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医学科普

人体肠道正常菌群有什么功能? (转载)

发表者:常玉英 人已读

肠道微生物对人体产生的巨大影响,越来越多的科学家将揭开这些秘密。肠道微生物对人体健康的影响作用是可以调节的。合理的饮食、良好的卫生条件、适当的运动、愉快的心情都是我们与这些肠道微生物共处之道。事实上这也是生活之道。

前言

科学家曾预言,解析人类基因组密码之后,人类将对除了烫伤烧伤以外的疾病一目了然。然而2003年人类基因组计划完成以后,很多被预测能够治疗的疾病不仅在治疗,甚至在发病机理上仍让人束手无策。因为人类对自身体内存在的数量巨大的共生微生物几乎一无所知。

自2005年以来,Science, Nature等相继报道肠道菌群的重要功能:肠道菌群为人体提供营养,调节代谢,调控肠道上皮发育和诱导先天性免疫,其功能相当于人体的一个重要的“器官”,破坏肠道菌群的平衡就是损害人的健康。

自2008年美国启动人类微生物组计划HMP以来,通过一系列微生物领域的大行动,国际上最新研究利用分子生物学手段分析了人体5大主要区域18个位置的微生物数量和构成,几乎获得了健康人体表和体内全部微生物组的信息,发现身体不同部位对寄居的微生物群有极大的影响,远远大于时间的推移和个体差异对其的影响。人体的微生态不仅与感染性疾病,而且也与慢性病的发生发展密切相关,人类对微生态的研究,正在改变人类对疾病原因的传统看法——从外来因素致病转向人体微生态失调。

人体的微生态如此重要,它究竟与人体是什么关系呢?本文略谈一二。

图1:肠道内共生微生物的基本功能

1.肠道菌群在活着的时候给人体提供什么营养?它死了以后,又能贡献什么?

营养作用是肠道微生物对人类的一个重要功能。肠道菌群在与人体的共同进化过程中,形成相互依赖、相互作用的关系。人体肠道菌群代谢产生的短链脂肪酸如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐对于宿主的生理有重要的影响,其中丁酸盐几乎可以全部被结肠的上皮细胞所吸收,并且是结肠上皮细胞的主要能量来源。而丁酸盐和丙酸盐基本上全部被肝脏摄取。此外,正常微生物,如双歧杆菌、乳杆菌等能合成多种人体生长发育所必需的维生素,如B族维生素、维生素K、烟酸、泛酸等,在无菌动物中,如果不人工补给维生素K,会出现凝血异常;肠道菌群还能为人体提供蛋白质,合成非必需氨基酸,如天冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等。肠道里合成了人体需要的90%的5-羟色胺,肠道中的特殊细菌参与了其合成过程;而5-羟色胺的水平能影响睡眠障碍和情感障碍等ASD症状。

益生菌体的有效成分是多方面的,从营养角度来看,菌体一般富含蛋白质等营养成分,可以起到重要的营养作用。例如,通过N放射性核素标记显示技术研究发现,双歧杆菌蛋白质成分的90%可被人体吸收,并且其中的70%可以在人体血清池中发现,对人类的健康有着重要作用。更重要的是菌体中含有的重要的免疫调节物质,目前研究较多的有脂磷壁酸(LTA)和胞壁粘肽多糖(PG)。乳酸杆菌的细胞壁的主要成分是PG,其功效有免疫赋活作用,能激活淋巴细胞产生多种淋巴因子;有降低腐败菌致突变,致癌酶的活性,对致癌物质亚硝基胍等有拮抗作用;有抑制肿瘤生长的作用。

2.肠道菌群参与人体的重要代谢过程吗?

肠道菌群参与人体的重要代谢过程,为人类的某些代谢过程提供各种酶和生化代谢通路。如肠道菌群可以把不溶性蛋白质转化为可溶性物质,将复杂的多糖转化为单糖供人体吸收,参与酪蛋白水解,氨基酸的脱羟基、脱氨基作用,参与胆汁和胆固醇代谢等。肠道微生态不仅是药物的补充代谢通路,而且还能激活哺乳动物肝脏酶系统,因此肠道微生态的组成可显著影响动物和人类对外来化合物如药物的代谢过程,对个体化医疗有重要意义。

益生菌所产生的酶和它的代谢产物及菌体细胞壁成分是很好的解毒剂。例如补充干酪乳酸菌能较好地清除肠道和血液中的毒物,它有去除基因毒素(degenetoxin)的本领,能降低体内的黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和亚硝酸盐。只要益生菌在体内成为优势菌群,就能抑制腐败菌及其代谢产物,从而预防毒物形成。一些益生菌产生的超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POX)和过氧化氢酶(CAT)等是一套清除自由基的酶系统,其中SOD清除能力最强,是一般清除剂的上亿倍。

肠道正常菌群参与一些口服药物的代谢,这种细菌参与代谢后可使药物的活性或毒性发生改变。例如,柳氮磺吡啶 ( SASP)口服后,大部分进入小肠和结肠,在肠道微生物的作用下,分解成有抗炎与免疫作用的5-氨基水杨酸( 5-ASA)。

2015 年 10 月,两个重量级研究论文在《科学》杂志发表,这让已经火热的肿瘤免疫疗法也为之一振:一是发现双歧杆菌促进有抗癌作用的细胞免疫,促进抗 PD-L1免疫疗法的效率;另一是发现 CTLA-4 免疫抑制剂的抗癌作用有赖于肠道菌群。

3.肠道正常菌群对保护人体微生态的平衡有那么重要吗?

肠道菌群对宿主具有保护作用。正常菌群在人体某一特定部位黏附、定植和繁殖,形成一层“菌膜屏障”,是抵抗过路菌定植的重要防线,对机体免受外来病原菌的侵袭具有重要的作用。通过这种定植拮抗作用,抑制并排斥过路菌群的“入侵”,维护人体与微生物之间的内环境稳定。另外,细菌还通过对营养物质的竞争来抑制有害菌在肠道内的繁殖。此外,肠道共生菌在肠道局部可以产生一些抑菌物质,如乳酸杆菌能产生乳酸、过氧化氢、细菌素等,抑制病原菌生长。研究表明,乳酸杆菌通过分泌的乳酸来螯合金属离子等和改变革兰氏阳性菌细胞膜通透性来发挥作用,乳酸还能降低肠道pH值,抑制大肠杆菌及梭菌等生长。例如,由于乳酸的积累,鼠李糖乳酸杆菌LGG对鼠伤寒沙门氏菌有很强的抗菌活性。 干酪乳杆菌等 产生的非解离乳酸能够有效地抑制大肠杆菌生长。

图2:缺乏膳食纤维的粘液层是很薄的,为有害菌的入侵提供了机会

肠道菌群间接地对肠道机械屏障起到保护作用。肠道粘膜上皮的完整性及正常的再生能力是机械屏障的结构基础。肠道菌群在肠道粘膜上皮的增殖和修复过程中起到了关键作用。此外,肠道菌群与粘液层形成了互利共存的关系,粘液层为专性厌氧菌提供了良好的生态环境,可促进其生长,而益生菌可以促进肠道黏蛋白的分泌,并抑制大肠杆菌、产气荚膜梭菌等有害菌对粘液、上皮的黏附。

4.肠道菌群对人体的免疫系统的发育及正常发挥有何作用?

肠道正常菌群的存在对机体免疫刺激可以分为两个方面。其一是可以使宿主产生广泛的免疫屏障。由于肠道细胞直接与肠道共生菌及外来过路菌相接触,因此肠道细胞成为宿主的免疫屏障。如乳杆菌和双歧杆菌,对宿主的免疫功能有增强作用,不仅活菌体有作用,菌体的破碎液和发酵液菌均有免疫活性。另一方面,肠道正常菌群可以刺激宿主免疫系统的发育和细胞免疫的发生,使宿主固有的免疫系统对机会致病菌和共生菌进行区分。一些有益菌具有激活吞噬细胞和派尔集合淋巴结(peyer patches)的细胞增殖功能。近年来发现分段丝状杆菌(segmented filamentous bacteria, SFB)与人体免疫密切相关,SFB可以促进肠道Th17细胞的分化、成熟。双歧杆菌和乳杆菌可以增强派尔集合淋巴结的淋巴组织,促进B细胞的活性。无菌动物研究中还发现,无菌条件下饲养的动物肠黏膜淋巴细胞密度小,淋巴滤泡小,血液中免疫球蛋白IgA的循环浓度低,对疾病的易感性较高。

免疫系统的发育、完善、正常运转都离不开肠道菌群。肠道菌群是人体免疫力产生的源泉与动力,这已在无菌的啮齿动物的研究中获得证实。

5.肠道菌群会伴随你生长、发育、衰老,不管你喜欢不喜欢,它都在那里

肠道菌群与宿主的共生对宿主的生长和发育具有重要作用。当缺乏肠道微生物时,哺乳动物微绒毛发育不良,结肠上皮细胞包含的细胞数明显减少,表明哺乳动物的肠道正常发育需要有肠道菌群的共生,肠道菌群参与了宿主的进化过程,促进了肠道上皮细胞的生成和发育。人体肠道菌群的定植种类对其健康发展具有至关重要的影响。婴儿从母体中分娩出时就从母体获得一些菌钟,并且不同的生产方式如顺产和剖宫产婴儿肠道菌群存在显著差异,顺产的婴儿主要定植菌为以乳杆菌为主的乳酸菌和普氏菌。一般情况下,随着年龄的增长,肠道优势菌群间的比例会改变。到了老年,人体内的双歧杆菌等有益菌的数量显著下降,而产生硫化氢等有害物质的小梭菌等有害菌增加,这些肠道微生态的变化有可能加速衰老的过程。因此,肠道菌群动态地参与了人的生长、发育和衰老的整个生命过程。

6.肠道菌群对大脑及行为有调控作用,这是真的吗?

近年来, 随着对肠道菌群调控作用研究的不断深入, 发现肠道菌群不仅调控肠道活动, 还影响宿主的脑功能和行为。肠道菌群通过肠-脑轴调控宿主行为, 而肠-脑轴是由免疫、神经内分泌和迷走神经途径构成的肠道和脑之间的交流系统。 动物研究和临床观测结果表明, 肠道菌群通过肠-脑轴对宿主的应激反应、 焦虑、 抑郁和认知功能产生重要影响。平衡的肠道菌群可以促进宿主的身心健康, 而肠道菌群失调则可能引发肠-脑疾病(如肠易激综合征、炎性肠道疾病和肝性脑病)和中枢神经系统疾病(如多发性硬化症、阿尔兹海默症和自闭症等)。深入了解肠道菌群对宿主行为的影响, 有助于更好地理解肠易激综合征和多发性硬化症等的发病机理, 并认识到调节和恢复正常肠道菌群的安全有效措施(补充益生菌)是治疗精神心理疾病的重要组成部分。

7.肠道菌群竟然可以调节骨质密度,甚至可以逆转骨质疏松,这是要逆天吗?

研究发现肠道菌群不仅调控肠道活动,并且能通过调节免疫系统状态进而干预骨代谢。无菌小鼠与人体内实验研究发现:肠道菌群对骨骼的生成及骨代谢具有重要影响,利用抗生素、益生菌、益生元干预肠道菌群进一步证实了肠道菌群对骨量具有很好的调节作用。这些作用主要表现在迅速生长期,例如骨量需求较大的青春期,以及骨量丢失较明显的妇女更年期

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发表于:2016-10-17 13:30

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