2018年9月30日/生物谷BIOON/---腸道是人體最大的消化和排毒器官，其迴旋盤轉的結構被形象地稱為人體第二大腦。腸道中寄生著數以計億的細菌，它們是人體內最重要的一種外環境，各種微生物按一定比例組合，相互制約，相互依存，在質和量上形成一種生態平衡。然而腸道菌群並不都是人類的朋友，按特性來講，它們可分為3大類，即好菌、壞菌和中性菌。當人體腸道中好菌比例下降而壞菌數量上升時，人體免疫力下降，極易導致多種疾病的發生。
研究表明，腸道菌群紊亂與多種疾病的發生密切相關，如消化系統疾病、內分泌系統疾病、精神系統疾病、自身免疫性疾病以及一些感染性疾病。基於此，小編針對腸道微生物組最新研究進展，進行一番梳理，以饗讀者。
1.PNAS：為什麼老是過敏？可能是腸道微生物在作怪過去幾年來，科學家們已經發現了腸道微生物紊亂和不同疾病之間存在聯繫。而現在在一項最新研究中，來自法國國家科學研究院（CNRS）、法國國家健康與醫學研究院（INSERM）和法國裡昂第一大學及美國NIH的研究人員一起發現一種病毒檢測系統、腸道微生物組成和皮膚過敏之間的關係。他們的發現於近日發表在《PNAS》上，可能帶來潛在的皮膚過敏新療法。
圖片來源：PNAS
這個國際研究小組關注了缺失MAVS基因的小鼠，這個基因在免疫系統檢測病毒的過程中扮演關鍵角色。研究人員發現這些小鼠腸道微生物發生了改變，同時產生了嚴重的皮膚過敏反應。為了揭示這兩個現象之間的聯繫，研究人員將這些改變的微生物轉移到了正常小鼠體內。結果發現後者也產生了嚴重的過敏反應，這表明這些過敏反應是由這些轉輸的微生物導致的。接下來研究人員發現這種腸道微生物的變化會導致腸道穿透性更強，這使得某些腸道微生物可以遷移到腎臟和淋巴結，從而加劇皮膚過敏反應的嚴重性。
2.Gastroenterology：腸道細菌能夠引起腸癌？最近，來自TUM的Dirk Haller教授等人研究了細菌在腸道炎症發展中的作用。實驗結果表明：細菌在不產生炎症反應的前提下，能夠誘導腫瘤的發生。最開始，作者使用小鼠模型進行研究：通過給無菌（即無菌）動物中加以活化的轉錄因子ATF6刺激，進而調節腸黏膜（腸上皮）中的應激應激反應，但未觀察到任何變化。之後，作者將微生物群移植回無菌動物中，再加以同樣的刺激，結果發現小鼠的結腸中出現了腫瘤。根據科赫法則，作者等人證明了微生物參與了結腸癌症的發生與發展。
轉錄因子ATF6能夠調節細胞中的應激反應，並且激活的強度和持續時間隨著疾病惡化而增高。 「然而，單獨的細胞應激反應不會導致腫瘤生長，在微生物群的共同作用下，癌症的生長得到了有效的促進，」該研究的作者，TUM的食品與健康研究所負責人Haller說。隨後，作者等人檢查了541名結腸癌患者的相關數據。發現轉錄因子ATF6的表達水平與患者的術後復發率存在明顯的正向相關性。
3.Biochemitry：腸道微生物能夠從糖分中產生電流瑞典隆德大學的一項新研究發現：腸道細菌可以產生電流。該結果對於藥物的開發以及生物能源的生產均具有重要的價值。
在最近的這項研究中，作者們則對人類以及動物腸道中存在的乳酸細菌糞腸球菌進行了研究。首先，研究人員探究了電流在細菌及電極間傳輸所需的時間。他們的實驗結果表明，放置在電極上的腸球菌通過細胞代謝產生電流。當細菌分解其細胞內的糖時，電子得到了釋放。此外，電子到電極傳輸是在細胞膜內部被稱為「醌」的分子幫助下進行的。
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研究結果還表明，細菌在與其他細菌和真菌一起生活的情況下，代謝過程的交織有益於各類生物的生長。根據該研究，微生物之間的被稱為「Synthrophy」的合作形式可能與生物體之間的電子傳遞有關。
由於腸球菌通常存在於人和動物的腸中，一些物種，例如糞腸球菌（Enterococcus faecalis），會引起抗生素耐藥性感染。此外，腸球菌的代謝與某些類型的結腸癌的發作有關。因此，這一發現具有重要的臨床意義。
4.Frontiers in Immunology: 食物纖維能夠緩解衰老導致的大腦炎症隨著哺乳動物年齡的增長，大腦中的小膠質細胞（一類免疫細胞）會處於長期發炎的狀態。在這種狀態下，它們會產生能夠損害認知以及運動功能的化學物質。這也是衰老過程中會出現記憶衰退以及認知功能衰退的現象。但是，根據伊利諾伊大學的一項新研究，通過攝入膳食纖維能夠達到緩解這一症狀的效果。
膳食纖維促進腸道中有益細菌的生長。當這些細菌消化纖維時，它們會產生短鏈脂肪酸（SCFA），包括丁酸鹽，作為副產物。
「此前研究已經證明丁酸鹽對小膠質細胞具有抗炎作用，動物實驗也證明通過使用丁酸鹽能夠時改善小鼠的記憶，」作者說道。相關結果發表在《Frontier of Immunology》雜誌上。
5.Nature：發現上百種產生電流的細菌在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校的研究人員發現作為一種常見的引起腹瀉的細菌，單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）以一種與已知的產電細菌完全不同的方式產生電流，而且上百種其他的細菌物種也利用這種相同的過程產生電流。相關研究結果於2018年9月12日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria」。論文通信作者為加州大學伯克利分校的Dan Portnoy教授。
這些產電的細菌中的大多數是人體腸道微生物組的一部分，而且類似於導致食源性疾病李斯特菌病和也能夠導致流產的李斯特菌的是，很多細菌也是致病性的。導致壞疽的細菌，即產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens），醫院獲得性感染（糞腸球菌）和一些致病性的鏈球菌也產生電流。其他的產電細菌，如乳酸桿菌，在發酵酸奶中起著重要的作用，而且它們中的多數是益生菌。
將來自細胞的電子轉移到礦物質需要一系列特殊的化學反應，即所謂的細胞外電子傳遞鏈（extracellular electron transfer chain），在這種傳遞鏈中，它將這些電子作為微小的電流進行傳遞。一些科學家利用這種傳遞鏈製造電池：將電極植入到含有這些細菌的燒瓶中，這樣就能夠發電了。
這種新發現的細胞外電子傳遞系統實際上比已知的傳遞鏈更簡單，而且似乎僅在必要時（可能是在較低的氧氣水平時）才被細菌使用。到目前為止，這種更簡單的電子傳遞鏈已在具有單細胞壁的細菌（被歸類為革蘭氏陽性菌）中發現到，這些細菌生活在具有大量黃素（維生素B2的衍生物）的環境中。
6.使用益生菌或許能夠降低抗生素的處方數最近一項研究表明，使用益生菌會伴隨著嬰兒和兒童抗生素治療需求下降。
他們的研究結果得到了國際益生菌和益生元科學協會的支持，並在歐洲公共衛生（European Journal of Public Health）雜誌上發表。當將12項研究的結果合併在一起時，他們發現，如果嬰兒和兒童接受益生菌作為每日健康補品，那麼他們的抗生素處方量會降低29％。當僅使用最高質量的研究重複分析時，該百分比增加至53％。
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研究人員說，研究結果非常有趣。 「鑑於這一發現，可以通過定期使用益生菌達到減少抗生素使用目的」。該研究的高級研究員，喬治敦大學醫學院家庭醫學系教授Daniel Merenstein博士說。
7.PLoS Pathog：艱難梭菌如何憑藉其所產生的特殊化合物在腸道中橫行霸道？艱難梭菌是引發全球大部分抗生素相關腹瀉爆發的罪魁禍首，近日，一項刊登在國際雜誌PLoS Pathogens上的一篇研究報告中，來自倫敦衛生與熱帶醫學院的科學家們通過研究發現，艱難梭菌能夠產生一種名為對甲酚（p-cresol）的特殊化合物，這種化合物能夠幫助艱難梭菌在患者腸道中獲取一種競爭性的優勢，而這無形中就影響了患者機體腸道中的自然保護菌群的功能。
抗生素的使用會干擾機體中天然保護的腸道菌群，從而讓患者對艱難梭菌感染變得易感，進而引發潛在的致死性疾病和併發症出現；目前研究人員迫切需要通過研究來理解艱難梭菌如何影響腸道菌群並且幹擾腸道的自我平衡，但其中一個問題是，艱難梭菌是腸道中已知的18種能夠產生對甲酚化合物的腸道菌群中的一種，對甲酚會抑制腸道中大範圍微生物菌群的生長，但其僅會在高濃度狀況下影響艱難梭菌。
這項研究中，研究人員通過研究首次發現，艱難梭菌所產生的對甲酚會介導抵禦其它腸道菌群的一種適應性優勢，對小鼠進行研究結果表明，對甲酚能夠選擇性地靶向腸道中的特殊菌群，並且幹擾其生長，最終導致腸道菌群的明顯改變。此外，並不會產生對甲酚的艱難梭菌突變體在最初感染後或許其在腸道中的定植能力會發生下降，本文研究結果表明，對甲酚的產生會促進艱難梭菌的生存及其病理學表現。
8.兩篇Cell解讀益生菌的健康效益：益生菌或許不像人們想像中那麼有益從巧克力、醃菜、洗手液，再到嬰兒配方奶粉，我們在很多東西中都能發現益生菌的存在，而且人們常常會購買很多益生菌補充劑來幫助增強消化道的健康，但近日刊登在國際著名雜誌Cell上的兩篇研究報告中，研究人員發現，傳說中的益生菌或許並沒有我們想像中那麼有效。
在第一項研究中，研究人員招募了25名參與者，首先讓參與者進行內窺鏡檢查以及結腸鏡檢查來確定參與者機體腸道區域的微生物組基準水平，其中有15名志願者被分為了兩組，第一組參與者攝入了通用型的益生菌，而第二組參與者則攝入了安慰劑，隨後兩組參與者進行第二輪的內窺鏡檢查和結腸鏡檢查，來評估其在接受治療2個月後體內微生物環境的改變。
研究者發現，益生菌能夠在某些人群的機體腸道中成功定植，稱之為「持續存在者」（persisters），而在其他人群中，作為「抵抗者」（resisters）的腸道微生物組卻會將驅逐出去；此外，這種持續和抵抗模式能夠幫助確定在既定的個體機體中，益生菌的使用是否會影響其機體天然的微生物組和機體的基因表達，研究人員還能夠通過檢測機體的基準微生物組水平以及腸道基因表達的特性來幫助預測個體是「持續存在者」還是「抵抗者」。
研究者還發現，糞便或許與體內微生物組的功能只存在一部分相關性，因此此前很多研究依賴於糞便來指示體內的微生物組或許會給很多人產生一定的誤導；研究者Segal說道，儘管所有攝入益生菌的志願者在其糞便中都出現了益生菌，但僅有一部分志願者會在腸道中存在益生菌，這才是其真正所需要的；如果某些人能阻止益生菌定植，而有些人會允許益生菌定植的話，我們所攝入標準益生菌的益處或許並不像我們此前認為的那樣普遍，同時本文研究結果也強調了腸道微生物組在驅動不同人群機體中特定臨床差異中所扮演的角色。
在第二項研究中，研究人員質疑是否患者攝入益生菌後能夠幫助中和抗生素的效應，因為他們經常被告知在患者接受抗生素療法後需要再重新植入腸道菌群，隨後研究人員招募了21名志願者，他們將志願者隨機分為三組，第一組為「觀察並等待」組，研究者讓這些參與者機體的微生物組自行恢復，而第二組參與者攝入第一項研究中所使用的相同益生菌，第三組參與者則利用自體糞便微生物組移植策略進行治療，即在其接受抗生素療法之前收集糞便，以此作為療法進行治療。
當抗生素療法結束後，標準的益生菌就能夠在第二組參與者機體中輕鬆定植，但讓研究人員不可思議的是，他們發現，這些益生菌的定植會在接下來幾個月裡抑制宿主正常的微生物組及基因表達特性回歸至正常狀態，相比而言，接受自體糞便微生物組移植的參與者則會在數天內恢復機體原始的腸道微生物組以及基因表達特性。研究者Elinav說道，目前人們普遍認為益生菌是無害且有益於每個人的機體健康，而本文研究結果則表明，在與抗生素一起使用時，益生菌可能會帶來潛在的副作用，而且會對個體的健康產生長期不良後果，相比較而言，用機體自身的微生物來補充腸道或許能作為個體化的自然療法來逆轉抗生素對機體帶來的影響。
9.Cell Metabol：吃得少會讓你變得更加健康 或許是腸道菌群在發揮大作用！卡路裡攝入量較低的小鼠或許壽命更長、更加健康和苗條，近日，一項刊登在國際雜誌Cell Metabolism上的研究報告中，來自日內瓦大學的研究人員通過研究揭示了其中的原因，研究者表示，這或許在很大程度上歸咎於機體的腸道菌群以及其影響機體免疫系統的方式，此外，研究者還發現，模擬熱量限制的化合物或許能轉化成為肥胖療法。
文章中，研究人員對小鼠進行了長達30天的卡路裡限制，結果發現小鼠機體的棕色脂肪水平增加了，而棕色脂肪時機體燃燒脂肪的一種脂肪組織，其能夠幫助促進體重減低；更有意思的是，當研究者將從卡路裡限制（熱量限制）的小鼠機體中的盲腸微生物群轉移到在無菌條件下生長的小鼠機體後，這些小鼠機體的棕色脂肪水平出現了增加，而且在其正常飲食狀況下這些小鼠依然很苗條，因此微生物組所帶來的改變似乎能給小鼠帶來一定的健康益處。
當對微生物群落進行分析後，研究者Trajkovski發現，餵食熱量限制飲食的小鼠機體中的腸道菌群能夠產生較低水平的毒性分子—脂多糖，當脂多糖的水平在血液中重新回歸至正常時，小鼠就會失去熱量限制飲食所帶來的健康效益。
細菌脂多糖分子(LPS)能夠通過激活名為Toll樣受體4（TLR4）的特殊信號受體分子，來誘發機體的免疫反應，對遺傳工程修飾後免疫細胞缺少TLR4的小鼠進行研究後，研究者就能夠模擬出熱量限制飲食對小鼠所產生的效應，很顯然，機體免疫系統不僅能夠對抗感染，還能夠有效調節機體的代謝；除了能夠增加棕色脂肪水平並減少體重外，這些小鼠對胰島素的反應也更加敏感了，而且其肝臟能夠以健康的方式來處理糖分和脂肪，此外，這些小鼠還能夠更好地抵禦寒冷環境了。
10.Appl Environ Microb：益生菌會加重特定微生物感染？在最近一項的研究中，作者發現腸道寄生蟲-隱孢子蟲（Cryptosporidium parvum）感染在給予益生菌的小鼠中會有惡化的趨勢。該研究發表在美國微生物學會《Applied and Environmental Microbiology》雜誌上。
與對照小鼠相比，給予益生菌的小鼠在其糞便中排出更多的寄生蟲，並且它們的腸道微生物種群結構與對照小鼠的不同。然而，作者Giovanni Widmer博士表示，這兩組微生物菌群都是由通常存在於腸道內的屬組成，此外，觀察到的益生菌效應的機制尚不清楚。
通常情況下，擾亂甚至消耗正常腸道微生物群的抗生素可以使個體更容易受到腸道感染。相反，健康的微生物組可以預防這種感染，或降低其嚴重程度。根據這些思路，研究人員認為，在健康腸道中發現的含有活微生物的益生菌可以降低小鼠模型中隱孢子蟲病的嚴重程度。（生物谷 Bioon.com）