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肠道微生物组最新研究进展(第4期)

来源:本站原创 2018-11-30 21:52

2018年11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.Science子刊:一种肠道细菌可逆转胰岛素抵抗性,有望具有强大的抗衰老作用
doi:10.1126/scitranslmed.aat4271


栖息在肠道中的细菌Akkermansia muciniphila(A. muciniphila)是2004年首次被发现的,被认为占成人肠道细菌的1%~5%。在一项新的研究中,来自美国国家老化研究所的研究人员在小鼠和恒河猴中研究了因清除A. muciniphila而引发的一系列分子事件。他们评估了恢复这种肠道细菌对年老小鼠的影响。相关研究结果发表在2018年11月14日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Commensal bacteria contribute to insulin resistance in aging by activating innate B1a cells”。

首先,这些研究人员记录到相比于年轻小鼠的肠道,年老小鼠的肠道具有明显较少的A. muciniphila群体,而且随着A. muciniphila变得更加稀少,作为肠道关键保护分子之一的丁酸盐也是如此。这两者的缺乏导致年老小鼠肠道的粘膜变薄并发生渗漏。这个破坏性过程引发了一系列触发炎症的事件,促进免疫反应产生,并且最后一步就是这增加了胰岛素抵抗性。最后一步的关键是一种特定类型的称为4BL细胞的免疫细胞在肠道中堆积。这些研究人员推测,如果这一系列有害的事件受到破坏,那么这些4BL细胞的堆积很可能就被阻止。

这些研究人员还记录到对定植到肠道中的其他微生物而言,A. muciniphila发挥着促进健康的肠道细菌多样性的作用。在缺乏A. muciniphila群体的小鼠中,许多其他常见的肠道细菌---以及它们的有益副产物,特别是丁酸盐---也受到了破坏。

2.Nat Med:粪便菌群移植可有效治疗免疫检查点抑制剂相关结肠炎
doi:10.1038/s41591-018-0238-9


在一项新的研究中,来自美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究人员以两名患者为研究对象,首次发现移植来自健康供者的肠道细菌可用来成功地治疗因接受免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitor, ICI)治疗引起的严重结肠炎的患者。这表明粪便菌群移植(fecal microbiota transplantation, FMT)值得在临床试验中作为一种常见的免疫疗法副作用的疗法进行研究。相关研究结果于2018年11月12日在线发表在Nature Medicine期刊上,论文标题为“Fecal microbiota transplantation for refractory immune checkpoint inhibitor-associated colitis”。论文通讯作者为德克萨斯大学MD安德森癌症中心药物诱导性结肠炎与肠炎主任以及胃肠病学、肝病学与营养学助理教授Yinghong Wang博士。

Wang说,“在接受FMT治疗后,这两名患者的结肠炎消退能够在临床上和在内窥镜检查中得到证实。基于这些结果,这应当作为ICI相关结肠炎的一线治疗进行评估,这是因为在一次治疗后,它安全、快速和效果持久。”

3.Cell:移民到美国会改变人的肠道微生物组,因而更容易让人变肥胖
doi:10.1016/j.cell.2018.10.029


在一项新的研究中,来自美国明尼苏达大学等研究机构的研究人员研究了从东南亚移民到美国的人群,并且提供新的证据表明在到达美国之后,移民和难民的肠道菌群快速地西方化。这些结果可能提供了关于迁移到美国给移民带来的一些代谢健康问题(包括肥胖和糖尿病)的新见解。相关研究结果发表在2018年11月1日的Cell期刊上,论文标题为“U.S. immigration westernizes the human gut microbiome”。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.10.029。

这些研究人员确实发现了这些难民的肠道微生物组快速地发生了重大变化:在到达美国的头六到九个月内,西方菌株拟杆菌(Bacteroides)开始取代非西方菌株普氏菌(Prevotella)。但是这种菌株西方化也在到达美国后的第一个十年中继续发生,并且随着这些移民在美国生活的时间越长,他们的整体肠道微生物组多样性减少了。这些难民的食物日志表明吃更多的西方饮食起到了干扰肠道微生物组的作用,但不能够解释所有的变化。

论文通信作者、明尼苏达大学计算机科学家和定量生物学家Dan Knights说,“我们发现移民在抵达美国后几乎立即开始丢失他们本国的微生物,随后获得在欧美人群中更常见的外来微生物。但是,这些新的微生物并不足以弥补本国微生物的丢失,因此我们观察到多样性的整体丢失。”

4.Nat Protoc:科学家阐明肠道菌群和糖尿病发生之间的关联
doi:10.1038/s41596-018-0064-z


近日,一项刊登在国际杂志Nature Protocols上的研究报告中,来自厄勒布尔大学等机构的科学家们通过研究花费了10多年开发了一种新方法,该方法能研究肠道菌群代谢如何影响机体的健康;这种方法能用于代谢组学研究,即通过化学分析的方法来解析细胞代谢中数千种分子的详细信息。在这种新方法的帮助下,研究人员就能对来自一份血液样本中的的2000种代谢产物进行分析,代谢产物是一种在机体代谢过程中形成的微型分子,包括氨基酸、脂质和糖类分子等。

文章中,研究人员阐明了幼儿机体的代谢如何影响其后期机体对谷蛋白耐受性的影响,在个体婴儿时期通过饮食接触谷蛋白之前,研究人员就能够观察到其机体脂质代谢的变化,相关研究结果或能帮助理解个体机体对谷蛋白耐受的机制,并且开发出新型策略来预防这种疾病发生。

5.Nature:重大发现!肠道菌群或能控制机体的运动方式!
doi:10.1038/s41586-018-0634-9


近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自加州理工学院的科学家们通过研究对“跟着直觉走”的含义进行了新的诠释,文章中,研究者发现,肠道菌群能够控制果蝇的运动,同时他们还鉴别出了参与整个过程的特殊神经元,相关研究结果或能阐明机体肠道和大脑之间的关联,尤其是能够阐明肠道菌群影响机体行为(包括运动)的分子机制。

研究者Sarkis K. Mazmanian教授表示,我们观察到不携带细菌的无菌果蝇常常会异常活跃,相比携带正常水平微生物的果蝇而言,这些果蝇会走得更快,更远,而且休息的时间也更短;文章中,研究人员调查了肠道菌群影响果蝇行为的通路;运动对于机体的一系列活动都非常重要,比如交配、寻找食物等,研究结果表明,肠道菌群或许对于动物机体的基础行为非常重要。

6.Sci Rep:在家中出生的婴儿竟比在医院出生的更健康!究竟是为何?
doi:10.1038/s41598-018-33995-7


近日,一项刊登在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中,来自美国罗格斯大学的科学家们通过研究发现,在家中出生的婴儿肠道和粪便中或许拥有更加多样化的菌群,这或许会影响婴儿机体发育中的免疫力和代谢过程。
图片来自Scientific Reports, doi:10.1038/s41598-018-33995-7。

理解为何在家中出生的婴儿会比在医院出生的婴儿(至少出生后一个月)机体中存在更多微生物菌群,有助于帮助预防婴儿后期的患病风险;人类机体的微生物组包括数万亿个细菌、真菌和病毒,其中很多微生物对机体健康有益,其能有效预防多种慢性疾病的发生,比如肥胖、糖尿病哮喘和肠道炎性障碍,而且来自母亲机体的微生物菌群也能够帮助抑制婴儿慢性疾病的发生。

这项研究中,研究人员对35组出生1个月后的婴儿和母亲进行研究,其中14个婴儿在家中出生(4个在水中分娩出生),另外21个婴儿在医院出生,所有婴儿都是在没有任何干预措施的情况下(包括其母亲没有使用任何抗生素治疗)顺产出生,且都进行母乳喂养。所有的婴儿都是由助产士接生的,而且助产士都与婴儿有肌肤接触,在婴儿出生后不久就开始使用母乳喂养。在随后的分析中,研究者发现,相比在家中出生的婴儿而言,在医院出生一个月打的婴儿粪便样本中的上皮细胞中存在较高水平的炎性基因表达,上皮细胞覆盖着器官内壁、皮肤和口腔。研究者表示,后期他们还需要进行更为深入的研究来改善医院女性的分娩环境,使其更接近于家庭,这或许对于婴儿后期的健康成长至关重要。

7.Nat Med:母乳喂养和婴儿配方奶粉喂养或对婴儿肠道微生物组影响不同
doi:10.1038/s41591-018-0216-2


婴儿配方奶粉不仅能在营养方面模拟母乳,而且还能在婴儿消化道中滋养类似肠道菌群的生长,诸如此类微生物对于维持机体健康必不可少,其能抵御致病菌对机体的影响,同时还能影响机体的代谢过程,并能帮助合成多种维生素和氨基酸来促进婴儿健康生长发育。近日,一项刊登在国际著名杂志Nature Medicine上的研究报告中,来自华盛顿大学医学院的科学家们通过研究发现,当婴儿配方奶粉和母乳都能促进婴儿肠道中相似种类细菌生长的同时,这些细菌所表现出的“工作方式”却并不尽相同,目前研究人员并不清楚这些差异对婴儿机体健康的影响。

婴儿出生后的数天内母乳中会富含蛋白质,但随后这些蛋白质的水平就会下降,研究者发现,通过增加能够合成特定氨基酸的细菌的水平就能够补偿母乳喂养婴儿肠道微生物组中某些氨基酸水平的减少,尤其是甲硫氨酸,异亮氨酸,亮氨酸,缬氨酸,半胱氨酸,丝氨酸,苏氨酸和精氨酸。从另一方面来讲,婴儿配方奶粉喂养的婴儿肠道中拥有能够制造一组完全不同氨基酸的肠道菌群,这些肠道菌群会制造较少的甲硫氨酸和半胱氨酸(这些氨基酸在婴儿配方奶粉中的水平要比母乳中高),但却会制造较多的组氨酸和色氨酸,这两种氨基酸在母乳中的水平高于婴儿配方奶粉。

研究者表示,婴儿早期是神经发育和生理发育的关键时期,母乳喂养的婴儿机体有很多合成途径能够帮助合成婴儿机体生长发育所需的维生素和关键营养物质;如果我们能够改变肠道微生物组,即使这种影响只是暂时的,但其对婴儿生长发育依然有非常积极的影响。

8.Cell:揭示肠道菌群产生的咪唑丙酸导致2型糖尿病机制
doi:10.1016/j.cell.2018.09.055


在一项新的研究中,来自瑞典哥德堡大学萨尔格伦斯卡学院的研究人员证实肠道菌群能够影响细胞对胰岛素作出反应的方式,因而能够导致2型糖尿病。相关研究结果于2018年10月25日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Microbially Produced Imidazole Propionate Impairs Insulin Signaling through mTORC1”。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.09.055。

这些研究人员发现初治(treatment-naïve)的2型糖尿病患者的肠道菌群与组氨酸的不同代谢有关,其中组氨酸主要来源于饮食。这接着导致咪唑丙酸(imidazole propionate)形成。咪唑丙酸破坏细胞对胰岛素作出反应的能力。因此,降低细菌产生的咪唑丙酸数量可能成为一种治疗2型糖尿病患者的新方法。

9.Nature:到4岁时,婴儿肠道微生物组形成经历三个不同的阶段
doi:10.1038/s41586-018-0617-x


在一项迄今为止报道的针对婴儿的最大临床微生物组研究中,来自美国贝勒医学院等研究机构的研究人员探究了到4岁时婴儿肠道中的微生物定植顺序,结果发现婴儿肠道微生物组形成的3个不同阶段与生命早期暴露相关。这一结果是通过对参与TEDDY糖尿病研究的一群参与者中收集的数据进行广泛分析而获取的。相关研究结果于2018年10月24日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study”。

通过使用最先进的RNA和DNA测序技术来揭示所有微生物的完整遗传组成,Petrosino和他的团队确定肠道肠道微生物组的建立经历了三个不同的微生物组进展阶段:发展阶段(儿童的年龄为3~14个月大)、过渡阶段(儿童的年龄为15~30个月大)和稳定阶段(儿童的年龄为31~46个月大)。

这项研究发现至少部分母乳喂养与较高丰度的短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)和两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)之间存在关联,其中这两种类型的细菌具有益生菌特性,已知在生命早期是广泛分布的。此外,停止母乳喂养加速了婴儿微生物组的成熟,这意味着它会迅速通过其他阶段进入稳定阶段。稳定阶段的特点是较高数量的细菌厚壁菌(Firmicutes spp.)。在那些母乳喂养的婴儿中,一旦停止母乳喂养,就不再检测到具有加工母乳能力的双歧杆菌菌株。

10.Science:哺乳动物肠道微生物组竟能代代相传
doi:10.1126/science.aat7164


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定植在小鼠肠道中的细菌主要来自它们的母鼠,而且它们的肠道微生物组(microbiome)组成在多代中几乎保持不变。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上,论文标题为“Transmission modes of the mammalian gut microbiota”。

为了更多地了解小鼠肠道生物群落(biome),这些研究人员在美国亚利桑那州和加拿大的两个地方捕获了17只小鼠。他们随后在他们的实验室里为这些小鼠设置住处---来自其中的一个地方的小鼠与来自另一个地方的小鼠保持分开。他们允许这些小鼠交配并产生后代,在此之后,这些小鼠后代也被允许产生它们自己的后代。这持续了三年,产生了11代老鼠。在此过程中,他们采集了它们的肠道样品,并对这些肠道样品进行基因测试以便鉴定出存在于小鼠肠道中的细菌
这些研究人员发现小鼠的肠道生物群落保持非常稳定---第11代小鼠的肠道生物群落几乎与第一代小鼠是一样的。他们提出这是肠道生物群落细菌进行代代相传的证据,这是垂直传播(vertical transmission)的一个例子。他们指出,在少数情况下,即新的细菌由未知的外部来源引入到小鼠肠道中,这些新的细菌类型往往会导致疾病。因此,他们提出在肠道中出现的有害细菌可能来自水平来源(horizontal source)。它还支持了一些理论,即哺乳动物及其肠道生物群落以一种导致共生的方式共同进化。他们最后提出,进化理论表明他们的发现可能也适用于人类。(生物谷 Bioon.com)

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