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肠道微生物组最新研究进展(第3期)

来源:本站原创 2018-09-30 22:40

2018年9月30日/生物谷BIOON/---肠道是人体最大的消化和排毒器官,其回旋盘转的结构被形象地称为人体第二大脑。肠道中寄生着数以计亿的细菌,它们是人体内最重要的一种外环境,各种微生物按一定比例组合,相互制约,相互依存,在质和量上形成一种生态平衡。然而肠道菌群并不都是人类的朋友,按特性来讲,它们可分为3大类,即好菌、坏菌和中性菌。当人体肠道中好菌比例下降而坏菌数量上升时,人体免疫力下降,极易导致多种疾病的发生。

研究表明,肠道菌群紊乱与多种疾病的发生密切相关,如消化系统疾病、内分泌系统疾病、精神系统疾病、自身免疫性疾病以及一些感染性疾病。基于此,小编针对肠道微生物组最新研究进展,进行一番梳理,以飨读者。

1.PNAS:为什么老是过敏?可能是肠道微生物在作怪
doi:10.1073/pnas.1722372115


过去几年来,科学家们已经发现了肠道微生物紊乱和不同疾病之间存在联系。而现在在一项最新研究中,来自法国国家科学研究院(CNRS)、法国国家健康与医学研究院(INSERM)和法国里昂第一大学及美国NIH的研究人员一起发现一种病毒检测系统、肠道微生物组成和皮肤过敏之间的关系。他们的发现于近日发表在《PNAS》上,可能带来潜在的皮肤过敏新疗法。

图片来源:PNAS
这个国际研究小组关注了缺失MAVS基因的小鼠,这个基因在免疫系统检测病毒的过程中扮演关键角色。研究人员发现这些小鼠肠道微生物发生了改变,同时产生了严重的皮肤过敏反应。为了揭示这两个现象之间的联系,研究人员将这些改变的微生物转移到了正常小鼠体内。结果发现后者也产生了严重的过敏反应,这表明这些过敏反应是由这些转输的微生物导致的。接下来研究人员发现这种肠道微生物的变化会导致肠道穿透性更强,这使得某些肠道微生物可以迁移到肾脏和淋巴结,从而加剧皮肤过敏反应的严重性。

2.Gastroenterology:肠道细菌能够引起肠癌?
doi:10.1053/j.gastro.2018.07.028


最近,来自TUM的Dirk Haller教授等人研究了细菌在肠道炎症发展中的作用。实验结果表明:细菌在不产生炎症反应的前提下,能够诱导肿瘤的发生。最开始,作者使用小鼠模型进行研究:通过给无菌(即无菌)动物中加以活化的转录因子ATF6刺激,进而调节肠粘膜(肠上皮)中的应激应激反应,但未观察到任何变化。之后,作者将微生物群移植回无菌动物中,再加以同样的刺激,结果发现小鼠的结肠中出现了肿瘤。根据科赫法则,作者等人证明了微生物参与了结肠癌症的发生与发展。

转录因子ATF6能够调节细胞中的应激反应,并且激活的强度和持续时间随着疾病恶化而增高。 “然而,单独的细胞应激反应不会导致肿瘤生长,在微生物群的共同作用下,癌症的生长得到了有效的促进,”该研究的作者,TUM的食品与健康研究所负责人Haller说。随后,作者等人检查了541名结肠癌患者的相关数据。发现转录因子ATF6的表达水平与患者的术后复发率存在明显的正向相关性。

3.Biochemitry:肠道微生物能够从糖分中产生电流
doi:10.1021/acs.biochem.8b00600


瑞典隆德大学的一项新研究发现:肠道细菌可以产生电流。该结果对于药物的开发以及生物能源的生产均具有重要的价值。

在最近的这项研究中,作者们则对人类以及动物肠道中存在的乳酸细菌粪肠球菌进行了研究。首先,研究人员探究了电流在细菌及电极间传输所需的时间。他们的实验结果表明,放置在电极上的肠球菌通过细胞代谢产生电流。当细菌分解其细胞内的糖时,电子得到了释放。此外,电子到电极传输是在细胞膜内部被称为“醌”的分子帮助下进行的。

(图片来源:Www.pixabay.com)

研究结果还表明,细菌在与其他细菌和真菌一起生活的情况下,代谢过程的交织有益于各类生物的生长。根据该研究,微生物之间的被称为“Synthrophy”的合作形式可能与生物体之间的电子传递有关。

由于肠球菌通常存在于人和动物的肠中,一些物种,例如粪肠球菌(Enterococcus faecalis),会引起抗生素耐药性感染。此外,肠球菌的代谢与某些类型的结肠癌的发作有关。因此,这一发现具有重要的临床意义。

4.Frontiers in Immunology: 食物纤维能够缓解衰老导致的大脑炎症
doi:10.3389/fimmu.2018.01832


随着哺乳动物年龄的增长,大脑中的小胶质细胞(一类免疫细胞)会处于长期发炎的状态。在这种状态下,它们会产生能够损害认知以及运动功能的化学物质。这也是衰老过程中会出现记忆衰退以及认知功能衰退的现象。但是,根据伊利诺伊大学的一项新研究,通过摄入膳食纤维能够达到缓解这一症状的效果。

膳食纤维促进肠道中有益细菌的生长。当这些细菌消化纤维时,它们会产生短链脂肪酸(SCFA),包括丁酸盐,作为副产物。

“此前研究已经证明丁酸盐对小胶质细胞具有抗炎作用,动物实验也证明通过使用丁酸盐能够时改善小鼠的记忆,”作者说道。相关结果发表在《Frontier of Immunology》杂志上。

5.Nature:发现上百种产生电流的细菌
doi:10.1038/s41586-018-0498-z


在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校的研究人员发现作为一种常见的引起腹泻的细菌,单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)以一种与已知的产电细菌完全不同的方式产生电流,而且上百种其他的细菌物种也利用这种相同的过程产生电流。相关研究结果于2018年9月12日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria”。论文通信作者为加州大学伯克利分校的Dan Portnoy教授。

这些产电的细菌中的大多数是人体肠道微生物组的一部分,而且类似于导致食源性疾病李斯特菌病和也能够导致流产的李斯特菌的是,很多细菌也是致病性的。导致坏疽的细菌,即产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens),医院获得性感染(粪肠球菌)和一些致病性的链球菌也产生电流。其他的产电细菌,如乳酸杆菌,在发酵酸奶中起着重要的作用,而且它们中的多数是益生菌。

将来自细胞的电子转移到矿物质需要一系列特殊的化学反应,即所谓的细胞外电子传递链(extracellular electron transfer chain),在这种传递链中,它将这些电子作为微小的电流进行传递。一些科学家利用这种传递链制造电池:将电极植入到含有这些细菌的烧瓶中,这样就能够发电了。

这种新发现的细胞外电子传递系统实际上比已知的传递链更简单,而且似乎仅在必要时(可能是在较低的氧气水平时)才被细菌使用。到目前为止,这种更简单的电子传递链已在具有单细胞壁的细菌(被归类为革兰氏阳性菌)中发现到,这些细菌生活在具有大量黄素(维生素B2的衍生物)的环境中。

6.使用益生菌或许能够降低抗生素的处方数
doi:10.1093/eurpub/cky185


最近一项研究表明,使用益生菌会伴随着婴儿和儿童抗生素治疗需求下降。

他们的研究结果得到了国际益生菌和益生元科学协会的支持,并在欧洲公共卫生(European Journal of Public Health)杂志上发表。当将12项研究的结果合并在一起时,他们发现,如果婴儿和儿童接受益生菌作为每日健康补品,那么他们的抗生素处方量会降低29%。当仅使用最高质量的研究重复分析时,该百分比增加至53%。

(图片来源:www.pixabay.com)

研究人员说,研究结果非常有趣。 “鉴于这一发现,可以通过定期使用益生菌达到减少抗生素使用目的”。该研究的高级研究员,乔治敦大学医学院家庭医学系教授Daniel Merenstein博士说。

7.PLoS Pathog:艰难梭菌如何凭借其所产生的特殊化合物在肠道中横行霸道?
doi:10.1371/journal.ppat.1007191


艰难梭菌是引发全球大部分抗生素相关腹泻爆发的罪魁祸首,近日,一项刊登在国际杂志PLoS Pathogens上的一篇研究报告中,来自伦敦卫生与热带医学院的科学家们通过研究发现,艰难梭菌能够产生一种名为对甲酚(p-cresol)的特殊化合物,这种化合物能够帮助艰难梭菌在患者肠道中获取一种竞争性的优势,而这无形中就影响了患者机体肠道中的自然保护菌群的功能。

抗生素的使用会干扰机体中天然保护的肠道菌群,从而让患者对艰难梭菌感染变得易感,进而引发潜在的致死性疾病和并发症出现;目前研究人员迫切需要通过研究来理解艰难梭菌如何影响肠道菌群并且干扰肠道的自我平衡,但其中一个问题是,艰难梭菌是肠道中已知的18种能够产生对甲酚化合物的肠道菌群中的一种,对甲酚会抑制肠道中大范围微生物菌群的生长,但其仅会在高浓度状况下影响艰难梭菌。

这项研究中,研究人员通过研究首次发现,艰难梭菌所产生的对甲酚会介导抵御其它肠道菌群的一种适应性优势,对小鼠进行研究结果表明,对甲酚能够选择性地靶向肠道中的特殊菌群,并且干扰其生长,最终导致肠道菌群的明显改变。此外,并不会产生对甲酚的艰难梭菌突变体在最初感染后或许其在肠道中的定植能力会发生下降,本文研究结果表明,对甲酚的产生会促进艰难梭菌的生存及其病理学表现。

8.两篇Cell解读益生菌的健康效益:益生菌或许不像人们想象中那么有益
doi:10.1016/j.cell.2018.08.041; doi:10.1016/j.cell.2018.08.047


从巧克力、腌菜、洗手液,再到婴儿配方奶粉,我们在很多东西中都能发现益生菌的存在,而且人们常常会购买很多益生菌补充剂来帮助增强消化道的健康,但近日刊登在国际著名杂志Cell上的两篇研究报告中,研究人员发现,传说中的益生菌或许并没有我们想象中那么有效。

在第一项研究中,研究人员招募了25名参与者,首先让参与者进行内窥镜检查以及结肠镜检查来确定参与者机体肠道区域的微生物组基准水平,其中有15名志愿者被分为了两组,第一组参与者摄入了通用型的益生菌,而第二组参与者则摄入了安慰剂,随后两组参与者进行第二轮的内窥镜检查和结肠镜检查,来评估其在接受治疗2个月后体内微生物环境的改变。

研究者发现,益生菌能够在某些人群的机体肠道中成功定植,称之为“持续存在者”(persisters),而在其他人群中,作为“抵抗者”(resisters)的肠道微生物组却会将驱逐出去;此外,这种持续和抵抗模式能够帮助确定在既定的个体机体中,益生菌的使用是否会影响其机体天然的微生物组和机体的基因表达,研究人员还能够通过检测机体的基准微生物组水平以及肠道基因表达的特性来帮助预测个体是“持续存在者”还是“抵抗者”。

研究者还发现,粪便或许与体内微生物组的功能只存在一部分相关性,因此此前很多研究依赖于粪便来指示体内的微生物组或许会给很多人产生一定的误导;研究者Segal说道,尽管所有摄入益生菌的志愿者在其粪便中都出现了益生菌,但仅有一部分志愿者会在肠道中存在益生菌,这才是其真正所需要的;如果某些人能阻止益生菌定植,而有些人会允许益生菌定植的话,我们所摄入标准益生菌的益处或许并不像我们此前认为的那样普遍,同时本文研究结果也强调了肠道微生物组在驱动不同人群机体中特定临床差异中所扮演的角色。

在第二项研究中,研究人员质疑是否患者摄入益生菌后能够帮助中和抗生素的效应,因为他们经常被告知在患者接受抗生素疗法后需要再重新植入肠道菌群,随后研究人员招募了21名志愿者,他们将志愿者随机分为三组,第一组为“观察并等待”组,研究者让这些参与者机体的微生物组自行恢复,而第二组参与者摄入第一项研究中所使用的相同益生菌,第三组参与者则利用自体粪便微生物组移植策略进行治疗,即在其接受抗生素疗法之前收集粪便,以此作为疗法进行治疗。

当抗生素疗法结束后,标准的益生菌就能够在第二组参与者机体中轻松定植,但让研究人员不可思议的是,他们发现,这些益生菌的定植会在接下来几个月里抑制宿主正常的微生物组及基因表达特性回归至正常状态,相比而言,接受自体粪便微生物组移植的参与者则会在数天内恢复机体原始的肠道微生物组以及基因表达特性。研究者Elinav说道,目前人们普遍认为益生菌是无害且有益于每个人的机体健康,而本文研究结果则表明,在与抗生素一起使用时,益生菌可能会带来潜在的副作用,而且会对个体的健康产生长期不良后果,相比较而言,用机体自身的微生物来补充肠道或许能作为个体化的自然疗法来逆转抗生素对机体带来的影响。

9.Cell Metabol:吃得少会让你变得更加健康 或许是肠道菌群在发挥大作用!
doi:10.1016/j.cmet.2018.08.005


卡路里摄入量较低的小鼠或许寿命更长、更加健康和苗条,近日,一项刊登在国际杂志Cell Metabolism上的研究报告中,来自日内瓦大学的研究人员通过研究揭示了其中的原因,研究者表示,这或许在很大程度上归咎于机体的肠道菌群以及其影响机体免疫系统的方式,此外,研究者还发现,模拟热量限制的化合物或许能转化成为肥胖疗法。

文章中,研究人员对小鼠进行了长达30天的卡路里限制,结果发现小鼠机体的棕色脂肪水平增加了,而棕色脂肪时机体燃烧脂肪的一种脂肪组织,其能够帮助促进体重减低;更有意思的是,当研究者将从卡路里限制(热量限制)的小鼠机体中的盲肠微生物群转移到在无菌条件下生长的小鼠机体后,这些小鼠机体的棕色脂肪水平出现了增加,而且在其正常饮食状况下这些小鼠依然很苗条,因此微生物组所带来的改变似乎能给小鼠带来一定的健康益处。

当对微生物群落进行分析后,研究者Trajkovski发现,喂食热量限制饮食的小鼠机体中的肠道菌群能够产生较低水平的毒性分子—脂多糖,当脂多糖的水平在血液中重新回归至正常时,小鼠就会失去热量限制饮食所带来的健康效益。

细菌脂多糖分子(LPS)能够通过激活名为Toll样受体4(TLR4)的特殊信号受体分子,来诱发机体的免疫反应,对遗传工程修饰后免疫细胞缺少TLR4的小鼠进行研究后,研究者就能够模拟出热量限制饮食对小鼠所产生的效应,很显然,机体免疫系统不仅能够对抗感染,还能够有效调节机体的代谢;除了能够增加棕色脂肪水平并减少体重外,这些小鼠对胰岛素的反应也更加敏感了,而且其肝脏能够以健康的方式来处理糖分和脂肪,此外,这些小鼠还能够更好地抵御寒冷环境了。

10.Appl Environ Microb:益生菌会加重特定微生物感染?
doi:10.1128/AEM.01408-18


在最近一项的研究中,作者发现肠道寄生虫-隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)感染在给予益生菌的小鼠中会有恶化的趋势。该研究发表在美国微生物学会《Applied and Environmental Microbiology》杂志上。

与对照小鼠相比,给予益生菌的小鼠在其粪便中排出更多的寄生虫,并且它们的肠道微生物种群结构与对照小鼠的不同。然而,作者Giovanni Widmer博士表示,这两组微生物菌群都是由通常存在于肠道内的属组成,此外,观察到的益生菌效应的机制尚不清楚。

通常情况下,扰乱甚至消耗正常肠道微生物群的抗生素可以使个体更容易受到肠道感染。相反,健康的微生物组可以预防这种感染,或降低其严重程度。根据这些思路,研究人员认为,在健康肠道中发现的含有活微生物的益生菌可以降低小鼠模型中隐孢子虫病的严重程度。(生物谷 Bioon.com)

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