肥胖相关的肠道微生物群落结构动力学与功能解析研究
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肠道微生物与肥胖症的关系研究肥胖症是一种常见的慢性代谢疾病,世界卫生组织将其定义为BMI(体重指数)大于或等于30的情况。
肥胖症的发病原因很复杂,与饮食、运动、睡眠和遗传等因素有关。
近几年,越来越多的研究证实了肠道微生物群与肥胖症的密切关系,本文将介绍肠道微生物与肥胖症之间的关系研究。
一、肠道微生物群对人体的重要性肠道微生物群是指人体内生活的微生物群,其包含数以万亿计的微生物,如果能将它们集中在一起,其质量甚至可能超过我们自己的体重。
这些微生物的种类多样,包括细菌、病毒和真菌等,这些微生物与人体的许多生理过程密切相关,如代谢、免疫和生殖等。
二、肠道微生物与肥胖症的关系肠道微生物群的组成会受到多种因素的影响,比如个体体重、饮食结构、药物使用和环境因素等。
多项研究证明了肥胖症和肠道微生物群的密切关系,且微生物群的异常会导致肥胖和代谢紊乱等问题。
某些研究表明,肥胖与微生物群的失调有关,肥胖患者的肠道微生物群与正常人存在明显的差异,其中Bacteroidetes和Firmicutes两类菌群的比例异常,Bacteroidetes菌群过少,Firmicutes菌群过多。
一些研究认为,Firmicutes菌群可促进人体对食物的吸收、提高热量的利用效率。
此外,一些研究发现,肠道微生物与人体能量代谢能力之间存在一定的负相关关系,这意味着肠道微生物群的转变可以影响人体的能量代谢,并进一步影响体重的变化。
因此,有一种结论认为,肠道微生物群是肥胖症的独立致病因素之一,且其异常可能成为肥胖治疗的一个新的靶点。
三、肠道微生物与肥胖症的治疗肠道微生物群与肥胖症的关系日益受到关注,同时,基于这一关系的治疗研究也不断受到重视。
首先,一些研究表明,通过改变肠道微生物群可影响能量吸收,因此,人们可以通过优化饮食结构、增加纤维素摄入、多吃含叶绿素的食物等方式来改变肠道菌群,有助于减少一些疾病的发生,如糖尿病、冠心病和大肠癌等。
其次,一些研究表明,通过益生菌和益生元等方式调整肠道微生物群的比例可以改善肥胖症患者的代谢状态。
研究发现肠道微生物与肥胖的联系肠道微生物与肥胖的联系近年来,肥胖问题日益引起全球关注。
肥胖除了给个体带来身体健康问题外,还给社会经济带来了巨大负担。
最近的研究表明,肠道微生物与肥胖之间可能存在着密切的联系。
本文将就该研究进行阐述,并探讨肠道微生物在肥胖管理中的潜在作用。
一、肠道微生物的概述肠道微生物是指存在于人体肠道中的微小生物群落,主要包括细菌、真菌和病毒等。
这些微生物在人体健康中发挥着重要的作用,如帮助消化吸收、维持肠道屏障的完整性、合成维生素等。
二、肠道微生物与肥胖的关系研究发现,肥胖个体的肠道微生物群落与非肥胖个体存在差异。
肥胖个体的肠道微生物多样性较低,而种类丰度较高的细菌如 Firmicutes 和 Bacteroides 显著增多,而瘦身菌如 Bacteroidetes 减少。
这种微生物群落的改变可能与能量代谢、炎症反应、肠道屏障功能等因素有关,从而影响体重的控制。
三、肠道微生物与能量代谢肠道微生物参与了能量提取和储存。
研究发现,肥胖个体的肠道微生物群落中的 Firmicutes 细菌可以更有效地从食物中提取能量,并将其转化为脂肪。
此外,这些菌还能影响体内脂肪的分布和脂肪细胞的增殖。
因此,肠道微生物的改变可能直接影响能量代谢,促进脂肪的堆积和肥胖的发生。
四、肠道微生物与炎症反应肠道微生物的改变可能导致肠道炎症反应的增加。
炎症反应是肥胖发生和发展的关键过程之一。
某些细菌群的增加可能导致肠道黏膜屏障的破损,使更多的有害物质进入血液循环,进而导致全身性的慢性炎症反应。
这种炎症反应可以干扰脂肪酸的代谢和激素的平衡,从而进一步促进肥胖的发生。
五、肠道微生物与肥胖管理的潜在作用研究表明,通过调整肠道微生物群落可以潜在地治疗肥胖。
一种方法是通过益生菌或益生元的补充来改善肠道微生物群落的平衡。
这些益生菌和益生元可以提供有益的菌落,减少致病菌的生长,减轻炎症反应,并促进脂肪酸的代谢。
另一种方法是通过饮食调节来改善肠道微生物的结构。
肠道菌群与肥胖症的研究及治疗策略肥胖症一直是全球性公共卫生问题之一。
通过对这个疾病的研究,我们发现肠道微生物群落(又称肠道菌群)与肥胖症之间存在紧密联系。
这篇文章将简要介绍肠道菌群与肥胖症的研究,并探讨肥胖症的新型治疗策略。
人类肠道内存在着大约100万亿种微生物,形成复杂的生态系统,称为肠道微生物群落。
各种微生物在肠道内协同生存并参与机体代谢、免疫调节、营养吸收等多个方面。
最近发现,肠道菌群还参与维持正常体重和产生肥胖的分子机制。
多项研究发现,肥胖人和健康体重的人之间的肠道菌群存在差异。
研究人员将肥胖和正常体重的犬隻肠道菌群移植到实验室老鼠的消化道。
结果大胆的发现肥胖犬的菌群移植后,老鼠会变成肥胖型,而正常体重犬的肠菌群移植到老鼠的肠道,老鼠的体重也会保持正常。
最近在肠道菌群与肥胖症的关系研究上迈入了新的里程碑。
一项发表在“科技进展”(Science Advances)期刊的研究,发现所有的肥胖患者都有特殊的荚膜(capsule)菌株,它们会抑制肠道内细菌的种类和数量,对身体有负面影响。
研究人员首先将肥胖患者的肠菌移植到实验室老鼠,这些老鼠饮食方法没有变化,但所有被移植的老鼠在五天内发福了。
肠道菌群的转移和调整是治疗肥胖的新颖策略之一。
近年来,已经有研究者通过口服抑菌剂、粪菌移植等方法,将肠道调回到健康的状态。
在一项精心训练过的临床试验中,科学家发现口服一种叫做甘肃省东方元抑菌剂的药物12周,可以减轻肥胖症患者体重和腰围,并且改善其代谢和炎症指标。
人体临床试验还需要进一步探索,但这些数据表明肠道细菌转化可以纠正肥胖和代谢紊乱。
与此同时,我们可以从饮食与运动入手,通过调整饮食和增加运动来塑造肠道菌群。
抗生素可以不可避免地改变我们的肠道菌群落,因此这些药物应仔细使用。
建议多吃蔬菜、水果、坚果等富含益生菌和益生元的食物,多鼓励大家多加运动,有助于维护肠道健康。
总之,肠道菌群研究是治疗肥胖和代谢性疾病的最新前沿。
肠道菌群与肥胖疾病的关系研究肥胖疾病已成为全球公共卫生问题的一大挑战。
近年来,越来越多的研究表明,肠道菌群在人体肥胖发生过程中起着重要作用。
本文将探讨肠道菌群与肥胖疾病的关系及其研究进展。
一、肠道菌群的定义与构成肠道菌群是指人体肠道中的微生物群落,包括细菌、真菌、病毒等多种微生物。
人体肠道菌群主要由厌氧菌和好氧菌构成,其中厌氧菌包括拟杆菌、类杆菌等;好氧菌主要是乳酸杆菌、链球菌等。
二、肠道菌群与人体健康的关系1. 营养物质吸收与代谢肠道菌群参与人体对营养物质的吸收与代谢,并产生多种代谢产物。
例如,肠道内一些细菌可以分解膳食纤维,产生短链脂肪酸,有助于维持肠道的正常功能。
2. 免疫调节肠道菌群可影响人体免疫系统的发育和调节。
一些研究发现,肠道菌群失调与免疫系统相关疾病(如炎症性肠病)的发生有关。
3. 防御病原菌侵袭健康的肠道菌群能抑制潜在致病菌的生长和侵袭。
当菌群失衡时,致病菌较易滋生,增加了患病的风险。
三、肠道菌群与肥胖疾病的关系1. 菌群多样性与肥胖研究表明,肥胖者的肠道菌群多样性较低,即肠道菌群的丰富度和种类较为单一。
与此相比,正常体重者的肠道菌群更为多样。
2. 菌群代谢产物与能量平衡肠道菌群通过代谢产物的调节,影响人体的能量平衡。
一些细菌能够提取更多的能量从食物中吸收,导致能量过剩,从而引发肥胖。
3. 菌群调节食欲肠道菌群的失调可能导致胃肠道激素的异常分泌,从而影响食欲控制。
研究发现,一些肠道细菌能够合成类似食物中的激素,诱导食欲增加,可能与肥胖发生有关。
4. 肠道通透性与肥胖菌群失衡可能导致肠道屏障功能的受损,使肠道通透性增加。
这会导致肠道内的内毒素进入血液循环,刺激慢性炎症反应,进而促进肥胖的发生。
四、肠道菌群调节肥胖的研究进展近年来,肠道菌群调节肥胖的研究日益深入。
研究人员通过转植肠道菌群、调节饮食结构、使用益生菌等方法,尝试改变肠道菌群组成,以达到预防和治疗肥胖的目的。
五、未来的研究方向与应用前景1. 个体化调控不同个体的肠道菌群差异较大,因此,未来的研究应更加注重个体化调控,针对每个个体的具体情况提供相应的调控方案。
文章编号 :1004-0374(2010)12-1247-07收稿日期:2010-04-14基金项目:国家自然科学基金重点项目(30730005)*通讯作者:E-mail: lpzhao@sjtu.edu.cn肥胖相关的肠道微生物群落结构动力学与功能解析研究赵立平*,张晨虹(上海交通大学生命科学技术学院,上海 200240)摘 要:肥胖及相关的慢性代谢性疾病近年来已经成为威胁全球的公共健康问题。
越来越多的证据表明,在宿主的营养、免疫和代谢中有不可替代的作用的肠道菌群不仅可以通过调节宿主脂肪吸收存储相关的基因,影响后者的能量平衡,更重要的是其结构失调导致宿主循环系统中内毒素增加,诱发慢性、低水平炎症,导致肥胖和胰岛素抵抗。
运用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学的方法,揭示与代谢性疾病相关的菌群结构失调,并鉴定出相关的特定细菌类群及其功能,使得通过以菌群为靶点的营养干预手段防止慢性代谢性疾病成为可能,将带来代谢性疾病预防和控制策略的革命性的变化。
关键词:肠道菌群;内毒素;肥胖;代谢性疾病中图分类号:R37; R58 文献标识码:AFunctional dynamics of gut microbiota in obesity and metabolic diseasesZHAO Li-ping*, ZHANG Chen-hong(Shanghai Center for Systems Biomedicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: The prevalence of obesity-related metabolic disorders has become a challenge to public health aroundthe world. As the second genome, gut microbiome can modulate the nutrition, metabolism and immunity of host,Emerging evidence indicates that gut microbiota may thus play an important mediating role between diet, lifestyle and host genetics in development of obesity and eventually many forms of metabolic diseases. Diet-disrupted gut microbiota can lead to increased level of endotoxin, provoke the chronic inflammation and theninduce obesity and insulin resistant. Research along this line to reveal the shift of gut microbiota and identifythe specific functional groups of bacteria, may lead to discovery of new therapeutic targets and revolutionarystrategies for predictive, preventive and personalized management of metabolic disorders.Key words: gut microbiota; endotoxin; obesity; metabolic diseases众所周知,肥胖已经成为现代社会面临的严重公共健康问题。
肠道微生物群对肥胖症的影响与调控策略研究肥胖症已经成为公认的全球性健康问题之一,其预测发病率已经超过了吸烟和饮酒等可控因素。
肥胖症的病理生理机制十分复杂,目前研究表明肠道微生物群在肥胖症的发生和发展方面具有显著的作用。
本文将针对肠道微生物群对肥胖症的影响以及调控策略进行系统阐述。
一、肠道微生物群对肥胖症的影响肠道微生物群是由多种细菌组成的微生物群体,对于机体的健康和稳定十分重要。
研究表明,肠道微生物对体重的调控存在着非常显著的影响。
此外,肠道微生物群还能通过影响葡萄糖代谢和促进炎症等途径发挥对肥胖症的影响。
1. 肠道微生物对体重的调控肠道微生物对体重的调控一方面表现为肠道菌群的种类和数量会受到饮食因素的影响,从而影响机体的能量代谢。
另一方面,微生物群体能影响机体体重的调节机制。
例如,肠道中的一些细菌可以促进肠道内的营养吸收和脂肪合成,从而导致体重增加。
而其他的肠道微生物则可以通过分解食物中的纤维素和蛋白质使能量被完全消耗,从而避免能量的蓄积和体重的增加。
2. 肠道微生物对葡萄糖代谢的影响肠道微生物可以影响机体的葡萄糖代谢。
一些研究表明,肠道微生物菌群的失调会使机体的胰岛素敏感性下降,从而使得机体无法将葡萄糖有效地转化成能量,同时还会使得葡萄糖在血液中的浓度升高。
而高浓度的葡萄糖又会进一步影响肠道微生物,并使得微生物菌群的失衡更加明显,形成恶性循环。
3. 肠道微生物对促炎性的影响肠道微生物群的失衡也会导致机体促炎性因子的释放增加,从而引发炎症反应。
这些炎症因子可以导致机体的代谢异常、食欲不振和运动能力下降,从而促进肥胖的发展。
二、肠道微生物群调控策略由于肠道微生物群对肥胖症的影响十分显著,因此针对肠道微生物群进行调控已经成为一种有效的防治肥胖症的措施。
目前的研究表明,针对肠道微生物群调控的方法主要包括改变饮食习惯、使用植物提取物和通过转移菌群等方法。
1. 改变饮食习惯饮食是影响肠道菌群组成的一个十分关键的因素。
肠道微生物与肥胖的关系研究一、背景介绍肥胖是当今世界的重大公共卫生问题之一,其不仅会对个人健康造成损害,还会引发其他疾病的发生。
近年来,越来越多的研究表明,肠道微生物与肥胖密切相关。
本文旨在系统地介绍肠道微生物对肥胖的影响及调控机制,为肥胖及其相关疾病的预防和治疗提供参考。
二、肠道微生物的构成和功能肠道微生物是指存在于人类肠道内的微生物群落,包括细菌、真菌和病毒等。
其中细菌是最主要的成分,其数量达到了肠道内细胞数量的10倍以上。
这些微生物不仅能够分解食物中难以消化的纤维素和其他多糖类物质,产生各种维生素和必需氨基酸,还能够影响人体免疫系统的发育和调节,对人体健康具有非常重要的作用。
三、肠道微生物与肥胖的关系1. 肠道微生物与肥胖的相关性研究发现,肥胖者的肠道微生物菌群与正常体重人群存在较大差异,肥胖者的肠道微生物群落更倾向于产生较多的短链脂肪酸、偏高的能量摄入量和较低的能量消耗量。
另外,一些研究还发现,随着体重的升高,肠道微生物的丰富度、多样性以及不稳定性都会增加。
2. 肠道微生物与肥胖的调控机制(1)能量摄入与能量消耗的调控:肠道微生物能够调节肠道对食物的吸收和消化过程,从而影响人体的能量摄入。
同时,肠道微生物还能影响人体内环境中的能量代谢和分配,进一步影响能量消耗量。
(2)短链脂肪酸的调节:短链脂肪酸是肠道微生物代谢产物之一,肠道微生物群落的变化会影响肠道内短链脂肪酸的含量和种类。
一些研究表明,短链脂肪酸能够抑制人体内脂肪的合成和吸收,从而减少体重增加和肥胖的风险。
(3)炎症反应的调节:肠道微生物可以影响人体内的炎症反应水平,进而影响能量代谢和脂肪合成等过程,对肥胖具有重要的调节作用。
四、肠道微生物与肥胖的干预方法针对肠道微生物与肥胖之间的关系,下面提出一些常用的肠道微生物干预方法:(1)食物干预:通过调节饮食结构和传统饮食习惯,可以增加膳食纤维的摄入,促进肠道微生物的生长和活性。
(2)益生菌和益生元的补充:通过口服益生菌和益生元等肠内营养素的补充,可以调整肠道微生物的数量和代谢活性,缓解肥胖和代谢综合征等疾病。
肠道菌群与肥胖发生的关系研究肠道菌群是指人体消化系统中的微生物群落,包括细菌、真菌和病毒等。
近年来,越来越多的研究表明,肠道菌群与肥胖之间存在关联。
本文将探讨肠道菌群对肥胖发生的影响,并介绍相关研究成果。
一、肠道菌群与能量代谢的调节关系肠道菌群参与能量的吸收和代谢调节。
一些研究发现,肥胖人群的肠道菌群组成与正常体重人群的有所不同。
肠道菌群中某些细菌能够从食物中提取更多的能量,并促进脂肪的积累。
这说明肠道菌群可能在能量代谢和体重调节中发挥了重要作用。
二、肠道菌群与食欲的调节关系肠道菌群与食欲的调节密切相关。
一些研究发现,肥胖人群的肠道菌群组成与正常体重人群的差异,可能导致食欲异常。
肠道菌群可以产生多种信号分子,这些信号分子能够影响人体的食欲调控中枢。
肠道菌群失衡可能导致食欲增加,从而促进肥胖的发生。
三、肠道菌群与慢性炎症的关系肠道菌群失衡与慢性炎症密切相关。
慢性炎症是肥胖及其相关疾病的重要发病机制之一。
肠道菌群的紊乱可能导致微生物代谢产物的异常增加,从而诱发肠道黏膜的炎症反应。
这些炎症因子能够干扰胰岛素的敏感性,导致胰岛素抵抗和脂肪的积累。
四、调整肠道菌群对肥胖的干预措施调整肠道菌群成为预防和治疗肥胖的一个新思路。
通过调整饮食结构、增加膳食纤维的摄入、使用益生菌和复合益生菌等方法可以改善肠道菌群的失衡状况。
一些研究发现,通过益生菌的补充可以明显改善肥胖人群的体重状况和代谢指标,并降低患肥胖相关疾病的风险。
五、未来展望尽管肠道菌群与肥胖之间的关系已经被广泛研究,但我们对于具体的机制仍了解有限。
未来的研究需要通过深入挖掘肠道菌群的组成和功能,揭示其与肥胖发生的关联机制。
同时,还需要开展更多的临床实验,验证肠道菌群调节肥胖的干预措施的有效性和安全性。
结论肠道菌群与肥胖之间的关系是一个复杂的研究领域。
肠道菌群的失衡可能会导致能量代谢异常、食欲异常和慢性炎症等病理过程的发生。
通过调整肠道菌群的组成和功能,如使用益生菌的方法,可能成为预防和治疗肥胖的新途径。
微生物群落在肠道中的结构与功能研究肠道微生物群落是一个复杂的生态系统,包含多种微生物种群。
许多微生物种群与人类的健康密切相关,因此对微生物群落的结构和功能的研究十分重要。
一、微生物群落的结构微生物群落的结构包括微生物的数量、物种丰度、物种多样性等。
微生物数量通常由肠道容积和肠道食物消化程度等决定。
微生物物种丰度受许多因素影响,包括生活方式、饮食、使用抗生素等。
微生物物种多样性还与肠道生理特征、年龄、性别等因素相关。
研究表明,在健康的人体内,微生物群落的主要成分包括厌氧菌门、持久菌门、变形菌门和放线菌门等。
其中最重要的是双歧杆菌和拟杆菌等。
二、微生物群落的功能微生物群落的功能包括合成营养物质、参与人体免疫反应、抵抗外来病原体等方面。
1. 合成营养物质在人体内,微生物群落可以合成多种对人体有益的物质,如维生素B、K和脯氨酸等。
这些物质在人体内发挥着拮抗剂、补充剂、调节肠道生理状态等作用。
2. 参与人体免疫反应微生物群落在肠道内发挥着不可或缺的免疫调节作用。
微生物群落可以帮助调节肠道黏膜屏障,控制病原微生物的入侵和生长。
此外,微生物群落还可以调节宿主免疫系统,控制免疫复合物的形成和增殖。
3. 抵抗外来病原体微生物群落可以阻止外来微生物定植,通过产生抗菌物质、调节肠道环境、促进排泄等方式有效保护机体。
三、影响微生物群落的因素微生物群落的结构和功能还受许多因素的影响。
这些因素包括饮食、药物使用、生活环境和遗传因素等。
1. 饮食饮食可能是微生物群落结构和功能最重要的影响因素之一。
高纤维、低脂肪的饮食有助于维持微生物群落的健康状态,而高脂肪、高糖的饮食会扰乱微生物群落的平衡,并导致肥胖和代谢疾病的发生。
2. 药物使用许多药物,尤其是抗生素,可以对微生物群落产生极大的影响。
抗生素的使用会杀死多种微生物,导致微生物群落不平衡,容易滋生病原菌和致病微生物。
3. 生活环境生活环境也会影响微生物群落的结构和功能。
例如,婴儿的微生物群落组成受生产方式、哺乳方式等因素影响。
文章编号 :1004-0374(2010)12-1247-07收稿日期:2010-04-14基金项目:国家自然科学基金重点项目(30730005)*通讯作者:E-mail: lpzhao@sjtu.edu.cn肥胖相关的肠道微生物群落结构动力学与功能解析研究赵立平*,张晨虹(上海交通大学生命科学技术学院,上海 200240)摘 要:肥胖及相关的慢性代谢性疾病近年来已经成为威胁全球的公共健康问题。
越来越多的证据表明,在宿主的营养、免疫和代谢中有不可替代的作用的肠道菌群不仅可以通过调节宿主脂肪吸收存储相关的基因,影响后者的能量平衡,更重要的是其结构失调导致宿主循环系统中内毒素增加,诱发慢性、低水平炎症,导致肥胖和胰岛素抵抗。
运用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学的方法,揭示与代谢性疾病相关的菌群结构失调,并鉴定出相关的特定细菌类群及其功能,使得通过以菌群为靶点的营养干预手段防止慢性代谢性疾病成为可能,将带来代谢性疾病预防和控制策略的革命性的变化。
关键词:肠道菌群;内毒素;肥胖;代谢性疾病中图分类号:R37; R58 文献标识码:AFunctional dynamics of gut microbiota in obesity and metabolic diseasesZHAO Li-ping*, ZHANG Chen-hong(Shanghai Center for Systems Biomedicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: The prevalence of obesity-related metabolic disorders has become a challenge to public health aroundthe world. As the second genome, gut microbiome can modulate the nutrition, metabolism and immunity of host,Emerging evidence indicates that gut microbiota may thus play an important mediating role between diet, lifestyle and host genetics in development of obesity and eventually many forms of metabolic diseases. Diet-disrupted gut microbiota can lead to increased level of endotoxin, provoke the chronic inflammation and theninduce obesity and insulin resistant. Research along this line to reveal the shift of gut microbiota and identifythe specific functional groups of bacteria, may lead to discovery of new therapeutic targets and revolutionarystrategies for predictive, preventive and personalized management of metabolic disorders.Key words: gut microbiota; endotoxin; obesity; metabolic diseases众所周知,肥胖已经成为现代社会面临的严重公共健康问题。
根据世界卫生组织(WTO)2006年公布的数据,全球已经有超过10亿的成年人超重(BMI25.0 ̄29.9 kg/m2),其中有3亿人为肥胖症患者(BMI>30 kg/m2)。
发达国家和发展中国家肥胖人口的比例都在不断上升,与肥胖相关的代谢失调疾病如2型糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化及非酒精性脂肪肝等许多慢性代谢性疾病也有愈演愈烈的趋势[1]。
如何遏制和治疗肥胖及相关代谢性疾病,成为亟待解决的公共健康问题。
大多数代谢失调都与糖稳态失衡有关,继而发展成为2型糖尿病、高血压、动脉粥样硬化等[2]。
一方面,大量的营养学临床实验和流行病学调查表明,肥胖等慢性疾病的快速增长是由于摄入能量过多导致的能量代谢不平衡,特别是由传统的植物为主的饮食转变为动物性食物为主的西方饮食造成的[3]。
另一方面,近十年来的研究清楚的揭示了与肥胖相伴随的慢性炎症在糖尿病等疾病发生发展中的关键作用[4]。
但是,仅仅从人或动物自身的生理机制解释高脂或高能量饮食引起慢1248生命科学第22卷性低水平炎症是相当困难的。
如何才能揭示摄入高脂或高能量饮食与低水平、全身性炎症的发生的分子机理,以及由于慢性炎症导致的代谢综合征的分子机理呢?近几年来,越来越多的研究成果将人们的注意力吸引到与人类共生的肠道微生物群落和其宿主的相互作用上来了。
肠道菌群与宿主的消化、营养、代谢、免疫等方面密切相关,是进入人体的“环境”因素,其地位与作用相当于后天获得的一个重要“器官”[5]。
尽管对肠道菌群的多样性和功能的认识还不全面,现在已知正常成年人的肠道内的总重量有1 ̄2 kg,包含约500 ̄1 000个不同的种类,其细胞总量几乎是人体自身细胞的10倍,其编码的基因数量为是人体自身基因的100多倍[6,7]。
如此数量庞大的微生物群体,通过长期与宿主的共同进化,为宿主提供不具备的酶和生化代谢通路。
肠道菌群的基因组信息的总和被称为“肠道元基因组”(gut metagenome),是控制人体健康的“人类第二基因组”,与人体的基因组一起,通过与环境条件的相互作用,影响着人体的生理代谢。
因此,人体是一个由大量真核细胞与原核细胞共同构成的复杂系统,正如诺贝尔奖获得者Lederberg形容的“超级生物体(superorganism)”[8]。
肠道菌群在宿主能量代谢的调控中有着不可忽视的作用。
很早人们就认识到肠道微生物区系的一个主要的代谢功能就是发酵那些不能被小肠吸收的食物残渣和上皮细胞分泌的内生黏液[9]。
肠道内微生物群落的基因多样性为这个复杂系统提供了很多宿主不具备的酶和生化代谢通路,使其可以通过发酵降解多糖(淀粉、纤维素、半纤维素、胶质)、没有被吸收的寡糖来产生能量,而代谢的终极产物是短链脂肪酸[10]。
这些复杂代谢活动的结果就是产生能被宿主吸收和利用的能量和底物,并且为微生物自身的生长和增殖提供能量和营养物质。
也就是说,肠道菌群可以通过帮助消化利用宿主自己不能利用的营养物质,使宿主获得更多能量。
更令人吃惊的是,美国的Jeffery I. Gordon领导的小组研究表明,肠道菌群的作用不仅仅是帮助宿主从食物中获得更多能量,更为重要的是可以直接调节宿主脂肪存储组织的基因表达活性,使宿主增加脂肪的积累[5]。
他们通过对无菌小鼠(GF)和肠道内定植正常菌群的普通小鼠(COVN-R)的比较,研究肠道菌群对宿主的代谢,特别是对脂肪存储的影响。
在给予相同的多糖丰富的食物(57%碳水化合物,5%脂肪)的情况下,CONV-R小鼠与GF小鼠相比,身体脂肪总量增加42%,而每天食物消耗却减少29%。
这组数据似乎只是证实了肠道菌群能够帮助宿主消化多糖而获得更多的能量。
但接下来的分析却证实了肠道菌群与宿主脂肪代谢的关系决不仅限于此。
CONV-R小鼠相对GF小鼠身体脂肪总量增加反映的是脂肪细胞显著的过度肥大,而非其数量的增加。
菌群的定植增加了宿主肠道内葡萄糖的吸收以及血清中的葡萄糖和胰岛素含量,从而增加了两种基础转录因子——ChREBP和SREBP-1——的表达,进而诱导了肝脏的脂肪合成。
微生物发酵产生的短链脂肪酸可以刺激肝脏中脂肪代谢相关的酶。
甘油三酯通过脂蛋白脂肪酶(LPL)的中介作用,从肝脏进入循环系统,进而被脂肪细胞吸收。
肠上皮细胞可以产生一种LPL的抑制因子——禁食诱导脂肪细胞因子(Fiaf),而肠道菌群能够调控Fiaf的表达。
通过比较GF及COVN-R的野生型和Fiaf -/-小鼠,证实了Fiaf是体内具有重要生理作用的LPL调控因子,而且是菌群诱导的脂肪存储(肥胖)增加的重要中介因子。
这一系列的研究,首次有利地证明了肠道菌群作为一种环境因素,参与宿主脂肪存储的调控,是肥胖发生的重要原因。
肥胖对宿主肠道微生态影响很大,肠道菌群的数量与组成会发生很大改变。
一方面,肥胖个体的肠内细菌过度生长可能性较高,主要可能与肥胖改变了肠的运动性有关,比如肥胖病人易患肠易激综合征和假性结肠梗阻[11,12]。
还有证据表明,由于肥胖改变了机体对某些神经肽如缩胆囊肽、铃蟾肽等的敏感性,从而影响了肠的运动性[13,14]。
肠道菌群可以产生和代谢乙醇,对宿主乙醇代谢的研究可以表明肥胖个体肠内细菌的过度生长[15,16]。
遗传型肥胖的ob/ob型小鼠与瘦型小鼠相比,其呼出的气体中乙醇含量较高[17],而对肥胖患者的临床研究中也得出相一致的结论[18]。
另一方面,肥胖会改变肠道菌群结构和组成。
Gordon和他的同事分析了5 088个来自于相同饮食结构的遗传性肥胖小鼠(ob/ob)和瘦型小鼠(ob/+,+/+)肠道末端微生物的16S rRNA基因序列,发现肥胖小鼠肠道中拟杆菌门细菌的丰度下降50%,而厚壁菌门细菌的比例升高[19]。
对人体的研究获得与动物实验一致的结果,12名肥胖患者在坚持减少碳水化合物的低热量食谱1年,体重明显下降后,他们肠道中的拟杆菌门微生物的丰1249第12期赵立平,等:肥胖相关的肠道微生物群落结构动力学与功能解析研究度逐渐升高,而厚壁菌门微生物的比例下降[20]。
若将肥胖小鼠(ob/ob)的肠道菌群移植至野生型GF小鼠体内,仅经过两周受体小鼠就会因为增加食物中摄取的能量而引起体重显著增加。
因此肥胖表型可以随菌群在不同个体间发生转移,菌群元基因组对肥胖表型的贡献十分重要[19]。
在肠道菌群与宿主相互作用中,微生物影响和改变宿主的代谢绝不仅仅是使宿主获得更多的能量这么简单。
最近通过对GF小鼠的研究,分析了其能够抵抗高脂饮食诱导肥胖的机理[21]。
研究人员通过用高脂高碳水化合物的饲料喂养GF小鼠和CONV-R小鼠,发现后者的体重和脂肪含量显著高于前者,而且GF小鼠对于高脂饲料诱导的糖耐受和胰岛素抵抗都有一定抵抗作用。
这种抵抗的分子机理涉及两个独立的调控脂肪酸代谢的途径:肠道菌群的定植一方面使得Fiaf的水平降低,诱导了过氧化物酶体增殖物激活受体辅助激活因子Pgc-1α与棕色脂肪细胞的分化及其生理功能关系密切的辅助转录激活因子;另一方面降低了AMP活化蛋白激酶(AMPK)这一控制细胞能量代谢的关键酶的活性。