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解读人类机体如何与肠道微生物组共生共荣

来源:本站原创 2017-07-18 08:21

2017年7月18日 讯 /生物谷BIOON/ --长期以来,我们一直认为“良好”的免疫细胞能够帮助识别并且抵御外来入侵者,这就是为何很大一部分药物能够直接靶向杀灭致病微生物并且抵御这些微生物引发的感染。对机体免疫力的理解往往能够反映20世纪的文化,同时,适者生存也是促进进化和竞争发生的驱动子,但理解人类和微生物之间的根本改变往往始于体内50%的细胞都是人类的,而其它则是由多种微生物组成的,比如细菌酵母、病毒、甚至昆虫等,它们共同组成了人类的微生物组。

与体内肠道中微生物所具有的330万个基因相比较而言,组成人类基因组的23000个基因往往相形失色,这些基因能够翻译蛋白质帮助促进食物的消化,并且维持机体免疫系统发挥作用。通过肠-脑轴,这些基因甚至还能够影响机体的情绪和记忆力,机体中的肠-脑轴是肠道和大脑之间出现的一种特殊的交流通路,其主要就是通过肠道微生物组的作用来实现。

由于我们能够同机体的微生物群落一起进化,如今在机体肠道、皮肤甚至口腔中都有着特殊的微生物群落,微生物对于机体生存至关重要,很多科学家们都认为我们人类是共生生物体,其由宿主、微生物组和环境所组成,这或许就是我们通常所说的“全功能体”。

将人类的生命看作是微生物组和环境的一个功能或许能帮助我们理解生命是如何受到不同因素影响的,比如,我们对食物的选择不仅会通过营养物质和卡路里平衡来影响人类健康,而且还会对机体肠道微生物组产生一定的影响。

微生物和饮食

我们所摄入的食物往往能够给肠道微生物喂食,并且直接影响其生存,如果在两天内改变饮食就会使得机体肠道微生物菌群发生改变;不同的肠道菌群依赖于不同的饮食来存活,比如,普氏菌属细菌往往会消耗碳水化合物,而拟杆菌则更喜欢脂肪,念珠菌则喜欢葡萄糖优于蛋白质,因此根据我们所摄入的食物,有些细菌往往会饿死,而有些细菌就会不断生长。

肠道菌群往往能够反映其与机体健康和疾病的相关性,比如普氏菌就和机体葡萄糖耐受性改善相关,西方人群机体中该菌水平下降往往能够部分解释一些现代流行病的发生,比如肥胖和糖尿病等。

当然了,机体微生物群落也能够改变我们对食物的选择,从而确保这些菌群能够存活下去,微生物消化所产生的代谢产物能够让我们变得饥饿、饱腹感,甚至对某些食物比较渴求;然而在人类机体中所得到的证据有时候或许是间接的;当研究人员对热衷于吃巧克力的人群和不爱吃巧克力的人群进行研究时,他们在人群的尿液中发现了不同的微生物代谢产物,这也就表明这两组个体肠道中存在着不同的细菌

代谢产物在功能方面也非常重要,其能够向机体大脑发送信号,而能够调节饮食行为的信号往往会通过在大脑和肠道之间发挥作用的迷走神经来传输,在人类机体中进行的两项研究结果都表明,阻断迷走神经的功能或许能够诱导肥胖个体体重下降,同时还能够刺激大鼠让其过度饮食。

微生物和机体行为

行为是全功能体(holobiont)的一个功能,而全功能体并不是人类宿主自身,有些代谢产物具有神经活性,这也就意味着其能够通过肠-脑轴来影响人类的情绪、心理健康和行为等。目前研究人员在小鼠和大鼠机体中进行了大量研究来阐明和微生物相关的行为改变,当然了,这些研究的结果也非常有意思,研究人员发现,有些行为能够通过粪便移植物来转移,没有喂食含有任何细菌饮食的动物则会表现出不寻常的社会和情绪行为,而且其肠道中的血清素也会大量产生。因此,相关研究结果阐明了机体的微生物组实际上会影响宿主的行为。

最好的人类证据往往来自于食物对情绪和行为影响的观察性研究,而且微生物似乎也能够提供最合适的解释,一个典型的例子就是当研究人员对喜欢摄入含特定益生菌奶酪的健康女性进行研究,他们发现,当对参与者进行功能性MRI成像时,这些参与者往往能够表现出具有不同情绪的脸部图像。摄入奶酪的参与者在情绪处理的大脑区域活性水平会发生降低,这就表明,相比不摄入奶酪的参与者而言,奶酪摄入者往往会表现出情绪反应的抑制。

抑郁症治疗提供全食物饮食的保护价值往往就在于肠道微生物对大脑健康的重要性,近来有研究表明,机体肠道微生物组或在个体自闭症谱系障碍(autism spectrum disorders,ASD)发生过程中扮演着重要角色,研究人员发现,患ASD的人群机体肠道中念珠菌属细菌的水平会明显上升。当然也有研究表明,儿童肠道中细菌的差异性往往和行为问题直接相关,而且这会潜在影响儿童未来的心理健康。研究者通过对经历肠易激综合征(IBD)小鼠机体的微生物群落进行研究发现,接受移植的小鼠往往会表现出伴随肠易激综合征发生的相同焦虑行为。

“改变游戏规则”

我们都是生态系统中的一份子,生态系统中的成员之间都会通过互相协作和竞争来达到复杂的平衡,机体中的很多微生物有时候既不好也不坏,但当改变游戏规则时就会变坏,从而给机体健康带来威胁;比如当我们过度使用抗生素就会导致耐药性细菌的产生。有一种卫生假说就认为,感染能够帮助构建我们的免疫系统,而且家中消毒剂的过度使用往往会诱发皮肤过敏和呼吸道疾病等。

随着人类饮食发生快速的变化,我们和微生物之间的关系也会发生明显的变化,非传染性疾病的流行,比如肥胖和心脏病都是大量摄入高度加工食物以及越来越不爱运动生活方式所引起的。不断改变的现代饮食也会给我们的后代产生影响,因为我们机体的微生物群落会传递到后代之中;研究者对小鼠进行研究后发现,在低纤维西方饮食喂食模式下,孙子辈小鼠机体中的某些细菌或许不太可能发生恢复,甚至冲洗能恢复高纤维饮食后也不太可能。因此现代西方饮食模式似乎会对机体肠道微生物和人类健康带来不可逆转的影响。

对隐喻进行重新思考

大部分时间里我们都在同微生物做着斗争,机体警惕的免疫系统能够帮助抵御致病性微生物的攻击,如今我们不得不重新思考与机体微生物之间的关系,如果我们是来与微生物群落的复杂有机体的话,我们或许无法抵挡这些微生物的行为,而如果这些微生物群落是机体免疫系统一部分的话,那么到底是谁在打谁?我们与微生物群落“对话”的方式能够反映我们思考自身和他人之间的方式,作为全功能体,我们需要搞清楚我们的机体到底是如何同机体中其它成员之间协调共生的。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

【1】Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body

PLOS Biology    doi: 10.1371/journal.pbio.1002533

【2】Dietary Fiber-Induced Improvement in Glucose Metabolism Is Associated with Increased Abundance of Prevotella

Cell Metabolism    doi:10.1016/j.cmet.2015.10.001

【3】Human Metabolic Phenotypes Link Directly to Specific Dietary Preferences in Healthy Individuals

J. Proteome Res     DOI:10.1021/pr070431h

【4】Evidence for vagal involvement in the eating elicited by adrenergic stimulation of the paraventricular nucleus.

Brain Res

【5】Transferring the blues: Depression-associated gut microbiota induces neurobehavioural changes in the rat

Journal of Psychiatric Research    doi:10.1016/j.jpsychires.2016.07.019

【6】Reduced anxiety-like behavior and central neurochemical change in germ-free mice

Neurogastroenterol Motil    doi:10.1111/j.1365-2982.2010.01620.x

【7】Influence of Tryptophan and Serotonin on Mood and Cognition with a Possible Role of the Gut-Brain Axis

Nutrients    doi: 10.3390/nu8010056

【8】Consumption of Fermented Milk Product With Probiotic Modulates Brain Activity

Gastroenterology    doi:10.1053/j.gastro.2013.02.043

【9】Dietary Patterns and Depressive Symptoms over Time: Examining the Relationships with Socioeconomic Position, Health Behaviours and Cardiovascular Risk

PLoS ONE    DOI:10.1371/journal.pone.0087657

【10】Microbiota–Gut–Brain Axis: Yeast Species Isolated from Stool Samples of Children with Suspected or Diagnosed Autism Spectrum Disorders and In Vitro Susceptibility Against Nystatin and Fluconazole

Mycopathologia

【11】The impact of gut microbiota on brain and behaviour: implications for psychiatry.

Curr Opin Clin Nutr Metab Care    doi: 10.1097/MCO.0000000000000221

【12】Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations

Nature    doi:10.1038/nature16504

【13】Essays on health: microbes aren’t the enemy, they’re a big part of who we are

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