肠道微生物与人类

1肠道微生物与人类健康很多人认为，显微镜下才能看到的微生物和人们的生活关系不大，即便有关也不是我们需要了解的。但事实上，微生物和人类健康有着密不可分的关系。在我们身体的表面和内部，尤其是在肠道里，不为人知地“居住”着许多微生物。在人体内，渺小的微生物最有“发言权”。我们体内有2公斤重的细菌，但是其中只有大约20%可以被培养和研究。绝大多数的“人体房客”至今还不为人所知，它们对人体的健康也还不被理解。1、基本概念及综述1.1肠道微生物的定义：是一类生长在动物肠道中的微生物，它们构成了一个独特、多变的生态系统。这是在已发现的生态系统中细胞密度最高的系统之一。该系统中积聚着大量的微生物，同时细菌与宿主细胞之间紧密地接触在一起。人类肠道微生物：即生长在人体内的肠道微生物。1.2肠道微生物的类别：分为两种，第一种称为正常菌群，第二种称为过路菌群，又称为外籍菌群。正常菌群：数量是巨大的，约为1014左右，在长期的进化过程中，通过个体的适应和自然选择，正常菌群中不同种类之间，正常菌群与宿主之间，正常菌群、宿主与环境之间，始终处于动态平衡状态中，形成一个互相依存，相互制约的系统，因此，人体在正常情况下，正常菌群对宿主表现不致病。过路菌群：是由非致病性或潜在致病性细菌所组成，来自周围环境或宿主其它生境，在宿主身体存留数小时，数天或数周，如果正常菌群发生紊乱，过路菌群可在短时间内大量繁殖，引起疾病。1.3肠道微生物的分布：在人类胃肠道内的细菌可构成一个巨大而复杂的生态系统，一个人结肠内就有400个以上的菌种。从口腔进入胃的细菌绝大多数被胃酸杀灭，剩下的主要是革兰氏阳性需氧菌。小肠微生物的构成介于胃和结肠的微生物结构之间。近端小肠的菌丛与胃内相近，但常能分离出大肠杆菌和厌氧菌。远段回肠，厌氧菌的数量开始超过需氧菌，其中大肠杆菌恒定存在，厌氧菌如类杆菌属、双歧杆菌属、梭状芽孢杆菌属，都有相当数量。在回盲瓣的远侧，细菌浓度急剧上升，结肠细菌浓度高达1011～1012CFU/mL（CFU即colonyformingunit，菌落形成单位），细菌总量几乎占粪便干重的1/3。其中厌氧菌达需氧菌的103～2104倍。主要菌种为粪杆菌属、双岐杆菌属和真杆菌属。2、肠道微生物的生理功能2.1正常肠道微生物的生理功能：正常菌群有许多重要的生理功能。1、菌群之间生物的拮抗作用。正常菌群在人体某一特定位粘附、定植和繁殖，形成一层菌膜屏障。通过拮抗作用，抑制并排斥过路菌群的入侵和群集，调整人体与微生物之间的平衡状态。2、免疫作用。正常菌群能刺激宿主产生免疫及清除功能。3、排毒作用。如双岐杆菌能使肠道过多的革兰氏阴性杆菌下降到正常水平，减少内毒素的吸收。4、抗肿瘤作用。能降解、清除体内的致癌因子，激活体内的抗肿瘤细胞因子等。5、抗衰老作用。人体肠道的正常微生物，如双岐杆菌、乳酸杆菌等能合成多种人体生长发育必须的维生素，如B族维生素（维生素B1、B2、B6、B12），维生素K，烟酸、泛酸等，还能利用蛋白质残渣合成非必需氨基酸，如天门冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等，并参与糖类和蛋白质的代谢，同时还能促进铁、镁、锌等矿物元素的吸收。这些营养物质对人类的健康有着重要作用，一旦缺少会引起多种疾病。生态平衡时，正常肠道微生物可以保持宿主的正常生理功能，如营养、免疫、消化等。2.2过路菌群的危害：过路菌群会在人体内停留，与正常菌群争夺营养和空间，如果过路菌群在正常菌群弱势的情况下进入人体，就会引起疾病，最常见的是腹泻、血样便、胃肠穿孔等。2.3破坏正常肠道微生物的原因：正常肠道微生物与人体形成平衡的生态关系，不会轻易被打破，但是生态失调可因慢性病、癌症、手术、辐射感染、抗生素不合理应用等引起。3、肠道微生物的研究进展3.1肠道微生物控制体重：21世纪肥胖日益成为严重的公共卫生问题，作为一种疾病，在肥胖的预防和控制方面，对其成因的研究显得十分重要。最近研究表明，肠道微生物可能是肥胖的一大诱因，其对于肥胖的贡献通过与人体的共生和共进化来体现。肠道微生物能降解代谢许多人体不能消化的多糖，提供给宿主额3外的能量，而宿主为微生物提供食物来源以及厌氧环境，二者形成合作互利的共生关系。微生物的种类和相互比例与肥胖密切相关，优势菌群硬壁菌门和拟杆菌门在其中起主要作用，并且在肥胖和非肥胖者中存在数量差异，这一差异能够复制并转移的。同时，肠道微生物在和人类长期的共生关系中形成较为稳定的群落组成方式，并且以亚种的多样性和基因的弹性表达来应对宿主和群落水平上的选择压力。肠道微生物通过影响宿主能量的平衡来诱发肥胖。3.2肠道微生物与人体健康关系：新芬兰一个研究项目中，一种专用于细菌菌群的快速流式细胞术(flowcytometry，FCM)方法被用于分析肠道样本中的细菌组成。此方法具有具有快速、可靠的特点，并有很高的数值解析率的特点，同时获得有关肠道菌群的比较全面的数据。该项研究的目的是研究动物肠道微生物菌群的特性，并探索不同的食物和添加剂对肠道微生物区和动物机体消化率的影响。他们将获得的知识和信息用于揭示微生物区的菌群组成与肠道健康状况和动物生长情况之间的关系。微生物平衡（MicrobialBalanceIndex，MBI)指作为一个该微生物菌群强化理论可行性验证的指标。3.3微生物与宿主的共同进化：研究人员对范围广泛的哺乳动物的粪便进行了取样，通过对每一样本中所分离出的微生物的某些基因序列的分析，研究人员对存在于每种动物肠道中的属于不同门类的细菌和其它微生物进行了梳理分析。在同一种系的哺乳动物中，其肠道微生物群落相互之间没有多大的差别，这与它们是生活在野外或是在动物园中没有关系，就人类而言，其肠道微生物群落与那个人是吃肉或是素食者也没有关系。但是，不同种系动物的肠道微生物群落确实存在差别。一般来说，那些食肉动物的肠道微生物的差异最小，而食草动物之间的肠道微生物的差异则最大。研究人员报告说，人类肠道微菌群中存在的多样性在杂食性灵长类中是相当典型的。这些结果表明，肠道微菌群的进化是哺乳类动物在适应以植物为基础食物的成功进化过程中的一个重要部分。3.4肠道内新微生物的发现：人体的湿润部位至少活跃着2000种细菌。应用最新科技手段，研究者已经有了惊人的发现。长期以来，胃被看作一片“不毛之地”，因为胃的黑暗角落里存在着盐酸液体。除了幽门螺杆菌能忍耐这里的环境，从微生物学的角度来看，人们一直把这里视为禁区。然而当研究者用新型探针窥视23名来自纽约的健康测试者的胃部时，发现了一个全新的世界：128种不同细菌4活跃在胃壁的粘液里；其中的百分之十是科学界此前完全陌生的。尤其令科学家惊讶的是，发现了耐辐射球菌科的成员：这种细菌以顽强的生命力著称，到目前为止只在滚烫的温泉和核材料仓库里发现过。在所有发现的微生物中，有62%属首次露面。