肠道微生物

读书报告肠道微生物对宿主免疫系统的调节及其可能机制参考文献：《动物营养学报》制作人：杨国峰主讲人：余洋动物肠道内微生物区系组成丰富且多样，除细菌外，还包括古细菌、病毒、真菌和原虫。双歧杆菌乳酸杆菌胃肠道是机体与外界接触最为广泛的器官之一。它不仅是消化吸收营养物质的场所，而且是机体阻止肠道细菌移位的一道重要防线。肠道是一个开放的生态系统，其中栖居着大量的微生物。历经长期进化，这些微生物与宿主之间建立了稳定的共生关系，直接影响着宿主的健康。正常生理状态下，肠道微生物可以促进宿主免疫系统的发育，并可通过脂多糖、脂蛋白以及代谢产物等特定组分调控宿主的免疫反应，形成一道肠道生物屏障。肠道细菌90.0%--99.9%是厌氧菌，它们有的是有益菌，有的是有害菌，也有的是中性菌，构成了肠道的正常菌群。肠道细菌种群多达500种，但这些种仅归属于少数几个门。其中人类和小鼠肠道中以厚壁菌门和拟杆菌门为主，由于消化道不同部位蠕动速度和微环境明显不同，所以其中定植的细菌数量与组成存在着显著差异。从消化道的近端到远端细菌的数量和多样性逐渐递增。一.肠道微生物组成产生影响因素1.基因型是决定肠道微生物区系组成的首要因素。研究发现小鼠后代与母亲的肠道微生物区系组成密切相关。与非亲缘关系的个体相比，来自同一个家族的个体（双胞胎之间和双胞胎与母亲之间）具有更相似的细菌结构和功能。2.饲粮和生活环境饲喂低脂高糖和高脂高糖饲粮对成年小鼠盲肠内容物中微生物的影响时发现，2种饲粮下其盲肠内容物中细菌多样性不同，饲喂低脂高糖饲粮小鼠的盲肠菌群组成以厚壁菌为主，而饲喂高脂高糖饲粮小鼠的盲肠菌群组成以柔膜菌门为主。这一研究结果与人类膳食中随碳水化合物含量的减少，肠道细菌中罗氏菌属所占比例减少的研究结果一致。L利用荧光定量PCR技术对饲喂不同饲粮的肉鸡肠道微生物进行了分析，发现从7~42日龄，饲喂玉米饲粮的肉鸡回肠黏膜中肠球菌数量逐渐减少，而饲喂高粱饲粮的肉鸡却没有发生任何变化。此外，断奶应激会改变仔猪肠道的菌群结构。因此，在动物个体发育的过程中，基因型、饲粮和环境等因素相互作用使得肠道菌群具有多样性和宿主特异性。二、肠道微生物促进宿主免疫系统的发育2.1刺激杯状细胞分泌黏蛋白，保障黏液层完整粘液层：肠道黏液层由杯状细胞分泌的黏蛋白组成，覆盖于上皮细胞之上。黏液层不仅具有润滑剂功效，有利于肠道蠕动，而且其网状结构可有效阻止细菌穿过肠黏膜上皮，经淋巴管到达肠系膜淋巴结，再进入其他脏器和血液循环，为宿主提供保护屏障。黏液层的存在可有效防止细菌移位，而肠道微生物的存在则可激发杯状细胞分泌黏蛋白，保障黏液层结构的完整，从而发挥屏障作用。很多无菌动物的肠黏膜均会变薄，例如在无菌鸡中，肠道黏蛋白的产生和分泌下降导致小肠黏膜发育不成熟；无菌小鼠的结肠杯状细胞减少，黏液层变薄，而受细菌LPS或肽聚糖刺激后，杯状细胞分泌黏蛋白，使黏液层恢复到普通小鼠厚度。2.2诱导淋巴组织发育集合淋巴小结（PP),孤立淋巴滤泡(ILF)和肠系膜淋巴结(肠系膜淋巴结)共同组成肠道黏膜相关淋巴组织(MLN)。集合淋巴小结和肠系膜淋巴结的发育起始于出生前，由形成于胎儿肝脏的淋巴组织诱导细胞诱导。而出生后两者的发育则要依赖于肠道微生物的定植。肠道菌群是一种重要的抗原，可刺激肠道粘膜相关淋巴组织的发育成熟，而肠道粘膜相关淋巴组织产生的免疫反应又受控于肠道菌群组成及其代谢活性。细菌刺激肠道粘膜相关淋巴组织发育主要是通过树突状细胞识别细菌及其代谢产物而实现。树突状细胞对细菌的识别主要有3条途径：1.通过集合淋巴小结肠腔面的M细胞吞饮，传递给集合淋巴小结内的树突状细胞；2.弥散分布于整个肠道上皮黏膜固有层的树突状细胞从肠腔上皮细胞间伸出突触与细菌接触；3.细菌代谢产物直接经细胞旁途径进入肠黏膜固有层，进而与树突状细胞反应。这一识别过程中，树突状细胞表面的Toll样受体是微生物成分引发树突状细胞活化的桥梁。1.TLR4可以识别革兰氏阴性菌LPS;TLR2的配体较TLR4的广泛，包括脂蛋白、脂多肽、脂壁酸、阿拉伯甘聚糖及酵母多糖等；2.TLR3特异识别病毒复制的中间产物双链RNA；TLR9识别细菌的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤二核苷酸。TLR识别细菌及其代谢产物后,进一步激活髓样分化蛋白MTD88接头蛋白样蛋白和含白细胞介素-1受体结构域能诱导B型干扰素的接头分子相关接头分子信号通路，使树突状细胞活化。活化后的树突状细胞诱导集合淋巴小结生发中心的T细胞增殖,促使B细胞分泌免疫球蛋白IgA;通过传入淋巴血管迁移至肠系膜淋巴结,诱导效应细胞T增殖,使肠系膜淋巴结发育成熟;刺激B细胞和募集T细胞,导致隐窝小结发育成为成熟的孤立淋巴滤泡。Hamada等报道无菌小鼠中的孤立淋巴滤泡发育不完全,而革兰氏阴性菌的PGN可以诱导无菌小鼠孤立淋巴滤泡的形成。与此相似，淋巴组织如以及分泌IgA的浆细胞在无菌仔猪中的发育也不成熟，但ASF定植无菌仔猪肠道后，导致大部分ASF菌株形成，从中筛选出Bristol微生物，它们可以提高血清IgA和IgM水平,为进一步研究微生物定植对宿主肠道黏膜和免疫系统的发育提供了一种生物模型TLR信号通路三.肠道微生物调节机体免疫系统的可能机制T细胞是维持肠道免疫稳态的重要执行者。树突状细胞通过TLR识别肠道细菌的过程中，不同类型的细菌被不同家族的TLR识别,激活髓样分化蛋白和TRAM-TRIF信号通路，产生不同的细胞因子，进而调节T细胞向不同亚群分化，实现细菌耐受与免疫的平衡。T细胞对肠黏膜免疫屏障的调节主要表现在辅助性T细胞和调节性T细胞的调节。Th细胞前体细胞在白细胞介素-12作用下定向分化为Th1细胞;白细胞介素-4作用下定向分化为Th2细胞;白细胞介素-6、白细胞介素-23和B型转化生长因子作用下定向分化为Th17细胞。Th1和Th2细胞合成淋巴因子的种类不同,两者分别介导迟发型和速发型超敏反应。白细胞介素-17是Th17细胞的主要效应因子，能有效介导机体的炎症反应和自身免疫性疾病，如实验性自身免疫性脑炎、哮喘、类风湿性关节炎等。研究发现，Th1和Th2细胞分别产生的γ型干扰素和IL-4可共同下调细胞反应和可共同下调Th17细胞反应.。白细胞介素-27是一种新的IL-12家族细胞因子，可以通过下调IL-6和TGF-β的表达对Th17细胞的分化起到抑制作用,但Th1细胞释放的TFN可增强Th17细胞的发育.Th细胞前体细胞在TFG-B单独诱导下分化为Treg细胞,分泌TGF-β并表达转录因子叉头/翼状螺旋转录因子3,抑制Th17和Th1细胞的促炎反应。分节丝状菌已被证实是Th17细胞强有力的诱导者.。SFB定植可以上调SAA的表达,刺激CDLLc树突状细胞产生IL-6和IL-23,促进Th17细胞分化，而有害菌鼠伤寒沙门氏菌能诱导T细胞分化为产生IFN-Y的Th1细胞。脆弱型拟杆菌产生的多糖A能刺激Treg细胞分化，分泌白细胞介素-10，对抗Th17和Th1细胞反应小结虽然肠道微生物在宿主免疫系统的成熟过程中扮演着重要角色，并且可通过LPS、脂蛋白以及代谢产物等特定组分调节宿主的免疫反应，影响肠道内环境的稳定，但肠道微生物调控宿主免疫反应的确切机制仍有待进一步研究。其次，肠道内病毒、噬菌体等与宿主免疫系统之间的相互作用也越来越成为研究的热点，也值得深入探究。正常情况下，动物体内的肠道微生物区系结构相对恒定，而当外环境发生变化时，肠道微生物区系的组成也会随之改变。肠道菌群一旦失调，就会引发宿主免疫系统的功能紊乱，导致炎症性肠道疾病的发生，如急性结肠炎、克罗恩病等。因此，研究肠道微生物的免疫调控机制为治疗免疫相关疾病提供了新的思路，对维护动物健康具有重要的意义。