营养与肠道菌群的关系

综述肠道菌群的营养代谢及其代谢产物

● 肠道菌群的营养代谢及其代谢产物

供稿人：武志峰 整理编辑：谢许茵

● 前言

肠道菌群是一个由微生物组成的复杂生态系统，它们维持着胃肠道的稳态并通过产生生物活性代谢物来发挥作用。肠道微生物群的代谢能力大大超过了人体细胞的代谢能力(Cani et al, 2019)，这些生物活性代谢物可以直接或间接地影响宿主的生理机能。越来越多的研究表明，肠道菌群对宿主机体生理学的大部分作用都与微生物代谢物有关(Li et al, 2014)，微生物产生的代谢物是基于饮食影响宿主生理过程的关键介质 (Koh et al, 2016)（图1）。

结肠是微生物发酵的主要场所，因为其相对较高pH值以及较低的细胞更新和氧化还原电位为细菌的增殖提供了有利条件(Oliphant &

Emma, 2019)。此外，微生物在机体其他部位也发挥重要作用，例如小肠微生物调节宿主进行的营养吸收和代谢(Martinez et al, 2018)。但是，肠道微生物进行的特定发酵途径可能导致形成有毒化合物，这些化合物可能会破坏宿主上皮并引起炎症。 图1 肠道菌群产生的小分子代谢物调节宿主体内的多种生理过程

(Nicolas & Chang, 2019)

1.肠道菌群对营养物质的代谢

在日常饮食中，碳水化合物、蛋白质和脂肪是机体消耗的三种宏量营养素，但它们在体内不是被完全消化。一旦营养素的摄入量超过消化率，就可以逃逸初级消化，机体不能完全消化的饮食中的营养素会作为微生物代谢的底物，产生发酵副产品影响宿主健康。

1.1.丙酮酸代谢

机体的丙酮酸主要来自碳水化合物，是糖酵解途径的终产物，在糖、氨基酸和脂肪的代谢联系中起着重要作用。如图2，宿主肠道微生物可以发酵丙酮酸产生琥珀酸、乳酸和乙酰辅酶A，这些中间产物可以进一步代谢为短链脂肪酸(Short chain fatty acids, SCFAs)

(Oliphant & Emma, 2019)。

・２９８・　传染病信息２０１６年１０月３０日第２９卷第５期ＩｎｆｅｃｔＤｉｓＩｎｆｏ，Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．５，Ｏｃｔｏｂｅｒ　３０，２０ｔ６　

・专题综述・　

肠道菌群与疾病关系的研究进展　

钱美睿，吴开春　

【摘要】多种疾病与肠道菌群失衡有关。肠道微生物参与宿主新陈代谢和免疫系统的调节，并与环境因子相互作用决　定机体的健康和疾病状态。本文就肠道菌群与代谢综合征、炎症性肠病和结直肠癌等疾病关系的研究进展作一综述，进一步　揭示了肠道微生物在人类健康中起到的重要作用，并通过介绍益生菌和粪菌移植等方法，为探索治疗诸多疾病提供新的方向。　【关键词］肠道菌群；代谢综合症；炎症性肠病；结直肠癌；粪菌移植　【中国图书资料分类号】Ｒ３７　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７—８１３４（２０１６）０５—０２９８—０５　ＤＯ１：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００７—８１３４．２０１６．０５．０１　１　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ　ｆｌｏｒａ　ａｎｄ　ｄｊ　

ＱＩＡＮ　Ｍｅｉ—ｒｕｉ，ＷＵ　Ｋａｉ－ｃｈｕｎ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃａｎｃｅｒ　Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｘｉｊｉｎｇ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　Ｄｉｇｅｓｔｉｖｅ　Ｄｉｓｅａｓｅｓ，Ｔｈｅ　Ｆｏｕｒｔｈ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　７１００４３．Ｃｈｉｎａ　＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｋａｉｃｗｕ＠ｆｍｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｍａｎｙ　ｄｉｓｅａｓｅｓ　ａｒｅ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ　ｆｌｏｒａ　ｉｍｂａｌａｎｃｅ．Ａ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｇｕｔ　ｍｉｃｒｏｂｅｓ　ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｍｕｎｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｏｓｔ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｄｙ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｈｅａｌｔｈ　ａｎｄ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｂｙ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ．　Ｔｈｉｓ　ｒｅｖｉｅｗ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ　ｆｌｏｒａ　ａｎｄ　ｄｉｓｅａｓｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　ｓｙｎｄｒｏｍｅ，　ｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙ　ｂｏｗｅｌ　ｄｉｓｅａｓｅ　ａｎｄ　ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ　ｃａｎｃｅｒ　ｔｏ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｙ　ｉｔｓ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｈｕｍａｎ　ｈｅａｌｔｈ。ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｒｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｄｉｓｅａｓｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｆｅｃａｌ　ｍｉｃｒｏｂｉｏｔａ　ｔｒａｎｓＤｌａｎｔａｔｉｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ　ｆｌｏｒａ；ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　ｓｙｎｄｒｏｍｅ；ｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙ　ｂｏｗｅｌ　ｄｉｓｅａｓｅ；ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ　ｃａｎｃｅｒ；ｆｅｃａｌ　ｍｉｃｒｏｂｉｏｔａ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　

基金项目：国家自然科学基金（３０７３０００５）通信作者：赵立平Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．ＺＨＡＯＬｉ‐Ｐｉｎｇ，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｐｚｈａｏ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ·特约专稿·

肠道菌群与肥胖症的关系研究进展

赵立平，费娜上海交通大学生命科学技术学院，上海２００２４０

摘　要：越来越多的证据表明肠道菌群与肥胖、胰岛素抵抗等代谢性疾病的发生密切相关，具体分子机制也正被逐步揭示出来。肠道菌群不仅可调节能量代谢，促进脂肪过度积累，还是宿主全身性低度慢性炎症和胰岛素抵抗等代谢紊乱的诱发因素之一。肠道菌群有可能成为预防和治疗肥胖症的新靶点。

关键词：肠道菌群；肥胖；代谢性疾病；慢性炎症；内毒素产生菌

Ｒｅｓｅａｒｃｈａｄｖａｎｃｅｉｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｕｔｍｉｃｒｏｂｉｏｔａａｎｄｏｂｅｓｉｔｙ

ＺＨＡＯＬｉ‐Ｐｉｎｇ，ＦＥＩＮａＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｅｖｉｄｅｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｇｕｔｍｉｃｒｏｂｉｏｔａｉｓｃｌｏｓｅｌｙｌｉｎｋｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｂｅｓｉｔｙ，ｉｎｓｕｌｉｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｍｅｔａｂｏｌｉｃｄｉｓｅａｓｅｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｉｎｇｅｌｕｃｉ‐ｄａｔｅｄ．Ｔｈｅｇｕｔｍｉｃｒｏｂｉｏｔａｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｇｕｌａｔｅｅｎｅｒｇｙｍｅｔａｂｏｌｉｓｍａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅｆａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏａｃｔａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｐｒｅｄｉｓｐｏｓｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｄｒｉｖｉｎｇｔｈｅｈｏｓｔｓｙｓｔｅｍｉｃ，ｌｏｗ‐ｇｒａｄｅｃｈｒｏｎｉｃｉｎｆｌａｍｍａｔｉｏｎａｎｄｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｉｎｓｕｌｉｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｍｅｔａｂｏｌｉｃｄｉｓｏｒｄｅｒｓ．Ｔｈｅｇｕｔｍｉｃｒｏｂｉｏｔａｍａｙｂｅｃｏｍｅａｎｅｗｔａｒ‐ｇｅｔｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｂｅｓｉｔｙ．

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APICULTURE OF CHINA蜜蜂肠道菌群与长寿的关系董志祥 李还原 陈奕霏 郭军 张棋麟│文昆明理工大学生命科学与技术学院，昆明　６５０５００蜜蜂个体在蜂群中通常以三型蜂的形式存在，其中蜂王寿命最长（3～5年），工蜂次之（35～180 天），雄蜂寿命最短。但蜜蜂的寿命与肠道菌群是否有关联，目前研究尚少，在熊蜂的研究中发现，抗生素处理后的熊蜂死亡率增加，寿命缩短，这也间接证实肠道菌群的缺失会引起熊蜂寿命的改变。最新研究表明，肠道内定植着长寿菌群，不仅行使着消化吸收的功能，而且与宿主的长寿息息相关。本文结合国外最新研究进展谈谈蜜蜂肠道菌群与长寿的关系。一、蜜蜂肠道菌群对蜜蜂的重要性肠道菌群在动物健康中扮演了一个重要的角色。与其他昆虫不同的是，蜜蜂具有高度保守和专门的核心肠道微生物群，它们由9种细菌组成，主要是通过社会接触获得，其中5种核心菌群在蜜蜂中是普遍存在的，在熊蜂中也是存在的。最近的研究表明，肠道菌群在新陈代谢、免疫功能、生长发育以及对病原体的防治中都扮演了重要的角色。肠道菌群的破坏也被证明对蜜蜂的健康有害。各种环境的破坏使得肠道微生物群结构失调，改变免疫应答，产生氧化损伤和宿主炎症。生活在恶劣环境中的工蜂有发育缺陷和过早死亡，这表明通过维持微生物群落对氧化应激的抑制和对肠道健康和宿主寿命至关重要。总的来说，蜜蜂的肠道菌群在蜜蜂的健康和疾病中都扮演了重要的角色。二、蜂王肠道菌群的特殊性随着高通量测序技术的快速发展，蜜蜂肠道菌群的研究取得了很大的突破。但是，大部分的研究都是以工蜂为主，而作为蜂群中核心的蜂王，对其肠道菌群的研究却很少。蜂王和工蜂都是由同样的受精卵发育而来，但在蜂房中占据着不同的社会地位。工蜂行使着筑巢、哺育、采集、防护等任务。蜂王主要是行使产卵的任务，并维持整个蜂群的稳定。作为整个蜂群中唯一产卵的雌性蜂，蜂王的健康对蜂群的稳定和蜂产品的产率至关重要，而肠道菌群行使的功能与蜂王的健康息息相关。最近的研究表明，蜂王的肠道菌群与工蜂的肠道菌群截然不同，蜂王肠道菌群与工蜂肠道菌群相比，蜂王含有较高的细菌谱系，可见于花蜜、幼虫和蜂巢中，这包括一些醋杆菌科的谱系。有研究者将刚刚出房的蜂王关于王笼中，分别使处女王与工蜂接触，不与工蜂接触，72小时后，发现蜂王携带的菌群总量有显著差异，这一变化的原因和潜在影响尚不清楚，值得进一步研究。蜂王的肠道菌群与工蜂的社会接触有联系，但是具体的影响机制还需要进一步研究。蜂王是否交配和是否产卵也会影响蜂王的肠道菌群，其中具体的定植规律还需要进一步研究。三、蜜蜂肠道菌群与长寿的关系蜂王和工蜂的社会分工不同，食物来源也有差异。工蜂仅仅食用3天的蜂王浆，而蜂王一生都食用蜂王浆；食物来源不一样，社会分工也不一样，这使蜂王的寿命与工蜂的寿命存在巨大差异。在蜜蜂这个典型的社会型昆虫中，相同基因型可以显示出极端的寿命差异，这也为年龄相关的肠道微生物演替提供了一个独特的视角。Anerson等通过研究蜂群中的工蜂和蜂王的肠道菌群，采集已知年龄和不同环境条件下的蜂王，利用高通量测序平台，测定了不同年龄的蜂王肠道菌群，一共测序了63个蜂王样品的肠道微生物，探索了2个生理年龄和4个消化道壁。通过控制遗传和环境变异，量化了蜂王脂肪组织中羰基的积累作为生物衰老的标志。将特定年龄的蜂王肠道微生物演替与工蜂肠道微生物进行了比较，由于蜂王的来源不同，蜂王年龄与肠道部位有两个或两个以上的菌种有显著差作者简介：董志祥(1994-)，男，云南曲靖人，硕士研究生，主要研究方向：蜜蜂肠道微生物。通讯作者：郭军（1981-），男，湖北襄阳人，博士，E-mail:guojun0591@；张棋麟（1988-），男，云南楚雄人，博士，E-mail:zhangqilin88888@ 。蜜蜂健康2019年3月 养蜂技术