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肠道菌群的形成及影响因素研究进展 [复制链接]

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仇艳光,王江雁,米裕,时兰春,孙芳

(白求恩医务士官学校生化教研室,河北石家庄050081)

摘要:肠道菌群对人体健康具有重要作用,而年龄、饮食、抗菌药物使用和心理压力等多种因素可以影响其形成和组成。本文就相关影响因素研究进展进行综述。

关键词:肠道菌群;组成;影响因素

中图分类号:R378
  
  
   文献标识码:A

Theresearchprogressofthefactorsinfluencegutmicrobiota

QIUYan-guang,WANGJiang-yan,MIYu,SHILan-chun,SUNFang

(Departmentofbiochenmistry,BethuneMedicalNCOSchool,ShijiazhuangHebei050081,China)

Abstract:Thehumangutmicrobiotahasamajorinfluenceonthehosthealth.Theestablish-mentandcompositionofgutmicrobiotaareaffectedbymultiplefactors,includingageing,di-et,antibiotics,infectionsandstress.Inthisreview,weexplorehowthesefactorschangethegutmicrobiota.

Keywords:Gutmicrobiota;Composition;Determinants

肠道是体内细菌定植的主要场所,这些数量巨大、复杂多样化细菌就形成了肠内微生态菌群,也称为肠道菌群。肠道微生物菌群常被认为是人体后天获得的一个重要器官,被称为人体的“第二个大脑”,可以保护宿主免受病原菌的侵袭,促进宿主的消化吸收、药物代谢和致癌物、影响脂肪的吸收和分布、调节能量代谢、调节先天免疫和获得性免疫系统等[1,2]。研究表明肠道菌群组成、结构和比例,与人体健康状况有着密切关系。一旦肠道菌群的这种微生态平衡被破坏,会导致肠道菌群失调,也会造成各种胃肠道及全身性疾病。最近的研究表明宿主肠道菌群的组成和结构的改变和一些复杂的疾病如行为失调、代谢性疾病等有关。比如自闭症、肝性脑病、过敏症、肥胖症、糖尿病和动脉粥样硬化及各种神经疾病等[3]。而多种因素对肠道菌群的组成具有重要的影响,本文对此方面的研究进展进行综述。

1肠道菌群的组成及形成

肠道微生物是一个庞大复杂的群体,种类达500-1000种,细菌总数达100万亿,是人体自身细胞总数的10倍。肠道菌群主要是由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成,其中厌氧菌占99%以上。在人体肠道这个数目庞大的微生物群落中,人们发现有9个门的细菌,包括厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria.)、放线菌门(Actinobac-teria)、梭杆菌门(Fusobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、蓝细菌(Cyanobacteria)、螺旋体门(Spirochaeates)和VadinBE97。多数菌群被认为是专性厌氧菌,其中硬壁菌门(主要为梭菌属;占所有细菌的50-70%),拟杆菌门(10-30%)、变形菌门(≤10%),和放线菌门(≤5%)[4]。其中最主要的是拟杆菌门和厚壁菌门,占据着超过98%的绝对优势。个体肠道菌群的组成在门水平是相当稳定和保守的,然而,但在种水平上具有很大的差异。

胎儿在母体子宫中是处于无菌的环境,婴儿的肠道从出生起就以一种复杂的方式开始定植细菌,这种方式一部分依赖于宿主的基因型,另一部分依赖于婴儿生活环境中的细菌。自然分娩的婴儿一出生就定植了来自母亲阴道和粪便的细菌,而剖腹产的婴儿,一出生可能更多的定植了来自环境的细菌如空气和医护人员的细菌[5]。对于自然出生的婴儿,最初的肠道菌群建立需要一个月的时间,而剖腹产的婴儿至少需要6个月。出生后第一年婴儿体内细菌数量相当不稳定,但仍来源于母体内和直接环境中的细菌。其后多数婴儿每克粪便细菌可达到109-1010[5,6]。当婴儿开始吃固体食物的时候,他们就朝着成人肠道菌群的方向发展,到2岁左右,粪便菌群和成人菌群相似。

2人体肠道菌群的影响因素

正常情况下,肠道菌群、宿主与外部环境建立起一个动态的平衡,而肠道菌群的种类和数量是相对稳定的,但它们易受年龄、饮食、抗菌药物和心理压力等多种因素的影响而变动,引起肠道菌群失调,从而引起疾病[7]。

2.1年龄对肠道菌群的影响

肠道菌群在人的生命过程中是不断发生变化的。细菌的定植具有宿主特异性,一些婴儿体内拟杆菌属细菌占优势,而其他的婴儿则基本没有这些细菌。其他的如普雷沃杆菌属、不动杆菌属、脱硫弧菌属、韦荣球菌属在婴儿生命的第一年会短暂出现。乳酸杆菌属在出生后6个月达到顶峰,而鼠李糖乳杆菌和加氏乳杆菌是最常见种[8]。

Enck等[9]报道个体的细菌总数和细菌种数在生命的第一年是最多的。对于婴儿来讲,在出生的第一个五月内细菌总数不断上升,9-10个月达到最多,断奶后细菌数量开始下降。2岁以内细菌数量逐渐下降,在以后的童年期保持稳定。拟杆菌属的一些种和乳酸杆菌随着年龄增长而增加,而肠球菌和大肠杆菌下降,双歧杆菌保持稳定。和儿童相比,健康成年人肠道菌群内具有更多的梭状芽孢杆菌,而拟杆菌门和变形菌门的细菌较少[10]。老年人的肠道菌群组成和老龄化相关的因素所改变,如运动、营养及肠道功能下降等。小肠运动模式的改变及运动性下降影响肠能动性,并且影响消化,从而引起便秘,肠道菌群因此也发生变化。和健康成年人相比,老年人乳杆菌数量比较低。此外,唾液、胃液和胰腺液分泌减少,导致外部的外部细菌随着饮食更多的进入肠道。老年后,肠道中双歧杆菌数量下降,拟杆菌属上升[11,12]。同时,成人肠道双歧杆菌属包括4-5种不同种细菌,而到老年降低到1-2种。青春双歧杆菌或角双歧杆菌和长双歧杆菌是老人肠道的优势种。随着年龄增加,拟杆菌属的种类多样性下降[13]。老人体内的梭菌属细菌高于年轻样本,相反,梭菌属亚群XIVa老人和年轻人相比下降[14]。

2.2饮食对肠道菌群的影响

饮食是影响肠道菌群组成的关键因子之一,在肠道菌群的定植、成熟及肠微生态系统稳定的保持中都起到非常关键的作用。其它的因素如感染、疾病、抗生素可以短暂的改变肠道菌群的自然组成,因此对宿主的健康产生有害作用[15]。在饮食对新生儿肠道菌群影响的研究中发现,和配方奶粉喂养的婴儿相比母乳喂养的婴儿肠道中含有较高比例的双歧杆菌和乳酸杆菌[16]。而吃配方奶粉的婴儿肠道内细菌种类更多,有更多的肠杆菌、肠球菌、双歧杆菌、拟杆菌和梭状芽孢杆菌[17]。婴儿食入固体食物后,饮食对其肠道菌群产生很大的改变,母乳喂养婴儿体内的肠道菌群逐渐与配方奶粉喂养的婴儿相似[18]。Zhang等[19]报道,高脂饮食的小鼠肠道双歧杆菌的数量减少。Turnbaugh等[20]发现受试者从低糖、低脂的饮食转换成高糖、高脂的饮食时,其肠道中拟杆菌门的细菌数量迅速下降。Wu等[21]研究饮食对健康人肠道菌群的影响时发现,长期食用高动物蛋白高脂肪和低碳水化合物的志愿者,肠道内拟杆菌属细菌较高,普雷沃菌属细菌水平较低,而低动物蛋白低脂肪高碳水化合物饮食的受试者肠道内细菌正好与之相反。

益生元是指不被消化的食品成分,当补充足够量时,可以选择性的刺激或激活一种或几种肠道菌落中细菌的生长与活性并对宿主健康产生有益的作用。益生元主要包括各种寡聚糖类物质,益生元可以促进双歧杆菌的生长,尤其是菊糖和低聚果糖可以增加粪便中双歧杆菌的数量,使肠道菌群组成改变[22]。双歧杆菌增进因子本身对健康没有益处,但是可以促进双歧杆菌的生长,而双歧杆菌时肠道健康的指示器。可以抑制致病菌的生长,减少条件致病菌提高对致病菌和条件致病菌的抗性。联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)联合将益生菌定义为“服用一定数量后,能够对宿主健康产生有益作用的活的微生物”。常见的益生菌有乳杆菌属、双歧杆菌属(如长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等)和革兰氏阳性球菌属(如粪链球菌、乳球菌、嗜热链球菌等)。每天食用109-1010CFU的益生菌能够影响肠道菌群的组成和活性。还有一些益生菌株可以降低幽门螺杆菌的活性。Engelbrektson等[23]报道健康志愿者服用抗生素后补充益生菌,和对照相比益生菌可以使其更快的恢复肠道内菌群。

2.3抗菌药物对肠道菌群的影响

抗菌药物对肠道菌群具有重要的影响。抗菌药物的广泛使用,尤其是那些不能被胃肠道吸收的抗菌药物能严重的影响肠道菌群,使之失调。这种失调会导致正常肠道菌群中具有抗生素抗性菌株的增加,而这些抗性菌株会导致腹泻及其它器官的感染。人和动物的研究显示即使使用一次抗菌药物,就会减少双歧杆菌和乳酸杆菌之类的有益菌,并增加潜在的致病菌,如艰难梭菌和白色念珠菌。Murphy等[24]用万古霉素喂食小鼠,结果发现厚壁菌门和拟杆菌门数量明显下降,而变形菌门数量明显增加。Tiihonen等[25]报道,非甾类消炎药的使用,影响老年样本中肠道菌群的组成,而且该消炎药的使用可以降低异丁酸、异戊酸和L-乳酸的含量。Dethlefsen等[26]报道,广谱药物环丙沙星治疗后4周,大多数胃肠道细菌能恢复到治疗前状态,但是有几种细菌在6个月之后也不能恢复。O’Sullivan等[27]研究表明,抗菌药物治疗之后粪便菌群有9个菌属细菌数量下降,尤其是双歧杆菌数量明显下降。Jernberg等[28]报道,使用氯洁霉素治疗拟杆菌感染后的2年,几种肠道细菌仍然没有恢复。

2.4心理压力和应激对肠道菌群的影响

精神上的压力和生理应激会引起胃肠道生理上一系列的改变,如胃肠道活动的改变、十二指肠碳酸氢盐释放的改变、激素的改变及粘膜免疫功能的降低。这些变化会导致粪便中乳酸杆菌属细菌的减少和拟杆菌属细菌的增加[29]。Lutgendorff等[30]研究表明,心理压力能减少肠道里乳酸杆菌的数量,却能增加一些大肠埃希菌和铜绿假单胞菌等病原菌的数量。Bailey等[31]发现恒河猴母子分离3天后,其粪便中的乳酸杆菌下降,7天后才恢复其最初水平。生命早期的压力可能对肠道微生物菌群结构具有长期的影响,O’mahoney等[32]报道,把出生后第二天到第十二天的实验组乳鼠每天和母鼠分开3h,结果显示和对照组相比,实验组乳鼠的粪便细菌菌群改变。另外,成年期所遭受的慢性应激也能改变肠道菌群的结构,Bailey等[33]报道遭受慢性物理应激的实验成年鼠粪便细菌菌群显著不同于对照组。

3结语

综上所述,肠道菌群可受多种因素影响。肠道菌群失衡对人体健康有很大影响,与许多疾病相关。研究肠道菌群的作用及影响因素可以为许多疾病的预防和治疗提供参考。如改变饮食习惯,有可能改变肠道菌群的组成。在此基础上,通过调整饮食、或在饮食中添加益生菌和益生元来影响并形成更健康的肠道菌群,促进宿主健康并可以防治某些疾病。

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本文转载于河南省科学院学报年第31卷第一期仇艳光等:肠道菌群的形成及影响因素研究进展

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