肠道微生态的作用与研究展望！

　　肠道微生态的作用与研究展望！

　　肠道微生态的重要作用与研究展望

　　肠道微生态学是一门研究肠道正常微生物群落与宿主间相互关系的科学。宏基因组学、高通量测序和生物信息学分析技术的发展使微生态研究从形态学水平进入到了基因水平，为理解微生物遗传多样性提供了更加丰富的信息和证据，使相关研究更加全面和深入。消化系疾病和代谢、炎性反应性疾病背景下肠道微生物群落构成和功能研究，以及宿主一肠道微生物群落间交互作用机制等是当前研究的热点。

　　一、肠道共生微生物群落总体特征

　　肠道微生物群落由细菌、真菌、放线菌、病毒等构成，主要以细菌为主，且超过90％无法通过培养方法鉴定。肠道微生物群落分布和构成具有空间特异性。以细菌群落为例，纵向特异性体现在十二指肠、空回肠和结肠的细菌群落构成不同，各部位细菌数量分别为104～105、106～108和1010～1012CFU／ml；横向特异性体现在结肠黏膜层、黏液层内外部、管腔及粪便菌群构成和数量存在差异。另外，近70％健康人群的肠道内存在真菌定植，以念珠菌和酵母菌等为主；粪便中真菌细胞数为(10～103)／g，而相应的细菌群落数量为(1011～1012)／g。肠道真菌群落数量虽然远远低于细菌群落，但同样是肠道微生物群落的重要组成部分。

　　二、肠道共生微生物群落生理功能

　　1．代谢功能：肠道微生物参与维生素与氨基酸合成，降解宿主源性或饮食产生的多糖类，代谢产生短链脂肪酸(shortchainfattyacid，SCFA)和气体等，并参与胆碱代谢。肠道微生物代谢过程包含了诸多宿主不具备的酶和生物化学过程。

　　2．营养功能：肠道微生物通过对非吸收性膳食成分的发酵作用为宿主和微生物自身的生长繁殖提供营养和能量。SCFA等肠道微生物代谢产物为肠道上皮细胞分化成熟提供营养。

　　3．构建和调节免疫／神经系统功能：肠道微生物有助于宿主肠道先天性和获得性免疫系统的建立和维持。肠道微生物可促进抗微生物肽类物质的产生，调节肠道上皮病原模式识别受体相关炎性反应通路及炎性因子的释放，促进肠道相关淋巴组织生长成熟。另外，肠道微生物代谢产物，如SCFA类也参与肠道健康和免疫稳态的调节。肠道微生物群落参与脑一肠轴功能的构建，影响宿主肠道局部和中枢神经系统功能。

　　4．构建和维持肠屏障：肠腔内容物(腔内正常微生物群落及其代谢产物、胆盐、胃肠激素类、消化酶类、抗微生物肽类物质等)、黏液层(黏蛋白、分泌性免疫球蛋白等)、黏膜正常微生物群落及其定植抗力、黏膜上皮细胞层(细胞间紧密连接、肠道相关淋巴组织、病原模式识别受体)等均参与肠屏障的构建。肠道微生物通过促进肠绒毛核心的血管发生、恢复受损的上皮细胞间紧密连接、改善肠道运动功能、调节酶类活性、促进黏膜上皮损伤修复等作用，参与肠屏障构建和维持的各个环节。

　　双歧杆菌

　　三、肠道共生微生物群落影响因素

　　1．肠道生理环境因素：（1）pH值梯度。近端至远端结肠pH值从弱酸性逐渐变为中性，造成结肠不同节段耐酸性硬壁菌门和不耐酸拟杆菌属分布的差异。（2）氧梯度。结肠因兼性厌氧菌消耗氧而呈缺氧状态，大部分结肠细菌为专性厌氧菌，且从黏膜层至管腔氧梯度逐渐降低，因此可耐受低氧状态的脆弱拟杆菌和普拉梭菌等易在黏膜定植。（3）胆汁酸浓度。结合性胆汁酸分泌至小肠后经微生物性胆盐水解酶类作用转变为非结合性胆汁酸，小肠重吸收促进肠道胆汁酸梯度形成，胆汁酸具有抗微生物活性和调节肠道菌群构成的作用。

　　2．年龄因素：新生儿出生后不久，甚至胎儿在子宫内即出现微生物肠道内定植。婴儿期肠道微生物群落结构稳定性差、多样性低，以双歧杆菌和乳酸菌属等为优势菌种。分娩方式、喂养方式、益生菌和抗生素使用、生活环境等可影响婴儿期肠道微生物群落的构建，而此期内肠道菌群能否正常建立与机体远期出现免疫、代谢及精神性疾病关系密切。肠道优势菌群随着年龄的增长发生改变，成人肠道双歧杆菌和乳酸菌数量明显减少，类杆菌、肠杆菌、肠球菌数量明显增加，但成人肠道微生物群落构成在物种水平是相对稳定的。老年人群肠道微生物群落中兼性厌氧菌数量增加，有益菌数量减少，菌群多样性降低。老年人群肠道微生物群落构成和功能改变与饮食结构、胃肠道运动、消化吸收、免疫功能等因素改变有关。长寿地区老年人肠道内富含乳杆菌等有益菌属，提示肠道微生物群落与寿命关系密切。

　　3．饮食因素：肠道微生物群落及其代谢途径受到饮食结构变化的动态调节，饮食结构变化可引起肠道内有益和有害微生物之间平衡的改变。高脂饮食、减肥饮食等均可影响肠道微生物群落构成和功能，如持续性摄入高脂肪、低纤维素饮食人群以拟杆菌属肠型为特征，反之则表现为普里沃菌属肠型特征。膳食成分对肠道细菌代谢产生影响，如非吸收性膳食纤维和菊糖、果糖、半乳糖等低聚糖类膳食补充剂可由结肠细菌代谢产生丁酸等作为结肠黏膜的重要能量来源；食物源性硫磺可由硫酸还原菌代谢产生硫化氢，可破坏肠黏膜完整性并抑制丁酸盐的代谢。最近，有研究指出高脂联合高糖饮食可促进小鼠肠道大肠埃希菌的过度生长，抑制有益的产丁酸盐菌种生长，进而加重小鼠结肠炎的严重程度。总之，饮食因素对肠道微生物群落构成及功能的影响，是未来肠道微生态研究的重要方向之一。

　　4．药物、手术等医源性因素：抗生素类、化学治疗药物、胃肠道动力药物、PPI、阿司匹林、微生态制剂等均可对肠道微生态产生影响。需要指出的是，部分中药成分和方剂可通过调节肠道微生态平衡发挥治疗作用，如小柴碱可调节肠道微生态而发挥治疗感染性腹泻、降低胆固醇和血糖水平的作用。微生态研究有望完善中医药理论，是未来研究值得深入的方向。另外，各类胃肠道手术及减肥手术改变人体正常解剖结构，也可影响微生物群落结构和功能。

　　5．地理、种族等环境因素：不同地区人群、相同疾病背景下肠道微生物群落构成相似性较差，有学者认为地理环境因素较疾病本身更能影响肠道微生物群落的构建和多样性。有研究认为种族因素对UC患者的肠道细菌群落多样性构建发挥决定性作用。当然，每个人类个体肠道微生物群落构成都存在差异，地理、种族等环境因素对肠道微生物群落构成是否起决定性作用，有待进一步研究证实。

　　乳杆菌

　　四、肠道微生态与人类疾病相关性及其机制研究

　　诸多证据支持肠道微生物群落参与人类健康的维持，特别是与疾病的发生发展有关。目前肠道微生态研究多集中在与肠道微生物群落关系密切的人类疾病上，如IBD、肠易激综合征和结直肠肿瘤等消化系统疾病，以及肥胖、糖尿病、代谢综合征、心血管疾病、过敏性疾病及精神性疾病等消化系统外疾病。值得指出的是，食管、胃、小肠微生态与消化道疾病，肠道微生态与肝脏疾病，微生物因素在胆系结石形成中的作用，肠道微生物群落在食物过敏中的作用，以及婴儿早期肠道微生态建立与疾病和影响因素等也是值得深入研究的方向。肠道微生物群落、宿主遗传易感性、宿主先天和获得性免疫因素三者间相互作用，共同参与疾病的发病机制。此外，肠道微生物之间，如肠道细菌之间，以及细菌和真菌之间也存在诸多交互作用机制，影响不同微生物种属之间的生长繁殖、营养代谢、毒性和免疫调控等。上述内容也是肠道微生物群落致病机制研究需要深入的方向。目前来看，究竟何种微生物或何种微生物群落构成导致疾病出现仍不清楚，肠道微生物群落构成改变与疾病之间的因果关系目前仍无定论。随着微生物群落致病机制研究的不断深入，肠道微生物群落未来有望成为疾病诊断和预测的生物学标记，以及治疗的靶点。

　　五、肠道微生态研究面临的问题

　　肠道微生物群落多样性是肠道微生态学研究的重点之一。宏基因组学、高通量测序及生物信息学分析方法已在肠道微生物群落分析中得到广泛应用，使得对粪便、肠道黏膜和内容物中无法培养的微生物研究成为了可能。肠道微生物群落分子生态学研究需注意测序及信息学分析偏差等技术性问题，如根据已知序列设计的细菌和真菌rRNA通用引物并不能覆盖全部的微生物类型。虽然无需PCR扩增的宏基因组学测序速度和通量不断提高及费用不断降低，但现有微生物基因组数据库并不完备，如何分析获得的海量数据并从中挑选疾病显著相关的功能基因也是目前面临的难点。目前肠道微生物群落研究主要集中在细菌群落，而真菌群落易受到宿主及引物等问题干扰，大部分病毒为RNA且本身变异性较大。另外，疾病本身异质性，宿主年龄及遗传因素，饮食、种族、地域等外部环境因素也对微生态产生重要影响。因此，肠道微生态研究需根据科学问题进行严格的质量控制，目前研究仅能做到尽量全面地反映肠道微生物群落的多样性和丰度特征。

　　如何有效形成临床、基础及生物信息学分析相结合的微生态研究队伍，如何建立标准化的标本采集、检测分析方法和干预措施等也是肠道微生态研究面临的难点。更为重要的是，如何将肠道微生态学研究的重要发现应用到临床实践也是面临的重要课题。目前粪菌移植又成为热点，其在临床上治疗难辨梭菌相关性腹泻具有较好疗效，但须掌握好适应证，也需要像其他器官移植一样立法，并制定严格的受试者和捐献者纳入和排除标准，以及菌液制备和移植操作流程。此外，微生态制剂广泛用于肠道微生态失衡的调节，其未来的发展方向需在菌种选择、制备、储藏、机制研究等方面有所突破。

　　粪链球菌

　　六、肠道微生态研究展望

　　肠道微生态研究主要集中在消化系疾病和代谢、炎性反应等疾病背景下肠道微生物群落进化、发育、功能、机制及干预策略，分子生态学研究方法和动物模型建立，肠道微生物群落与宿主黏膜免疫等交互作用机制等。肠道微生态研究需要胃肠病学、微生物学、免疫学、生物化学与分子生物学、营养学等多学科合作，并联合宏基因组学、代谢组学、转录组学及蛋白质组学等方法，才能更好地阐述健康和疾病状态下消化道微生物群落组成、分布、生理生化特征、功能、微生物间及其与宿主间的关系。针对我国在肠道微生态研究领域急需关注和解决的重要临床和基础科学问题，需开展大量研究工作，并进一步加快肠道微生态研究相关整合医学和转化医学研究的步伐。