微生物组

从人体微生物组计划(2007年)到国家微生物组计划(2016年),美国酝酿了十年,各国也对微生物组研究投入了大量努力。微生物组学研究发展非常快,肠道微生物组与人体的多种疾病相关联,深刻影响了疾病的治疗和临床研究,包括体重、糖尿病、免疫系统、肠道疾病、代谢疾病、炎症、心脏病、大脑神经系统等等,被认为是人体的“第二基因库”。

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《细胞》子刊:两篇牛文站台!既能帮助保持体重,又能恢复受损的肠道屏障,益生元再次证明了自己

来源:奇点 2018-01-03 10:05

元旦小短假大家是不是都吃了不少好东西呀?有没有三省吾身:我今天吃的热量高吗?运动了吗?上秤重了吗?不要怪小编扎大家心,实在是因为高脂、高热量的饮食导致肥胖几乎是个颠扑不破的真理(不包括那些天赋异禀,基因特别的朋友),而肥胖带来的一系列严重的后果就不用小编说了。

 

为了弥补对大家的伤害,接下来奇点糕要介绍一款有助于控制体重的益生元——菊粉,菊粉富含低聚果糖,可以从菊苣、菊芋等植物中提取得到,几个月前,《Gastroenterology》杂志上就已经发表过一篇菊粉可以帮助超重或是肥胖小朋友控制体重的研究。(顶级期刊发文:科学家首次证明益生元可以改善肥胖儿童肠道微生物,实现控制体重的目的 | 临床大发现)

这一次,它又登上了《Cell Host and Microbe》杂志,还完成了double kill。有两个研究团队分别发现,它一方面改善肠道微生物的组成,增加白介素22的表达,抑制高脂饮食诱导的肥胖和代谢综合征的发展[1];另一方面还可以保护肠道黏液层受损,对溃疡性结肠炎等粘液层相关疾病的防治有着重要意义[2],不过这一点,长双歧杆菌这种益生菌也能做到。(此处请跟着小编大声朗读三遍:我不是广告,我不是广告,我不是广告)

在2016年时,就有研究人员发现了高脂饮食是如何通过肠道微生物导致我们发胖的。小编帮大家复习一下重点:食物经过食道和胃到达肠道中,被肠道微生物分解,产生大量的醋酸盐被肠道吸收后随血液循环进入大脑,激活负交感神经系统,指挥胃释放饥饿激素(ghrelin),达到“吃了还想吃”的效果。



从这个过程中可以看出,肠道微生物的代谢产物——醋酸盐这种短链脂肪酸在其中发挥了关键作用。可是这次的新研究有一个有趣的发现:补充菊粉改善了小鼠被高脂饮食“祸害”了的肠道菌群,抑制了肥胖的发展,可是这些都和短链脂肪酸无关[1]!

这就挺让人意外了,短链脂肪酸作为肠道微生物的代谢物,菌群结构得到了改善,通常产生的有益的短链脂肪酸也会增加,被肠道吸收,形成“良性循环”。所以如果短链脂肪酸这一环被掐断的话,菊粉的效果应该会大打折扣才对。

在实验中,研究人员给了两组小鼠同样含有35%脂肪量的高脂饮食,其中一组额外添加了20%的菊粉,28天后,普通饮食(脂肪量5%)喂养的小鼠体重增加了近10%,菊粉组增加了20%,而单纯高脂组增加了30%(不会有人问小编怎么加了菊粉还是比普通饮食胖的要多吧?菊粉只是益生元,不是仙丹)。


 
28天后,普通饮食(黑)、高脂饮食(红)、菊粉+高脂饮食(绿)和高脂饮食+难溶性膳食纤维(蓝)喂养的小鼠体重的变化(菊粉属于可发酵性膳食纤维)

伴随体重增加减少的还有脂肪细胞体积的减小、胆固醇水平的降低、血糖代谢障碍的减轻和脂肪肝发展的减缓。除了抑制肥胖和代谢综合征,菊粉还恢复了小鼠肠道上皮细胞的增殖,减轻了炎症,阻止了结肠萎缩。
当然,还有一点大家都能猜到的,菊粉的补充重塑了肠道菌群。在这次实验中,高脂饮食让小鼠的肠道微生物载量减少了10倍,这说明高脂饮食是不利于肠道微生物生长的。而补充了菊粉的小鼠菌群的载量被完全恢复,它们的厚壁菌门/拟杆菌门细菌的比例和变形菌门的相对丰度也有所下降,这两者的升高早在2006年就被证实是与高脂饮食和代谢综合征相关[3],还有其他研究指出,厚壁菌门/拟杆菌门细菌的比例升高也是肥胖人群的一个特征[4]。

此外,研究人员还检测到了肠道上皮细胞抗菌基因的表达,有助于抵御微生物对肠道屏障的入侵和破坏。

从左至右依次为普通饮食、高脂饮食、高脂饮食+难溶性纤维素和菊粉+高脂饮食组小鼠Reg3γ的表达情况,Reg3γ是一种C型凝集素,具有抗菌、抗炎、促进细胞增殖等多种功能

接下来就要回到我们前面说的短链脂肪酸上了,高脂饮食确实减少了它们的量,而菊粉又使它们得到了恢复。但是研究人员无论是想办法在不改变肠道菌群的前提下抑制了它们的产生,还是敲除了小鼠的游离脂肪酸受体GPR43,菊粉的效果都没有发生明显变化。那么问题来了,菊粉是通过什么机制发挥了效果呢?

在实验中,研究人员观察到了白介素22的增加,过去的研究也发现,白介素22受体被敲除后,高脂饮食介导的代谢综合征会明显加重[5],所以研究人员猜测,菊粉发挥作用可能与它有关。这次的方向是正确的,实验证明,白介素22是菊粉发挥作用的必要条件,而且白介素22主要由嗜中性粒细胞和3型天然淋巴细胞产生,但是只有3型天然淋巴细胞这条途径才是菊粉所依赖的。

也就是说,菊粉会改善肠道菌群,诱导3型天然淋巴细胞分泌白介素22,加固肠道屏障,减少微生物的入侵和促炎基因的表达,保护高脂饮食小鼠远离肥胖和代谢综合征。


另一个研究呢,也是不好的饮食习惯挑的事,对于溃疡性结肠炎这类炎症性肠病来说,西式饮食是一个非常明显的诱因,汉堡可乐薯条甜甜圈,高蛋白高脂高糖高热量,可怜的肠道微生物根本经受不了这种打击,这在前一个研究中也很明显了。

改变的菌群结构对肠道粘液层也会造成影响。肠道黏液层是一道物理屏障,分为两层,外黏液层有微生物定殖,内黏液层却是几乎无菌的。内黏液层有效地将微生物和酶等物质与肠上皮细胞隔开,形成一个保护层。粘液是由杯状细胞分泌的粘液糖蛋白组成的,已经发现的粘液糖蛋白有很多种,比如Muc2、Zg16、Fcgbp和Clca1等。


杯状细胞染色图

在研究中,研究人员证明了,西式饮食的频繁摄入扰乱了肠道菌群,破坏了外黏液层,肠道的通透性增加,微生物就有了机会从外黏液层转移到内黏液层,对肠道屏障造成进一步伤害。同时内粘液层的生长速度也变慢了,这是由于粘液糖蛋白Muc2的水平降低导致的。

为了解决这个问题,研究人员尝试将正常饮食喂养的小鼠的肠道菌群移植给了用抗生素处理过的西式饮食小鼠,发现肠道黏液层的问题得到了修复!而且他们发现,黏液层的增长速度与双歧杆菌属细菌的相对丰度增加有关。双歧杆菌属有很多大家熟悉的益生菌,比如长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和青春双歧杆菌等等。

这里双歧杆菌属细菌相对丰度的变化可不是偶然,在后来的实验中,研究人员发现,单独补充长双歧杆菌(NCC2705株)就可以恢复黏液层的生长,而菊粉作为双歧杆菌属细菌的“食物”[6],则起到了改善肠道屏障通透性的效果。

 
鉴于现在西式饮食在亚洲也越来越普遍了,包括我国在内的国家炎症性肠病的发病率也逐年攀升,如果这一研究的结果在未来的临床试验中也能得到验证,那么对于这些患者来说将会是一个非常好的消息。

编辑神叨叨

无论是菊粉还是益生菌,能起到的作用都是有限的,作为膳食补充呢,是可以的,但是无论是减肥,还是治疗炎症性肠病,目前都没有足够的证据证明它们可以成为“绝对主力军”,大家还是要理性看待,不要神化它们的功效,祝大家假期开心~

2018-03-30至2018-03-31生物谷将在上海举办2018(第四届)肠道微生态与健康国际研讨会。将邀请来自高校科研院所的领导和专家、全国各大医院的临床医生以及微生物产业链科技企业人员,讨论肠道微生物研究的新理论和新技术,与精神系统疾病、消化系统疾病、代谢类疾病的关系,为广大从业人员提供一个交流的平台,促进行业的合作。


会议议题:

主会场: 肠道微生物研究的新理论与新技术(3.30上午) 
- 肠道微生物与宿主互作及共进化 
- 肠道微生物与脑肠轴调节 
- 微生物模式菌株的基因组测序 - 粪菌移植FMT与配方菌群移植 - 类肠器官构建与肠生态研究

分会场一:肠道微生物与精神系统疾病(3.30下午) 
- 肠道微生物紊乱与抑郁症 
- 肠道微生物与自闭症 
- 肠道微生物与孤独症谱系障碍(ASD) 
- 肠道菌群对中枢神经系统的影响及机制

分会场二:肠道微生物与消化系统疾病(3.30下午 -3.31上午) - 肠道微生物对肠粘膜屏障的影响 
- 肠道微生物与胃肠道肿瘤 
- 肠道微生物对肿瘤免疫治疗的影响 
- 膳食及益生菌对肠道微生态的调节

分会场三:肠道微生物与代谢类疾病(3.31上午) 
- 肠道微生物与肥胖 
- 肠道微生物与糖尿病 
- 肠道微生物与营养代谢 
- 肠道微生物与内分泌失调

分会场四:肠道微生物与其他疾病(3.31一天) 
- 肠道菌群与感染、免疫和炎症 - 肠道微生物与阿尔茨海默症 
- 肠道微生物与口腔疾病 
- 肠道微生物与高血压 
- 肠道微生物与中风 
- 肠道微生物与心血管疾病

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