鏡觀察的基礎(chǔ)上，微生物的普遍性已經(jīng)是被長時(shí)間公認(rèn)的，但是由于培養(yǎng)和隔離這些微生物群中的主要部分所涉及的困難，我們在分子生物學(xué)技術(shù)時(shí)代以前還尚未探索出共生的起源和其大多數(shù)的功能。人類的皮膚、口腔、陰道、上呼吸道感染和腸胃道居住著具有專門結(jié)構(gòu)和功能的定點(diǎn)特殊微生物群?！熬骸笔悄硞€(gè)特定小生境中的微生物群的集體性名詞，這種表達(dá)方式優(yōu)于“植物區(qū)系”或“微生物區(qū)系”，因?yàn)楹笳邔⒓?xì)菌當(dāng)作是植物已經(jīng)是一種過時(shí)的分類。因此，“腸道菌群”一詞是指已經(jīng)適應(yīng)了在腸粘膜表面或者腸道腔內(nèi)生存的微生物生態(tài)系統(tǒng)。在人的身體中，消化道上居住著超過1000多種微生物菌群，其中有兩百多萬億個(gè)微生物細(xì)胞，其中大部分屬于細(xì)菌域（圖2）。消化道中的微生物群包括永久寄生于腸道的本地物種和一系列可變化的暫時(shí)在腸道中過境的微生物。另一方面，胃腸道粘膜構(gòu)成了一個(gè)和外環(huán)境的主要接口，它也是與微生物世界相互作用的主要場所。胃腸道粘膜展示出非常巨大的表面積（估計(jì)平放的話有大約4000平方英尺），并包含與微生物雙向通信的適當(dāng)結(jié)構(gòu)和功能，其通信對象包括大量的預(yù)成型受體、微生物識別機(jī)制、宿主微生物的串?dāng)_通路以及微生物的特定適應(yīng)性反應(yīng)。圖2：消化道上居住著超過1000多種微生物種群的兩百多萬億個(gè)微生物細(xì)胞，其中大部分屬于細(xì)菌域。由于慢傳輸時(shí)間和發(fā)酵基質(zhì)的可用性，大腸是細(xì)菌最密集的棲息地。胃和十二指腸居住著非常少量的微生物，通常每克內(nèi)容物不超過一千個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，主要是乳酸桿菌和鏈球菌。酸、膽汁和胰腺分泌物抑制了大部分微生物的攝入，并且階段性推進(jìn)的肌動(dòng)活動(dòng)妨礙微生物在內(nèi)腔中的繁殖。細(xì)菌的數(shù)量沿著空腸和回腸逐步增加，空腸中大約有1萬個(gè)細(xì)胞，而在回腸末端，增加到每克內(nèi)容物含有1000萬個(gè)細(xì)胞。在上部腸道中，細(xì)菌密度較低并且細(xì)菌過境速度快，但由于一大批小腸黏膜淋巴組織結(jié)構(gòu)存在，我們通常認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)對免疫功能具有重要影響。這些結(jié)構(gòu)有專門的上皮細(xì)胞用于抗原的攝取和取樣，并包含誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫反應(yīng)的淋巴中心。然而，在結(jié)腸內(nèi)，微生物的傳送時(shí)間緩慢，并有機(jī)會(huì)通過發(fā)酵來自于飲食或內(nèi)源性分泌物的可用基材來進(jìn)行細(xì)胞分裂繁殖。大腸中大量地定居了每克細(xì)胞腔內(nèi)容物含有數(shù)以億計(jì)的厭氧菌。到目前為止，具有最多人類微生物共生的是結(jié)腸，導(dǎo)致了60%的固體結(jié)腸內(nèi)容物。居住在腸道內(nèi)腔的幾百克細(xì)菌確實(shí)以不同的方式對宿主的生理和病理造成影響，為了充分理解其醫(yī)學(xué)方面的影響，這個(gè)話題是目前大量醫(yī)學(xué)研究的焦點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：1.BuckleyMR.MicrobialCommunities:FromLifeAparttoLifeTogether.Washington,DC:AmericanAcademyofMicrobiology;2003.Availableat:/images/stories/documents/microbialcommunities.pdf2.DethlefsenL,McFall-NgaiM,RelmanDA.Anecologicalandevolutionaryperspectiveonhuman-microbemutualismanddisease.Nature.2007Oct18;449(7164):811-8.3.LozuponeCA,StombaughJI,GordonJI,JanssonJK,KnightR.Diversity,stabilityandresilienceofthehumangutmicro-biota.Nature.2012;489(7415):220-30.4.PaceNR.Mappingthetreeoflife:progressandprospects.MicrobiolMolBiolRev2009;73:565–5765.SchopfJW.FossilevidenceofArchaeanlife.PhilosTransRSocLondBBiolSci.2006;361:869–885.6.ShapiroJA.Thinkingaboutbacterialpopulationsasmulticel-lularorganisms.Annu.Rev.Microbiol.1998;52:81–104.腸道微生物群的作用FranciscoGuarner醫(yī)學(xué)博士西班牙巴塞羅那西倫布瓦爾附屬醫(yī)院消化系統(tǒng)研究所腸道與腸道微生物群間的正常相互作用是一種共生關(guān)系，解釋為對雙方都是互惠互利的。腸道為微生物群提供了養(yǎng)分充足的棲息地，微生物群則有益于宿主的健康。過去幾十年的證據(jù)表明，當(dāng)一些腸道細(xì)菌變成顯性時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生毒素并帶有致病性（如艱難梭菌）。當(dāng)完整黏膜屏障的功能受到破壞，其他種類的細(xì)菌也會(huì)成為潛在的病原體（如革蘭氏陰性桿菌）。但是，已證實(shí)的腸道桿菌對人體健康的益處還處于初級階段。目前，在人體腸道內(nèi)對潛在健康細(xì)菌的定義或特征方面人們還達(dá)不成共識。因此，我們目前對于腸道與腸道微生物群共生關(guān)系的概念還主要由對無菌動(dòng)物模型的觀察支持。對比在無菌環(huán)境下哺育的動(dòng)物與常規(guī)環(huán)境中養(yǎng)大的配對動(dòng)物（常規(guī)微生物群），我們可以發(fā)現(xiàn)一系列解剖學(xué)特征與生理機(jī)能都與微生物群的出現(xiàn)有關(guān)。無菌動(dòng)物為保持體重對養(yǎng)分要求極高并且它們易受感染（見圖1）。除此之外，無菌動(dòng)物的器官重量（包括心臟、肝臟和肺）、心輸入量、腸壁厚度、胃腸蠕動(dòng)、血清丙種球蛋白水平、淋巴結(jié)數(shù)量以及其他一些特征指標(biāo)都有減少或萎縮。而經(jīng)過無菌動(dòng)物vs.常規(guī)動(dòng)物減少的：器官重量（心臟、肝臟、肺）心輸出量耗氧量增加的：食物攝入量減少的：腸系膜和全身淋巴結(jié)粘膜相關(guān)淋巴樣組織血清免疫球蛋白水平增加的：易感染水平圖1：無菌環(huán)境中生長的動(dòng)物顯示出微生物群對于腸道解剖方面與生理機(jī)能方面的影響。當(dāng)與正常環(huán)境生長的動(dòng)物相比較，無菌動(dòng)物需要更多的營養(yǎng)以維持體重，并且它們更易受感染，會(huì)有結(jié)構(gòu)方面以及功能方面的缺陷。而用一個(gè)微生物群對無菌生物進(jìn)行重新構(gòu)建，這些缺陷就會(huì)被修復(fù)。這就說明腸道微生物群對腸道宿主內(nèi)穩(wěn)態(tài)起到特殊而重要的作用。用微生物群重塑的無菌生物，它們身上的這些缺陷大多可以得到修復(fù)，這就說明腸道微生物群對腸道自動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)平衡起到特殊而重要的作用。而用這些動(dòng)物模型積累的證據(jù)也表明微生物群的主要功能可以歸為一下三類：代謝、防護(hù)以及營養(yǎng)功能。代謝功能腸道微生物群的集體代謝活動(dòng)使它就像一個(gè)在腸胃腔中實(shí)質(zhì)的器官一樣。微生物群落中的基因多樣性為腸道提供了各種各樣的酶以及生化途徑，而這是與宿主自身基本的資源截然不同的。對哺乳動(dòng)物來講，由基因編碼的用于許多必需有機(jī)化合物合成的酶在進(jìn)化的早期就已丟失。細(xì)菌或真菌的共生體在進(jìn)化過程中，就已適應(yīng)提供必需的有機(jī)化合物（必需氨基酸和維他命），以及從不同來源獲取能力的能力。反芻動(dòng)物的腸道是用來研究宿主與微生物代謝關(guān)系的好樣品。共生群落負(fù)責(zé)拆分?jǐn)z入植物的復(fù)合多糖物，并為微生物群和宿主提供營養(yǎng)。對于吃難消化低蛋白食物的反芻動(dòng)物，它們的氨基酸供給絕大程度上依賴前胃中的微生物活性。對人類來說，腸道末端相當(dāng)于厭氧生物反應(yīng)器，那里聚集著大規(guī)模的微生物。因?yàn)檫\(yùn)輸結(jié)腸內(nèi)容物時(shí)間很長，在那里駐扎的微生物就有足夠的機(jī)會(huì)降解可利用的基質(zhì)，這就包括降解無法消化的膳食殘?jiān)约皟?nèi)源分泌物。結(jié)腸的微生物群落為獲得其他營養(yǎng)物提供了基因方面和代謝方面的幫助。碳水化合物被結(jié)腸中的菌群發(fā)酵為短鏈脂肪酸，主要包含醋酸酯、丙酸酯、丁酸酯和許多其他的代謝物，如乳酸鹽、丙酮酸鹽、乙醇、琥珀酸鹽和一些氣體，如氫氣、二氧化碳、甲烷、硫化氫。短鏈脂肪酸酸化腔內(nèi)的酸堿度，這就抑制了病原體的生長并促進(jìn)了盲腸內(nèi)對離子（鈣、鎂、鐵）的吸收。短鏈脂肪酸也影響著腸動(dòng)力并為宿主供給能量。醋酸酯在人體的肌肉、腎臟、心臟及腦部發(fā)生代謝。丁酸酯大部分在結(jié)腸上皮代謝，而結(jié)腸上皮是主要的能量基質(zhì)，也是細(xì)胞生長和分化的調(diào)節(jié)器。人體近端結(jié)腸是一個(gè)糖分解的環(huán)境，大多數(shù)進(jìn)入結(jié)腸的碳水化合物都在這個(gè)區(qū)域發(fā)酵。在結(jié)腸末端，碳水化合物有效性降低，來源于上皮脫落產(chǎn)生的蛋白質(zhì)變?yōu)榧?xì)菌生長越來越重要的能量來源（圖2）。因此，在結(jié)腸末端，過多的蛋白質(zhì)圖2:人體近端結(jié)腸是一個(gè)糖分解的環(huán)境。未消化的碳水化合物發(fā)酵后就會(huì)產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，并且加快細(xì)菌生長。相比之下，在結(jié)腸末端，碳水化合物的有效性降低，蛋白質(zhì)的腐爛過程也會(huì)成為細(xì)菌的主要能量來源。發(fā)酵就有可能導(dǎo)致結(jié)腸癌和慢性潰瘍性結(jié)腸炎，就會(huì)對整個(gè)腸道的末端都產(chǎn)生影響。因此，人們意識到要多吃不可消化的碳水化合物，從而將腸內(nèi)發(fā)酵轉(zhuǎn)變成糖分解活動(dòng)。保護(hù)功能腸內(nèi)菌群一個(gè)重要作用就是屏障效應(yīng)，以防止病原體入侵。腸內(nèi)細(xì)菌對于外源微生物群或條件致病菌的定植起到抵抗作用，而且也會(huì)限制腸內(nèi)細(xì)菌的生長。腸道常駐菌的種類平衡也會(huì)對微生物種群起到穩(wěn)定作用，但是抗生素會(huì)打破這種平衡（例如，肉毒梭狀芽孢桿菌的增生）。還有一些機(jī)制也與屏障效應(yīng)有關(guān)。細(xì)菌為了小腸上皮細(xì)胞刷狀緣的附著位點(diǎn)而競爭。依附的非致病菌可以防止附著，并且防止后來的致病侵腸性細(xì)菌進(jìn)入上皮。除此之外，細(xì)菌也會(huì)在小生態(tài)中爭奪有效的營養(yǎng)物，并通過調(diào)節(jié)和消耗所有資源來維系共有的棲息地。一項(xiàng)前瞻性研究通過使用與多形擬桿菌單關(guān)聯(lián)的小鼠表明，宿主為細(xì)菌提供所需的營養(yǎng)物，細(xì)菌也會(huì)積極向宿主反映其需求量。這種共生關(guān)系就防止了過多無用營養(yǎng)物的產(chǎn)生，這些營養(yǎng)物質(zhì)有利于潛在致病性的微生物競爭者侵入。最后，細(xì)菌就會(huì)產(chǎn)生叫做細(xì)菌素的抗菌物質(zhì)來抑制它們競爭者的生長。這種合成細(xì)菌素的能力廣泛分配在胃腸道內(nèi)。營養(yǎng)功能營養(yǎng)功能包括控制上皮細(xì)胞增生與分化，調(diào)節(jié)特定的神經(jīng)內(nèi)分泌途徑和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。上皮細(xì)胞分化受寄居的微生物交互作用影響，如同無菌動(dòng)物各種基因的表達(dá)與特定細(xì)菌菌株和人類進(jìn)食的益生菌乳酸菌有單一聯(lián)系一樣。上皮細(xì)胞與微生物的相互作用會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，微生物群通過脂蛋白脂肪酶抑制劑、脂類快速趨化因子（Fiaf）抑制小腸上皮細(xì)胞表達(dá)，從而促進(jìn)甘油三酯在脂肪細(xì)胞中貯存。腸內(nèi)菌與大腦交流從而影響生物行為的能力，是一種新興的振奮人心的觀點(diǎn)。近期報(bào)告顯示，腸內(nèi)寄居的微生物群會(huì)影響哺乳類動(dòng)物腦部發(fā)育及其成年后的行為。對老鼠來講，存在或缺失常規(guī)的腸內(nèi)微生物群都會(huì)影響它們的行為，并會(huì)伴隨大腦神經(jīng)化學(xué)變化。無菌環(huán)境中生長的老鼠會(huì)增加運(yùn)動(dòng)行為而減少焦慮感。這種行為表型與在腦部控制運(yùn)動(dòng)和類似焦慮行為區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵基因表達(dá)變化有關(guān)。當(dāng)在無菌老鼠生命早期就用菌群復(fù)制再造它們的腸道菌群，它們就會(huì)和正常老鼠的腦部特征類似。因此，腸內(nèi)微生物群可以影響腦部的正常發(fā)展。腸內(nèi)微生物群也對健康的免疫系統(tǒng)發(fā)育起到重要作用。出生于無菌環(huán)境下的動(dòng)物的腸黏膜里淋巴細(xì)胞密度低，血清免疫球蛋白的水平也較低。當(dāng)無菌生物一接觸到共生微生物群，它的黏膜淋巴細(xì)胞的數(shù)量就會(huì)激增，淋巴濾泡中的次級淋巴小結(jié)的大小也增加。免疫球蛋白生成細(xì)胞在固有層中出現(xiàn)，該部位是血清免疫球蛋白數(shù)量激增的重要區(qū)域。更有趣的是，共生體在響應(yīng)腸道淋巴濾泡中的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的過程中起到關(guān)鍵作用。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞調(diào)和的控制通路對于內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定機(jī)制非常重要，有了它，宿主就能在腸道或者其他部位不發(fā)炎的情況下忍受無害抗原帶來的巨大負(fù)擔(dān)。對于無菌動(dòng)物的研究已經(jīng)可以清楚地證明，微生物群在確保免疫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上的最佳發(fā)展?fàn)顟B(tài)方面起著關(guān)鍵作用。例如，無菌老鼠有免疫缺陷，且易受病原介導(dǎo)和伺機(jī)性感染。另外，它們也無法正常適應(yīng)食物性抗原，如卵白蛋白。其口服耐受機(jī)制也受到壓制或完全廢止。這些異常都可以通過用一個(gè)正常的微生物群進(jìn)行重組解決，但這種方法只對新生兒管用，對更年長的老鼠并不適合。腸內(nèi)微生物群落和早期黏膜免疫室的相互作用對合理構(gòu)建免疫系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。在今后的生活中，微生物群、上皮和腸內(nèi)淋巴組織還會(huì)通過多樣的交互作用不停的重塑局部和系統(tǒng)免疫力?？偠灾?，人體對外部環(huán)境作出的自我調(diào)整深受微生物群落與免疫系統(tǒng)間動(dòng)態(tài)平衡的影響。參考文獻(xiàn)：Ba?ckhedF,LeyRE,SonnenburgJL,PetersonDA,GordonJI.Host-bacterialmutualisminthehumanintestine.Science.2005Mar25;307(5717):1915-20.CryanJF,O’MahonySM.Themicrobiome-gut-brainaxis:fromboweltobehavior.NeurogastroenterolMotil.2011Mar;23(3):187-92.GuarnerF,MalageladaJR.Gutflorainhealthanddisease.Lancet.2003Feb8;361(9356):512-9.HamerHM,JonkersD,VenemaK,VanhoutvinS,TroostFJ,BrummerRJ.Reviewarticle:theroleofbutyrateoncolonicfunction.AlimentPharmacolTher.2008Jan15;27(2):104-19.HooperLV,MacphersonAJ.Immuneadaptationsthatmaintainhomeostasiswiththeintestinalmicrobiota.NatRevImmunol.2010Mar;10(3):159-69.KuhnKA,StappenbeckTS.Peripheraledu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ciationstudyofgutmicrobiotaintype2diabetes.Nature2012;490(7418):55-60.Yatsunenko,T.etal.Humangutmicrobiomeviewedacrossageandgeography.Nature2012;486:222–227.人體腸道菌群的獲得周燕郊,醫(yī)學(xué)博士博士兒科基因組研究所的微生物基因組學(xué)集團(tuán)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院。美國路易安娜州BarbaraB.Warner,MD兒科基因組研究所的微生物基因組學(xué)集團(tuán)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院。美國路易安娜州PhillipI.Tarr,MD兒科基因組研究所的微生物基因組學(xué)集團(tuán)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院。美國路易安娜州簡介在嬰兒誕生后一段時(shí)間，通常是數(shù)天或者數(shù)個(gè)星期，其腸道就將產(chǎn)生屬于自己身體的微生物，而后其體內(nèi)的細(xì)菌群體平衡反應(yīng)將開始進(jìn)行。這些早期的微生物族群很可能將影響到人體未來的生活。通過研究嬰兒出生后腸道細(xì)菌群落的發(fā)展，我們可以得到一個(gè)人體內(nèi)生態(tài)循環(huán)演替是如何發(fā)展的有趣例子，但是同時(shí)這個(gè)研究其實(shí)并不被重視。通過研究這個(gè)微生物生態(tài)的形成，我們可以更好理解腸道是如何獲得維持其正常功能的微生物的。在這個(gè)形成過程中，各種菌落的數(shù)量平衡是第一步，也是很重要的一步（Yatsunenko等，2012；Faith等，2013；周&高，2013）。這篇文章將回顧人體腸道是如何獲得所需菌群的，并探討這個(gè)機(jī)制是如何生效的，然后研究這個(gè)過程對未來日常生活的重要性。來源數(shù)量（年齡）每個(gè)對象的樣本數(shù)枚舉技術(shù)結(jié)論評價(jià)美國(Palmer,Biketal.2007)14（0-1歲）26Microarray腸道菌群定植過程對每個(gè)人都是不完全一樣的;腸道微生物群收斂于1歲時(shí)。全面描述嬰兒的腸道微生物群的發(fā)展芬蘭、西班牙（Collado,Isolaurietal.2010）42（1歲、6個(gè)月）2qPCR嬰兒腸道微生物影響孕產(chǎn)婦BMI和BMI的獲得母親的微生物群對嬰兒的健康是一個(gè)重要因素美國（Koenig,Sporetal.2011）1（0-2.5歲）60454FLXpyrosequencing(V1-2)微生物演替與飲食和其他生活事件有關(guān);腸道細(xì)菌在1歲開始穩(wěn)定精細(xì)時(shí)間取樣的一個(gè)嬰兒非洲、美國、印第安人(Yatsunenko,Reyetal.2012)146（0-3歲）1IlluminaHiSeq2000(V4)微生物群隨地理位置和年齡而改變，但在3歲時(shí)開始趨于穩(wěn)定在一個(gè)廣泛年齡分布區(qū)間，對人口進(jìn)行跨國調(diào)查微生物變化瑞士（Jost,Lacroixetal.2012）7（4-30天）3Sanger(V1-9),cultureand454pyrosequencing(V4-5)厭氧菌是先鋒定植的菌種,他們的豐富度在生命前幾周就已經(jīng)很高使用互補(bǔ)技術(shù)研究腸道定植的早期階段瑞典65（1-8周）4Culture早期腸道微生物群包括大腸桿菌和雙歧桿菌導(dǎo)致B細(xì)胞活化和記憶分化腸道定植模式與人類免疫系統(tǒng)的發(fā)展美國（Song,Lauberetal.2013）12（小于1歲）1IlluminaGAIIx(V2)腸道微生物組在漫長的時(shí)間內(nèi)明顯發(fā)生改變外生腸道細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。加拿大(Azad,Konyaetal.2013)24（4個(gè)月）1Highthroughputse-quencing(V5-7)人工喂養(yǎng)的寶寶比母乳喂養(yǎng)的嬰兒有較高的豐富性。梭狀芽孢桿菌在吃配方奶的寶寶們更豐富。小橫截面研究飲食和交付方式如何在早期生命的一天內(nèi)可能影響微生物群落結(jié)構(gòu)表1。嬰兒腸道菌落研究的最新案例胎糞經(jīng)典理論告訴我們，胎糞是不含出生微生物（TISSIER1900）的。然而，過去數(shù)十年里報(bào)告與研究促使我們重新考慮這一觀點(diǎn)（Funkhouser&Bordenstein2013）。具體來說，胎糞會(huì)帶有細(xì)菌序列(Mshvildadze,Neuetal.2010),而臍帶血可以帶有活細(xì)菌(Jimenez,Fernandezet?al.2005)。同時(shí)，在胎膜沒有提早破裂的情況下，羊水和胎盤中也有存在微生物群落的證據(jù)。然而，需要注意的是，相較于活菌，DNA序列通常更容易被識別到(Jimenez,Fernandezetal.2005);(DiGiulio,Romeroetal.2008);(Rautava,Colladoetal.2012)。此外，過往幾十年的悉生生物研究表明，嬰兒腸道中存活的細(xì)菌并不是由母親直接遺傳的。如果第一代或任意一代細(xì)菌的來源都是從外部來的，且都是保持活性的，那么人們以前所設(shè)計(jì)的限菌技術(shù)就是失敗的。同時(shí)有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，羊水感染/定植或者早產(chǎn)也是值得重視的來源，但是在進(jìn)行進(jìn)一步研究之前，胎膜里的細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致早產(chǎn)這個(gè)觀點(diǎn)還是不能妄下定論。嬰兒體內(nèi)的首代細(xì)菌有幾項(xiàng)研究已經(jīng)表明，在初生嬰兒體內(nèi)細(xì)菌存在連續(xù)的定植發(fā)展階段。這些研究提出了“后勤挑戰(zhàn)”這一概念，因?yàn)閺木幼≡谏鐓^(qū)中的家庭那里獲得持續(xù)性的嬰兒糞便來研究是非常困難的，同時(shí)不同研究之間的取樣和測序方法都存在著很大的不同。表1總結(jié)了自從2007年以來所發(fā)布的8個(gè)序列。成年人中微生物匯聚到腸道上的情況直到人類3歲前都不會(huì)發(fā)生。革蘭氏陰性菌在成人和年齡較大兒童中的濃度明顯較大(Zhang,DiBaiseetal.2009,Saulnier,Riehleetal.2011)。有趣的是，抗生素的使用并不是均勻地改變各種微生物的含量的，這也就是為什么有些人使用過后體內(nèi)細(xì)菌情況會(huì)產(chǎn)生大的波動(dòng)，而另一些則不會(huì)(Palmer,Biketal.2007)。厭氧菌作為一個(gè)腸道菌群成員，是嬰兒出生數(shù)天后體內(nèi)很有代表性的一個(gè)菌種(Jost,Lacroixetal.2012).(Karlsson,Molinetal.2011)。初始喂養(yǎng)方式的選擇（母乳或者配方牛奶）和飲食習(xí)慣的改變是先于腸道微生物種群的持續(xù)變化的(Koenig,Sporetal.2011)。產(chǎn)婦的體型條件也可能會(huì)影響到嬰兒體內(nèi)的腸道微生物含量，孕婦體重指數(shù)的提高與高濃度糞便桿菌，梭狀芽孢桿菌，葡萄球菌屬以及較低濃度雙歧桿菌有關(guān)。如果孕婦有著正常的體重指數(shù)，那么Akkermansiamuciniphila，葡萄球菌和艱難梭菌在嬰兒體內(nèi)的含量會(huì)較低(Collado,Isolaurietal.2010)。另一方面，從早產(chǎn)兒那里獲得的數(shù)據(jù)也相當(dāng)有限。表2展示的是在早產(chǎn)兒中沒有實(shí)質(zhì)性公開的腸病理的序列。而至于在足月嬰兒方面，到目前為止，已發(fā)表的研究大多利用不同頻率采樣和細(xì)菌計(jì)數(shù)的策略，包括基于凝膠培養(yǎng)的方法，以及測序分集的方法。因?yàn)樵绠a(chǎn)兒的糞便測序還沒有進(jìn)行，而且取樣一般都是有限的，所以很難對早產(chǎn)兒的腸道細(xì)菌形成達(dá)成一個(gè)很明確的結(jié)論。然而，γ-變形菌目前在年齡較大兒童和成人中的比例特別高(Zhang,DiBaiseetal.2009,Saulnier,Riehleetal.2011)。StudyreferenceSubjectsSamplingSamplenMethod(s)*(delaCochetiere,Piloquetetal.2004)9Weekly23TTGE(Wang,Hoenigetal.2009)10Once1016S(V1-9)(Chang,Shinetal.2011)10<72h,2wks,1mo3016S(V2)(Mshvildadze,Neuetal.2010)23Weekly1-15/subjectDGGE,16S(V1-2)(Jacquot,Neveuetal.2011)29Every3rdday,toDOL56andatdischarge342TTGE(LaTuga,Ellisetal.2011)11DOL9to352016S(Mai,Youngetal.2011)9Weekly1816S(V1-2)(Smith,Bodeetal.2012)142Day0to5,days10and30423Culture,DGGE(Stewart,Marrsetal.2012)30Weekly76Culture,DGGE(Claud,Keeganetal.2013)5Weeklyto10wk3016S(V3-4),shotgunsequencing(Morrow,Lagomar-cinoetal.2013)21UptoDOL164016S(V3-5)(Torrazza,Ukhanovaetal.2013)35Weekly7716S(V1-3)andqPCRforBifidobacter(Mai,Torrazzaetal.2013)28Weekly7116S(V1-3)(Stewart,Marrsetal.2013)22Notspecified13416S(V3-5),DGGE(Normann,Fahlenetal.2013)10Weekly3616S(V3-4)Table2.早產(chǎn)兒體內(nèi)的首批細(xì)菌分娩方式與嬰兒的腸道菌群模式一些文獻(xiàn)表明出生方式對嬰兒體內(nèi)微生物模式存在影響。順產(chǎn)或通過剖腹產(chǎn)出生的嬰兒細(xì)菌一般定植于陰道內(nèi)壁或皮膚表面，但結(jié)合母嬰二人方面的研究數(shù)量還相當(dāng)有限(Dominguez-Bello,Costelloetal.2010)。當(dāng)對腸道微生物種群進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，順產(chǎn)出生的嬰兒比那些通過剖腹產(chǎn)出生的嬰兒具有更迅速涌入的變形菌（革蘭氏陰性有機(jī)體），和更高比例的雙歧桿菌（多個(gè)品種，特別是catenulatum和長雙歧桿菌）（Biasucci,Rubinietal.2010）。通過對4個(gè)月大剖腹產(chǎn)嬰兒腸道內(nèi)大腸桿菌和擬桿菌屬的濃度的發(fā)現(xiàn)，其代表性是不足的(Azad,Konyaetal.2013)。而且，研究對象的數(shù)量太小，每個(gè)子采樣的研究數(shù)量也相當(dāng)有限。細(xì)菌序列對宿主早期生命的影響因?yàn)槟c道微生物與宿主健康與否，會(huì)不會(huì)患上疾病有著一定程度上的聯(lián)系(Turnbaugh,Hamadyetal.2009)(Karlsson,Faketal.2012)(Nieuwdorp,Gilijamseetal.2014)，所以，考慮腸道細(xì)菌定植后對生命的持久影響是合乎邏輯的。相關(guān)的動(dòng)物數(shù)據(jù)較耐人尋味，1-3周無特定病原體（但定植）的小鼠相較于無菌組的實(shí)驗(yàn)老鼠具有較高濃度的循環(huán)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子(Hansen,Nielsenetal.2012)。然而，通過早期暴露到經(jīng)過減輕濃度的Comensal菌，小鼠在無菌條件下也會(huì)有一個(gè)夸大的應(yīng)激反應(yīng)(Sudo,Chidaetal.2004);(Clarke,Grenhametal.2013)。暴露在細(xì)菌下的小鼠同時(shí)受到細(xì)菌的保護(hù)，而不會(huì)受到惡唑酮誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的侵襲(Olszak,Anetal.2012)。而對于人類而言，流行病學(xué)的證據(jù)表明，在生命早期，微生物對哮喘和炎性腸病后續(xù)發(fā)展有著相關(guān)的影響Lopez-Serrano,Perez-Calleetal.2010);(Ege,Mayeretal.2011)。一些初步的前瞻性人體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，早期的生活定植確實(shí)影響到后來的臨床結(jié)果。在5歲的幼兒中，那些有過敏體質(zhì)的孩子在嬰兒階段相較于那些正常孩子，其大便中乳酸桿菌的密度較低(Jo-hansson,Sjogrenetal.2011)。月在挪威的一項(xiàng)針對24個(gè)月內(nèi)嬰兒的研究表明，嬰兒出生幾個(gè)月內(nèi)糞便內(nèi)的葡萄球菌，大腸桿菌和擬桿菌與預(yù)期童年體重（年齡體重Z分?jǐn)?shù)）有著聯(lián)系(White,Bjornholtetal.2013)。結(jié)論動(dòng)物和間接的人體試驗(yàn)數(shù)據(jù)正在持續(xù)被累積，并在嬰幼兒腸道微生物與幼兒、成年疾病研究中得到運(yùn)用。在今后的研究中，在病理結(jié)果發(fā)生前尋找到宿主表型中有害的或起保護(hù)作用的微生物的存在與否是一個(gè)很重要的內(nèi)容。時(shí)間性，即暴露于因子發(fā)生之前的結(jié)果是明顯的。時(shí)間性也是在疾病形成過程中（或出于過程保護(hù)目的）構(gòu)建微生物或微生物群的必要條件。(Bradford-Hill1965)。確定定植的“正?！蹦Ｊ綄⑹蔷哂刑魬?zhàn)性的，因?yàn)榇嬖诘乩砗图竟?jié)變化等變量(Yatsunenko,Reyetal.2012；Davenport,Mizrahi-Manetal.2014)，同時(shí)群落本身也發(fā)生著劇烈的變化(Zoe-tendal,Akkermansetal.1998,Palmer,Biketal.2007,Costello,Lauberetal.2009,Caporaso,Lauberetal.2011,HumanMi-crobiomeProject2012)。同時(shí)將計(jì)算因素考慮進(jìn)去也是很重要的，因?yàn)檫@能夠隨著時(shí)間變化指明社區(qū)和人口的變動(dòng)(Marino,Baxteretal.2014)。參考文獻(xiàn)Azad,M.B.,etal.(2013).“GutmicrobiotaofhealthyCana-dianinfants:profilesbymodeofdeliveryandinfantdietat4months.”CMAJ185(5):385-394.Biasucci,G.,etal.(2010).“Modeofdeliveryaffectsthebacterialcommunityinthenewborngut.”EarlyHumDev86Suppl1:13-15.Bradford-Hill,A.(1965).“TheEnvironmentandDisease:As-sociationorCausation?”ProcRSocMed58:295-300.Caporaso,J.G.,etal.(2011).“Movingpicturesofthehumanmicrobiome.”GenomeBiology12(5):R50.Chang,J.Y.,etal.(2011).?Pyrosequencing-basedmolecularmonitoringoftheintestinalbacterialcolonizationinpreterminfants.“JPediatrGastroenterolNutr53(5):512-519.Clarke,G.,etal.(2013).?Themicrobiome-gut-brainaxisdur-ingearlyliferegulatesthehippocampalserotonergicsysteminasex-dependentmanner.“MolPsychiatry18(6):666-673.Claud,E.C.,etal.(2013).?Bacterialcommunitystructureandfunctionalcontributionstoemergenceofhealthornecro-tizingenterocolitisinpreterminfants.“Microbiome1(1):20.Collado,M.C.,etal.(2010).?Effectofmother‘sweightoninfant‘smicrobiotaacquisition,composition,andactivityduringearlyinfancy:aprospectivefollow-upstudyinitiatedinearlypregnancy.“AmJClinNutr92(5):1023-1030.Costello,E.K.,etal.(2009).?Bacterialcommunityvaria-tioninhumanbodyhabitatsacrossspaceandtime.“Science326(5960):1694-1697.Davenport,E.R.,etal.(2014).?Seasonalvariationinhumangutmicrobiomecomposition.“PLoSOne9(3):e90731.DiGiulio,D.B.,etal.(2008).“Microbialprevalence,diver-sityandabundanceinamnioticfluidduringpretermlabor:amolecularandculture-basedinvestigation.”PLoSOne3(8):e3056.Dominguez-Bello,M.G.,etal.(2010).“Deliverymodeshapestheacquisitionandstructureoftheinitialmicrobiotaacrossmultiplebodyhabitatsinnewborns.”ProcNatlAcadSciUSA107(26):11971-11975.Ege,M.J.,etal.(2011).“Exposuretoenvironmentalmicro-organismsandchildhoodasthma.”NEnglJMed364(8):701-709.Faith,J.J.,etal.(2013).“Thelong-termstabilityofthehu-mangutmicrobiota.”Science341(6141):1237439.Fallani,M.,etal.(2011).“Determinantsofthehumaninfantintestinalmicrobiotaaftertheintroductionoffirstcomple-mentaryfoodsininfantsamplesfromfiveEuropeancentres.”Microbiology157(Pt5):1385-1392.?Funkhouser,L.J.andS.R.Bordenstein(2013).?Momknowsbest:theuniversalityofmaternalmicrobialtransmission.“PLoSBiol11(8):e1001631.?Hansen,C.H.,etal.(2012).?Patternsofearlygutcoloniza-tionshapefutureimmuneresponsesofthehost.“PLoSOne7(3):e34043.?HumanMicrobiomeProject,C.(2012).?Structure,functionanddiversityofthehealthyhumanmicrobiome.“Nature486(7402):207-214.?Jacquot,A.,etal.(2011).“Dynamicsandclinicalevolutionofbacterialgutmicroflorainextremelyprematurepatients.”JPediatr158(3):390-396.?Jimenez,E.,etal.(2005).“Isolationofcommensalbacteriafromumbilicalcordbloodofhealthyneonatesbornbycesar-eansection.”CurrMicrobiol51(4):270-274.?Johansson,M.A.,etal.(2011).“EarlycolonizationwithagroupofLactobacillidecreasestheriskforallergyatfiveyearsofagedespiteallergicheredity.”PLoSOne6(8):e23031.?Jost,T.,etal.(2012).“Newinsightsingutmicrobiotaes-tablishmentinhealthybreastfedneonates.”PLoSOne7(8):e44595.?Karlsson,C.L.,etal.(2011).“Thepioneergutmicrobiotainhumanneonatesvaginallybornatterm-apilotstudy.”PediatrRes70(3):282-286.?Karlsson,F.H.,etal.(2012).“Symptomaticatherosclerosisisassociatedwithanalteredgutmetagenome.”NatCommun3:1245.?Koenig,J.E.,etal.(2011).?Successionofmicrobialconsortiainthedevelopinginfantgutmicrobiome.“ProcNatlAcadSciUSA108Suppl1:4578-4585.?LaTuga,M.S.,etal.(2011).“Beyondbacteria:astudyoftheentericmicrobialconsortiuminextremelylowbirthweightinfants.”PLoSOne6(12)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飲食在腸道細(xì)菌與動(dòng)物宿主的共生關(guān)系間承擔(dān)著至為關(guān)鍵的任務(wù)。寄主給腸道細(xì)菌提供棲息地與營養(yǎng)，腸道細(xì)菌也反過來促成動(dòng)物寄主的健康。食物為細(xì)菌的新陳代謝打造基礎(chǔ)，同時(shí)也以不同的方式影響細(xì)菌體的結(jié)構(gòu)與組成。其中一個(gè)關(guān)于在生命早期獲得與建立微生物群落的例子可以予以說明。腸道的定植開始于分娩當(dāng)刻，而定植方式則受分娩方式所影響。由陰道分娩的嬰兒始于陰道中的細(xì)菌集群，而由剖腹產(chǎn)分娩的嬰兒則始于皮膚