二、营养肠道菌群

二、营养肠道菌群

经小肠消化吸收后的食物残渣会在大肠内停留12小时,为肠道菌群提供营养。肠道中的黏液(黏液聚糖)既是肠屏障的重要组成部分,也是菌群的营养来源。当外黏液层被破坏后,这些脱落细胞、黏液以及消化过程中分泌的各种消化液都是肠道菌群的营养来源。

碳水化合物被利用后,除提供微生物生长所需的能量外,还产生乙酸、丙酸、丁酸等多种短链脂肪酸,以及氢气、二氧化碳和甲烷等气体。短链脂肪酸可为肠道上皮细胞提供更新和修复的能量,具有抗炎功能,能降低肠道环境的pH,抑制有害菌生长。氢气是一种还原性气体,能够消除体内自由基,发挥抗氧化作用。此外,肠道细菌还能利用大肠的内容物合成人体所必需的,如硫胺素、核黄素、叶酸、维生素B12和维生素K等。

蛋白质在肠道内被微生物发酵后,除了为肠道内微生物提供氮源和氨基酸外,还会产生多种有毒甚至致癌的副产物,如硫化氢、酚类、吲哚、胺类、氨等。

因此,我们应利用肠道菌群,促进碳水化合物发酵,避免蛋白质发酵。

肠道菌群包含的微生物的种类非常多,想要分清利弊菌种非常复杂。按照对人体健康的影响,可将肠道菌群成员大致分成三类,即有益菌、有害菌和中性菌。有益菌产生有益物质,有益于健康;有害菌产生有害物质,可引起慢性炎症;中性菌偏向优势方。

(一)有益菌

双歧杆菌属是人体肠道中普遍存在的有益菌,也是目前已知益生菌种类最为丰富的一类肠道细菌,可发酵碳水化合物产生乳酸和乙酸,使肠道环境呈酸性,抑制腐败菌的生长,从而抑制毒性代谢物累积,具有抗衰老的功能。双歧杆菌属中的二肽酶、三肽酶和羧肽酶具有血管活性功能,能降血压、降血脂。此外,双歧杆菌属的代谢活动可刺激肠蠕动,避免发生便秘。

栖粪杆菌属是人体肠道中的绝对优势菌属之一。栖粪杆菌属能够发酵膳食纤维,使肠道保持酸性环境,抑制肠道有害菌的生长。丁酸等短链脂肪酸有助于减轻肠道炎症、改善肠屏障功能。

布劳特氏菌属是一种短链脂肪酸产生菌。近年来的研究证据表明,布劳特氏菌属是一类具有抗炎作用的细菌,其丰度升高有益于宿主健康。

罗斯氏菌属是肠道中主要的丁酸盐产生菌类型,可降解碳水化合物,产生大量丁酸和氢气。其中,丁酸能够使肠道保持酸性环境,抑制肠道有害菌的生长,有助于减轻肠道炎症、改善肠屏障功能。氢气是人体内最优秀的抗氧化剂,可以有效减少氧化应激和炎症反应,对抗氧化损伤,治疗多种疾病。近年来,一些研究证据表明,罗斯氏菌属与宿主健康密切相关,在结肠癌、肠炎和糖尿病患者肠道中都出现了该菌属丰度显著降低的现象。

普氏菌属是肠道内常见的一类细菌。研究表明,肠道中细菌组成与饮食习惯有关,在长期食用碳水化合物特别是膳食纤维的人群中,普氏菌属占优势地位,表明普氏菌能够发酵利用膳食纤维,产生短链脂肪酸,有益于人体健康。

(二)有害菌和条件致病菌

埃希氏菌-志贺氏菌属是人类细菌性痢疾最为常见的病原菌,能穿入回肠末端和结肠黏膜的上皮细胞内,在黏膜固有层繁殖形成感染灶。其释放的内毒素作用于肠壁,使其通透性增高,形成炎症、溃疡,引起发热、神志障碍、脓血黏液便,甚至发生中毒性休克等;作用于肠壁自主神经系统,导致肠功能紊乱、肠蠕动失调和痉挛。

沙门氏菌属是常见的食源性致病菌,是一类可引起食物中毒,导致胃肠炎、伤寒和副伤寒的细菌。

嗜胆菌属能够发酵蛋白质。发酵产生的硫化氢可能对肠道上皮细胞产生毒害作用,引发细胞凋亡和慢性炎症,是慢性胃肠道疾病的潜在致病因素。

脱硫弧菌属是结肠内硫酸盐还原菌中的优势菌群,可以还原硫酸盐产生硫化氢。内源性的硫化氢可能对肠道上皮细胞产生毒害作用,阻碍结肠细胞的丁酸盐氧化途径,引发细胞凋亡和慢性炎症,是慢性胃肠道疾病的潜在致病因素。

拟杆菌属是人体肠道内菌群数量最大的微生物之一。研究表明,拟杆菌属是一类潜在的条件致病菌。在健康状态下,拟杆菌属细菌是肠道菌群的重要组成部分,与其他细菌一起参与人体的营养以及维持肠道的正常生理。而过量的拟杆菌也能引起各种感染。

(三)肠 型

2017年11月,在Nature子刊Nature Communications上刊登了上海瑞金医院宁光院士团队和华大生命科学研究院共同完成的一项研究成果,用阿卡波糖治疗糖尿病患者3个月,发现其对B肠型肠道菌群人群的效果明显更好,体重降低、血脂降低以及胰岛素抵抗改善的情况更为明显。

令人欣喜的是,在中国B肠型肠道菌群的人群比例更高。这一新发现,一方面有助于为糖尿病患者“量体裁衣”,提供个体化治疗;另一方面,为发展改造个体肠道共生菌群的临床新技术,从而提高降糖药物的疗效提供了可能。

2017年,国际上29位肠道菌群研究领域的权威专家共同发表对肠型研究的意见,其采用来自三个大陆的宏基因组大数据,即美国的人类微生物组计划、欧洲的肠道宏基因组计划和中国2型糖尿病研究数据来评估肠道微生物群落组成模式的稳定性。

对肠型分类发挥主要贡献的三种肠道微生物——普氏菌、拟杆菌和瘤胃球菌,是肠道菌群的核心物种,它们的相对丰度差异非常大。拟杆菌肠型1是最好的指示类群;肠型2是由普氏菌驱动的,丰度通常与拟杆菌的丰度呈反比;肠型3是通过厚壁菌占比高低来区分的,其中最主要的类群为瘤胃球菌。

肠型分析代表了一种获取人类肠道中首选的微生物组成的方法。①在诊断上有助于判别个体的疾病状态;②可作为人体特定状态的风险或易感指标;③可作为预后恢复的生物标记物;④不同肠型可影响异质性物质代谢,从而产生不同的药物代谢动力学及药物代谢动态差异。

当然,仅仅依靠肠型分类可能掩盖潜在的重要的微生物变化。因此,肠型分析不能取代直接的临床关联分析和专业的统计分析在微生物物种和功能差异研究中的应用。但是,肠型仍与多种临床情况有关,如从直接的疾病关联到前瞻性分型研究,甚至是个性化的饮食干预或其他肠道菌群调节治疗。