人體健康狀況晴雨表——腸道菌群

2019-02-17 20:12:00

人體中最多的成分是什麼?細胞?基因?都不對,是微生物!它們的數量與人體細胞的比例達到10∶1。僅在我們人體腸道中,就含有超過100萬億個細菌,這些細菌有助於人體消化食物,產生維生素以預防食物中細菌所誘發的疾病,同時刺激免疫系統。腸壁中的所有這些細菌與身體的其餘部分分離,腸壁的功能為選擇性屏障,旨在只允許有用的物質通過,並在體內被吸收。

隨著研究深入,科學家發現腸道微生物在許多慢性疾病和症狀中,如炎症、肥胖等也起了關鍵作用。最近, 丹麥技術大學,國家食品研究所的一個博士生項目考察了腸道細菌組成的調整是否會影響腸道的完整性。國家食品研究所博士生Ellen Gerd Christensen研究了腸道細菌組成的變化是否會影響腸道的完整性。

結果表明,全穀物小麥的攝入量會增加雙歧桿菌的數量,雙歧桿菌被認為有利於人體健康。此外,研究表明,雙歧桿菌可能對腸完整性產生負面影響。大鼠動物實驗也顯示,直接給與活的雙歧桿菌,大鼠腸道的完整性沒有發生任何變化。

此外,大鼠實驗表明:抗生素會導致腸道細菌組成發生巨大變化,其對腸道完整性的正向或負向作用取決於具體的抗生素種類。

這個博士項目的研究結果,可用於闡明腸道自然細菌群落的組成變化是如何影響腸功能和腸道完整性的。

現在,越來越多的研究表明,腸道細菌通過影響它們寄主的信號通路可能引發癌症、代謝綜合徵、甲狀腺病變等疾病。近年來,在該研究領域也出現了不少亮點研究和突破性成果:

Science:腸道微生物與宿主共同進化

《科學》雜誌上發表論文稱腸道微生物群落與它們的宿主是共同進化的,並且受到宿主食物的強烈影響。

研究人員對範圍廣泛的哺乳動物的糞便進行了取樣,這些哺乳動物包括從大鼠到熊貓到人類。通過對每一樣本中所分離出的微生物的某些基因序列的分析,研究人員對存在於每種動物腸道中的屬於不同門類的細菌和其它微生物進行了梳理分析。在同一種系的哺乳動物中,其腸道微生物群落相互之間沒有多大的差別,這與它們是生活在野外或是在動物園中沒有關係,就人類而言,其腸道微生物群落與那個人是吃肉或是素食者也沒有關係。但是,不同種系動物的腸道微生物群落確實存在差別。一般來說,那些食肉動物的腸道微生物的差異最小,而食草動物之間的腸道微生物的差異則最大。研究人員報告說,人類腸道微菌群中存在的多樣性在雜食性靈長類中是相當典型的。這些結果表明,腸道微菌群的進化是哺乳類動物在適應以植物為基礎食物的成功進化過程中的一個重要部分。

Science:人類腸道微生物群有多穩定?

研究人員研發出了一種改進了的、用來分析在我們腸道中和平相處的細菌群落的技術,這使得他們能夠對這些細菌群落隨著時間的推移而呈現的穩定性有所了解。對於為了長期的健康干預而用這些多樣的微生物作為標靶而言,定義人類腸道微生物群落的穩定性是至關重要的。然而,科學家們對有關這些微生物株在我們腸道中是多么難以撼動卻知之甚少。

現在,Jeremiah J. Faith及其同事研發出了一種測序方法來準確追蹤這些菌株。他們用這種被稱作LEA-seq的方法對37人的糞便中的微生物群落進行了採樣,他們中有4人當時正在參加一個為期32周的進食流質飲食的項目,而其餘的人則按其喜好進食。Faith及其同事發現,在採樣者中有60%的細菌菌株在長達5年的時間中仍然保持著穩定。研究人員估計,某些菌株甚至會持續不變幾十年。通過評估這些人的微生物株的隨著時間的推移而改變及/或當那些吃特別飲食而減肥的人的微生物株的改變,研究人員發現,體重減輕對微生物株組成的改變比時間的推移要有更明顯的影響。這表明,腸道微生物群的改變可作為宿主健康及功能的標誌物。

追蹤肥胖之謎——腸道微生物

網路出版的Nature雜誌上發表了耶魯大學科學家的研究成果。研究者發現一類蛋白質可以改變胃裡的微生物數量,從而引發肥胖和慢性肝病,而且研究還表明這具有傳染性。從而擴展了早前耶魯的研究——一類蛋白導致的相似微生物群落失調,增加腸道疾病如結腸炎的風險。

耶魯研究人員傑出的發現是,腸道環境的改變會導致肥胖和肝臟疾病,並且這種改變在小鼠群體裡具有傳染性。“當健康的小鼠和改變內臟微生物環境的小鼠放在一起時,健康的小鼠患有肝病和肥胖的敏感度增加,” 論文的資深作者Richard A. Flavell說道,Richard A. Flavell是耶魯大學醫學院免疫生物學教授和霍華德休斯醫學研究所研究人員的研究人員。

研究中的蛋白質被稱為inflammasomes,Inflammasomes負責開啟免疫系統的炎症反應,並且起到腸道細菌的感測器和調控者的作用。

耶魯大學的團隊發現小鼠體內2種特定的inflammasomes的一種成分缺乏會導致與細菌數量增加相關的微生物群落的變化。這決定了小鼠非酒精性脂肪肝(NAFLD)和肥胖的嚴重程度。

Flavell說,下一步把這項研究延伸到人類,更準確地鑑別出肝臟疾病發展中的有關細菌。“我們發現了靶向抗體治療,可使小鼠身上細菌構成恢復正常,從而解除肝臟疾病。我們希望我們的研究成果最終能夠為人類找到治療方法。

Nature immunology:調節腸道微生物或可治療肥胖相關性疾病

根據一項新的關於飲食,腸道細菌和免疫系統之間的關係的研究發現,疫苗和抗生素可能在某一天能作為一種限制熱量或治療肥胖症手術的一種新的方法來控制體重的增加。

腸道細菌在食物消化中發揮了重要的作用。他們能提供許多營養物質消化吸收的酶類,合成一定的維生素和促進食物熱量的吸收。五十年以前,農民通過混合微生物與低劑量的口服抗生素餵養牲畜,發現這樣能夠加速增加牲畜重量。而最近,科學家發現,即使在高脂肪的飲食下,無菌環境中培養的,並因此缺乏腸道微生物的老鼠,不會增加額外的重量。

自然免疫學雜誌的一篇文獻或許能夠揭示其中的一些機制。他們研究的重點是免疫系統、腸道細菌、消化和肥胖之間的關係。研究表明,體重的增加不僅需要增加熱量,而且需要更微妙的腸道微生物和免疫反應。

為了測試微生物和免疫功能的作用,研究人員比較了正常小鼠和具有遺傳缺陷且無法產生淋巴毒素(一種分子,有利於調節免疫系統和腸內細菌之間的相互作用)的小鼠。他們發現,即使經過長時間消耗高脂肪的飲食,缺乏淋巴毒素的小鼠不增加額外的體重。

標準飲食中,這兩組小鼠體重保持穩定。但九周的高脂肪飲食後,正常小鼠的體重增加了三分之一,增加的體重大部分是脂肪。缺乏淋巴毒素的小鼠吃的一樣多,但不增加體重。

高脂肪飲食引起兩組老鼠的腸道微生物發生改變。與以前相比,正常小鼠增加了大量的一類細菌(erysopelotrichi),這類細菌與肥胖和健康問題都有關。缺乏淋巴毒素的小鼠無法清除分段絲狀菌——這類細菌先前被發現能引起某些腸道免疫反應。

研究人員將實驗小鼠的腸內容物移植到在無菌的環境生長,並因此缺乏它們自身腸道微生物的正常老鼠體內,通過此舉證明了腸道微生物的作用。獲得共生細菌(這種細菌能產生淋巴毒素)的老鼠,體重快速增加。而那些缺乏淋巴毒素細菌的老鼠在三周后體重增加較少,直到它們自我的免疫系統開始恢復正常的細菌菌群,體重才會增加。

調節腸道微生物或可治療糖尿病

丹麥科技大學的科學家日前確定了此前未知的500種人體腸道微生物以及多達800種能夠感染人體腸道細菌的病毒(噬菌體)。研究人員稱,隨著更多的腸道微生物被發現以及各個菌落之前的關係被理清,未來科學家將有望通過增加或刪除某些細菌的方式來治療糖尿病、哮喘和肥胖等疾病。

研究人員表示如果能夠更多地了解病毒和細菌之間誰攻擊了誰,則有望將噬菌體製造成特定的生物抗菌藥物,用於對抗細菌感染。

腸道微生物可以“指揮”我們的大腦?

人體的腸道世界太過於神秘,寄居在人體腸道內的微生物們影響了人體的對食物的消化、吸收,甚至影響人體的免疫力以及對藥物的吸收和抗藥性。而最新科研發現腸道內的微生物居然可以“指揮”我們的大腦進行工作。寄居在我們腸道內的微生物能幫助解釋“發自肺腑”這一古老的詞語嗎?(註:小腸和大腸均屬六腑之一)目前有越來越多的證據證明腸道細菌真的可以影響我們的思維。

來自加州大學洛杉磯分校醫學和神經病學的Emeran A. Mayer教授在2011年7月的Nature Review Neuroscience上發表了一篇關於腸道與大腦對話的綜述。

這篇文章中指出我們消化系統內的細菌可能在我們生理生長的同時幫助塑造大腦的結構,並且當我們成年時可能影響我們的情緒、行為、感覺。這一觀點開闢了一條嶄新的方法來認知大腦的功能和健康與疾病的關係。Emeran Mayer教授曾用MRI掃描來查看數以千計志願者的大腦來比較大腦的結構和腸道內不同細菌的類型的關係。他發現大腦區域間的連線是不同的,是依哪類細菌主導性地寄生一個人的腸道中而定的,所以他推斷出特定的某些不同微生物混合在我們腸道中可能幫助塑造了大腦的某些類型。生物谷推薦原文:MayerEA. Gut feelings: the emerging biology of gut-brain communication. Nat Rev Neurosci. 2011;12(8):453-66.

人以腸道微生物群分?

我們每個人都是獨特的個體,這一點還表現在棲息於我們腸道的數以千萬計的微生物群落上——由於飲食習慣、身體狀況和基因等原因,人與人之間的腸道微生物群落各不相同。

一年前Nature上發表的一篇熱門文章中,研究者們根據人體腸道微生物的群落結構將人群分為了三大類型,各以一種占優勢地位的腸道微生物類群(屬水平)為特徵:擬桿菌屬 (Bacteroides), 普雷沃菌屬 (Prevotella)和瘤胃球菌屬 (Ruminococcus).該文章之所以熱門是因為研究者們通過這種像血型一樣的簡潔分類將問題大大簡化,在個體醫療和疾病診斷方面具有重大意義。

根據腸道微生物分成三大類型

然而最近在巴黎舉行的人體微生物基因組國際代表會議(IHMC, International Human Microbiome Congress)上發布的數據對於這一分類結果有所爭議.

事實上,這種分型的確有一定的風險.首先,該分型的提出是基於39個樣品的數據分析得出,在統計學意義上仍有所欠缺.其次,文章沒有對樣品進行時間系列上的分析,而時間以及不同的飲食變化對腸道微生物均有極大影響,因此不確定研究中提出的三大分型是否會隨著時間變化而相互之間進行轉化.

那篇Nature文章的第一作者Manimozhiyan Arumugam在該會議上公布的新數據對以上的分型進行了一定的改動。該研究小組將樣品補充至663個並進行了同樣的分析,發現Ruminococcus分型中出現了新的標誌性古菌類群(屬水平)Methanobrevibacter;而在Ruminococcus和Bacteroides分型之間的界限不再像以前所定義的那樣清晰,儘管這兩大類型與Prevotella分型之間仍有明顯差異。

而人體微生物基因組研究領域中的另一大研究組(隸屬科羅拉多大學波德爾分校,以Rob Knight為首)的生物信息學家Dan Knights將這一分型的藩籬打破得更徹底:他認為這種分型或許根本就不存在.Knights所在的研究組已經對超過1200位成人的腸道微生物進行了測序並發現了一系列連續的群落組成現象,從Bacteroides主導的一端到Prevotella主導的另一端均有所分布.他的結果已發表在期刊PLoS Computational Biology上。

我們能吃出健康的腸道微生物菌群嗎?

文章上面已經提到腸道微生物可能和大腦進行“對話”,引申出“腹腦”的概念。然而通過我們的日常飲食可能培養出健康微的生物菌落(包括身體上和體內)嗎?
我們現在知道了許多食物與健康的關聯,當然也知道了食物與微生物、微生物與健康之間的一部分關聯。但是目前,科學家們還不明確如何將所有的關聯放在一起整體展示。
某些蔬菜對健康有益是因為他們對我們的微生物有積極的影響嗎?或者是對我們的新陳代謝有更直接的影響呢?有些食物可能會成為我們研究此領域的敲門磚,例如膳食纖維。正如之前楊月欣教授的文章中提到,膳食纖維可作為我們很多腸道細菌的食物。攝入膳食纖維過少會使我們想要的腸道細菌挨餓。可能這些細菌挨餓的時候就要“吃”我們了,一個例子就是他們會吃大腸粘液外膜上的粘蛋白。
來自美國“人類食物工程”(Human Food Project)的Jeff Leach教授也建議多吃蒜和蔥,因為他們含膳食纖維很豐富。這些食物富含一類叫菊澱粉(inulin)的膳食纖維, 而菊澱粉可以作為腸道放線菌(actinobacteria)的食物。事實上,菊澱粉被認為是一個益生元,因為它可以“餵養”寄居在我們體內好的細菌或者是益生菌。
大蒜實際上有抗微生物的特性,這個矛盾點可能對我們身體的微生物來講是件好事。在Phytomedicine 2012 7月份的一篇文章中展示了大蒜可以毀損一些有害的細菌,而有益的細菌會是安然無恙的。
全穀物是另一個好的膳食纖維的來源。但是評估全穀物的好處確實很難衡量。Jeff Leach教授在多篇文章中提過,全穀物的攝取看上去與大數量普氏菌屬(prevotella)相關。而普氏菌屬已被證實與HIV病人的炎性和風濕性關節炎有關。所以就健康的腸道微生物來講,是否讓全穀物“入隊”還需進一步研究。
另一個培養健康的微生物的方法可能是通過飲食來天然培育益生菌。發酵食物,像泡菜、優酪乳可能會是更有保證性的益生菌的來源。而科學家們還不是很明確這些食物對於我們微生物的構成有長期的還是暫時性的影響,但是很多的研究中,確實是長期有了幫助。
從流行病學的角度看,似乎有些證據表明吃發酵食物總體是有益的,但是科學家們還在努力研究其原理。
回過頭來,大的問題還是我們能否通過改變飲食真正的重塑我們的微生物。但我們目前知道的是短期的膳食干預不會產生顯著的效果,而且輕微的變化也不可能會有很大改善。
那么我們到底要改變我們的飲食到什麼程度才能做到重塑微生物呢?Jeff Leach教授在他的文章中提到,拿膳食纖維為例,從每天10-15g變到每天40或50g就有可能看到效果。

(來源:生物谷Bioon.com)

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