腸道微生物菌群由一組細(xì)胞組成，是宿主基因的100 倍以上，相當(dāng)于免疫系統(tǒng)。這些菌群是宿主特異的，包含遺傳成分，可通過(guò)飲食、手術(shù)或抗生素發(fā)生改變。之前動(dòng)物微生物是一個(gè)被忽視的系統(tǒng)，但它對(duì)動(dòng)物的生理和發(fā)育作出重大貢獻(xiàn)。此外，有研究表明動(dòng)物與微生物菌群是共同進(jìn)化的。研究對(duì)腸道菌群研究的最新進(jìn)展及調(diào)節(jié)腸道菌群的不同方式( 益生菌、益生元和多酚) 進(jìn)行綜述。 01 目前對(duì)腸道菌群的認(rèn)識(shí) 在過(guò)去的10 年，人們對(duì)微生物菌群的認(rèn)識(shí)呈指數(shù)增長(zhǎng)。由于胃腸道環(huán)境的復(fù)雜性和微生物采樣的挑戰(zhàn)性，目前大部分研究集中在腸道菌群，這里分布著最大密度的許多細(xì)菌，大部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自糞便樣品，少數(shù)來(lái)自黏膜活檢。雖然獲得新鮮糞便樣本是比較容易的，但獲得的信息并不代表完整的腸道內(nèi)環(huán)境。從一些有限的研究可知，小腸含有非常不同的細(xì)菌豐度和組成，與結(jié)腸相比有更大的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)腸菌群主要高效降解復(fù)雜的難以消化的糖類，而小腸菌群則利用相對(duì)較小的糖類快速消化和轉(zhuǎn)化，快速利用總體養(yǎng)分。雖然糞便不是胃腸道的理想替代物，但通過(guò)研究可以總結(jié)出腸道內(nèi)菌群多樣性的概況。 1.1 腸道菌群研究概況 胃腸道厚壁菌門和擬桿菌門占主導(dǎo)位置，但至少有10 個(gè)不同門的菌群發(fā)揮重要的功能。研究腸道菌群時(shí)也以細(xì)菌為中心，只有極少數(shù)的論文研究病毒成分( 或病毒) 和真核微生物( 原生動(dòng)物和真菌) 。以相對(duì)大樣本的個(gè)體( 樣本數(shù)量超過(guò)100) 進(jìn)行腸道菌群分析可以看出，厚壁菌門與擬桿菌門的比例并不是在所有個(gè)體中都一樣。然而，有研究表明，單一菌種( 屬于厚壁菌門的普拉梭菌) 的消失與炎癥性腸病( IBD) 相關(guān)。但關(guān)于此菌種在IBD 中的作用仍有爭(zhēng)議。腸道微生物菌群對(duì)宿主的正常功能和發(fā)育至關(guān)重要，但并不確定哪些是關(guān)鍵菌種以及微生物菌群的功能是否比群落中的單個(gè)成員更重要。一些情況下，同一菌種中菌株的差異可以用來(lái)區(qū)分病原菌和益生菌，如大腸桿菌與IBD相關(guān)，而結(jié)直腸癌( CRC) 78 大腸桿菌菌株可用來(lái)作為一種益生菌。 1.2 腸道菌群與宿主的共生關(guān)系 事實(shí)上，腸道菌群的大多數(shù)細(xì)菌基本屬于5 大菌門。一些個(gè)體的腸道中大約有160 種細(xì)菌，其中的極少數(shù)在不相關(guān)的個(gè)體之間共存。與此相反，在所有個(gè)體的胃腸道中都可以發(fā)現(xiàn)這些菌種的功能，功能比菌種更重要。腸道菌群的差異可能是重要的，因?yàn)檫@些差異可能導(dǎo)致其有效功能出現(xiàn)差別。例如，合成短鏈脂肪酸( SCFAs) 的能力在所有個(gè)體中被發(fā)現(xiàn)，但合成數(shù)量卻不同。 腸道微生物是宿主與微生物長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中相互選擇和適應(yīng)形成的。正常情況下腸道菌群與機(jī)體處于共生關(guān)系: 一方面，宿主為正常菌群的生長(zhǎng)和繁殖提供營(yíng)養(yǎng)和場(chǎng)所，并且不對(duì)它們產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)( 免疫耐受) ; 另一方面，菌群對(duì)宿主的健康和疾病至關(guān)重要，在宿主防御外源性感染、促進(jìn)免疫系統(tǒng)的成熟與平衡及營(yíng)養(yǎng)與代謝等方面發(fā)揮不可缺少的生理功能。 02 飲食調(diào)節(jié)腸道微生物菌群 2.1 腸道微生物的代謝活性 糖類發(fā)酵是腸道微生物的核心活動(dòng)，促使結(jié)腸能量和碳源的再利用。腸道菌群中占支配地位的細(xì)菌，包括SCFAs 的產(chǎn)生菌和專門發(fā)酵寡糖的菌種( 雙歧桿菌等) 協(xié)作，在初步降解復(fù)雜的植物多糖中起關(guān)鍵作用。釋放的SCFAs 和氣體通過(guò)其他更多的細(xì)菌( 還原性產(chǎn)酸菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等)用作碳源和能源。復(fù)雜難消化的膳食糖類有效轉(zhuǎn)化成SCFAs，供腸道共生微生物菌群和宿主使用，機(jī)體日常需要能量的10%來(lái)自結(jié)腸發(fā)酵。丁酸和丙酸可以調(diào)節(jié)腸道生理和免疫功能，而乙酸是脂肪合成和糖異生作用的底物。最近，這些代謝物的關(guān)鍵作用已在調(diào)節(jié)免疫功能中確定，它們可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、口服耐受性和炎癥的消退，并調(diào)節(jié)脂肪組織( 在肥胖中是主要的炎性器官) 的炎癥輸出。在結(jié)腸中，糖類的發(fā)酵大多發(fā)生在結(jié)腸近端。隨著食糜向后腸移動(dòng)，糖類耗盡，腸道菌群轉(zhuǎn)向其他底物，特別是蛋白質(zhì)或氨基酸。氨基酸發(fā)酵除分解有益的SCFAs 外，還產(chǎn)生一系列潛在的有害化合物。其中一些可能在腸道疾病( IBD 等) 中發(fā)揮作用。經(jīng)動(dòng)物模型和體外研究表明，化合物如氨、酚、甲酚、某些胺類和硫化氫，在腸漏的發(fā)生或發(fā)展、炎癥以及DNA 損傷中起重要作用。相反，膳食纖維或植物性食物的攝入可以控制這類情況，這突出了腸道微生物發(fā)酵糖類的重要性，發(fā)酵糖類是腸道菌群的一個(gè)核心活動(dòng)，為功能性保健品的合理設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。該功能性保健品可以改善腸道健康，并通過(guò)跨界通信軸，如腸－肝軸、腸－腦軸和腸－腦－皮膚軸，影響宿主生理相關(guān)的微生物菌群活動(dòng)。 2.2 腸道健康的3 個(gè)調(diào)節(jié)因子: 益生菌、益生元和多酚 在調(diào)節(jié)腸道菌群的組成、代謝或免疫學(xué)活性的策略中，益生菌、益生元和多酚被認(rèn)為是最佳途徑。 不同益生菌菌株作用于試驗(yàn)動(dòng)物可能會(huì)出現(xiàn)不同結(jié)果。部分原因可能為試驗(yàn)設(shè)計(jì)不佳和菌株選擇不當(dāng)。對(duì)益生菌的本質(zhì)缺乏理解也是導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因。益生特性具有菌株特異性，很少有益生菌菌株按特定作用機(jī)制篩選出來(lái)。有生物活性的一類產(chǎn)品是否適合于傳統(tǒng)的功效評(píng)估有待商榷。Jones等篩選膽鹽水解乳酸桿菌，研究其對(duì)降低高膽固醇血癥個(gè)體膽固醇水平的能力，隨機(jī)雙盲試驗(yàn)表明，攝入該菌株可顯著降低總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇。此外，他們提出一個(gè)潛在機(jī)制，即通過(guò)細(xì)胞核受體——法尼醇X 受體( FXR) 減少脂肪從小腸的吸收。 益生元作為一種特定的膳食纖維，當(dāng)其發(fā)酵時(shí)，腸道內(nèi)微生物組成發(fā)生顯著變化，通常認(rèn)為有益細(xì)菌的相對(duì)豐度會(huì)增加，如雙歧桿菌或某些丁酸產(chǎn)生菌。在動(dòng)物試驗(yàn)中，益生元通常為飲食的10%是有效的。隨著對(duì)腸道微生態(tài)了解的更深入，益生元作為一種主要的糖分解和微生物群落發(fā)酵底物已經(jīng)進(jìn)入腸道菌群的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過(guò)菌群與宿主消化系統(tǒng)的協(xié)同配合，可以從原本隨糞便排出的復(fù)雜植物多糖中獲取能量和碳源。 多酚是一類多種植物的次生代謝產(chǎn)物，常與水果和蔬菜的顏色、味道以及防御機(jī)制有關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái)，它們一直被認(rèn)為是最有可能存在于全植物食品中，影響動(dòng)物生理過(guò)程并預(yù)防慢性飲食疾病的一類化合物。腸道菌群在將膳食多酚轉(zhuǎn)化為可吸收的生物活性物質(zhì)方面起著至關(guān)重要的作用，預(yù)計(jì)作用于到達(dá)結(jié)腸的膳食多酚達(dá)95%。近年來(lái)的研究表明，多酚提取物，尤其是去醇化紅酒多酚提取物和可可來(lái)源的黃烷醇，可以通過(guò)增加雙歧桿菌和乳酸桿菌的相對(duì)豐度，調(diào)節(jié)腸道菌群向更保健的方向發(fā)展，包括調(diào)節(jié)腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，促進(jìn)腸道微生物菌群及宿主健康。 03 小結(jié) 腸道菌群在維持機(jī)體健康穩(wěn)態(tài)中起至關(guān)重要的作用，這種作用主要依賴于菌種的多樣性、菌群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和微生態(tài)的平衡性。隨著下一代測(cè)序技術(shù)高分辨率觀測(cè)研究和代謝物譜技術(shù)的使用，證明腸道菌群與促進(jìn)健康以及不同疾病的發(fā)生或維持有關(guān)。后基因組時(shí)代基于對(duì)微生物菌群如何與宿主生理相互作用更好地了解，最終通過(guò)對(duì)作用機(jī)制的理解，更有針對(duì)性且有效地治療疾病。在更完整的理解疾病的過(guò)程中，能夠更準(zhǔn)確地將不同的疾病狀態(tài)分層，并確定腸道菌群是否是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群預(yù)防和治療某種特定疾病。 注：本文由工程中心小編整理發(fā)布，如有任何建議或意見及投稿等，請(qǐng)您加小編微信（13260429991）交流互動(dòng)。 責(zé)編：馬維軍；審閱：于繼英 （來(lái)源：飼料研究；生物飼料工程研究中心；作者：王文娟，孫冬巖，孫笑非） 其他相關(guān)閱讀： 科學(xué)解析雞蛋的奧秘 膨化水產(chǎn)飼料相關(guān)的常用信息 柳毅：豬流感的防治分享 2017年十大關(guān)鍵詞回顧 環(huán)保和風(fēng)險(xiǎn)成為主旋律 益生菌發(fā)酵飼料對(duì)仔豬生長(zhǎng)和免疫功能影響的研究進(jìn)展 2017年1-12月技術(shù)文章精選匯總  |
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