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肠道微生物对宿主内分泌功能的影响
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肠道微生物对宿主内分泌功能的影响

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肠道微生物组被认为是有助于调节宿主代谢的器官。由于阐明了肠道微生物组与特定疾病之间的关系,因此许多研究破译了肠道细菌如何与宿主细胞相互作用,并最终影响代谢的分子机制。宏基因组学和代谢组学分析均有助于发现作用于宿主细胞的细菌衍生代谢产物。

肠道微生物组成

根据最近的估计,一个体重正常的人的肠道中有3.9×10 13种细菌,这些细菌主要存在于结肠中,细菌与人的细胞比例约为1:1。通过对来自三大洲(美洲,亚洲和欧洲)的1070人的粪便样本进行宏基因组测序,2014年创建了人类微生物组表达的基因目录;这个目录中约有1000万个细菌基因,是人类基因组中基因数量的500倍。在同一项研究中,据计算,每个粪便样本平均包含762655个肠道细菌基因,这意味着该基因比人类基因组多38倍。

肠道细菌产生哪些不同的代谢产物?

短链脂肪酸

人体胃肠道是专门用于消化和吸收食物中存在的各种营养素。实际上,一顿饭中几乎所有的脂肪都被吸收了,极少的一部分(<5 g / d)将逃脱消化,最终到达结肠被排泄。这个复杂的过程涉及许多因素,包括胆汁酸和不同的脂肪酶,并且脂肪酸最终被主动转运到肠上皮细胞中。上消化道在消化和吸收单糖以及从饮食中所含蛋白质的消化中衍生出来的大多数氨基酸方面也非常有效。

相反,人类的肠道无法消化我们饮食中存在的所有不同类型的碳水化合物。这些纤维的化学特性会根据来源(例如谷物,水果和蔬菜)而变化。因此,大量的碳水化合物逃避了上消化道的消化,成为所谓的膳食纤维。因此,膳食纤维被特定的肠道细菌用作能源。一些细菌的多种酶促机制有助于将这些不易消化的碳水化合物代谢为不同的分子,例如短链脂肪酸(SCFA)(例如乙酸盐,丁酸盐和丙酸盐)。

神经递质

肠道微生物还能够合成衍生自氨基酸和气态神经递质的“经典”神经递质。这些神经递质通过肠道神经系统和大脑之间的联系,对肠道生理(例如运动,肠道激素释放)产生局部影响,并在“中央”影响(例如认知,行为)。

首先,肠道微生物可以分泌组胺。组胺是氨基酸组氨酸脱羧后合成的单胺。最近,Barcik等人研究表明,哮喘患者肠道中组胺分泌微生物的数量显著增加,这表明细菌组胺可以参与肠道免疫的调节。

Hata等人发现细菌可以通过酶解葡萄糖醛酸结合的血清素来产生游离的血清素。无菌小鼠表现出与下丘脑-垂体-肾上腺素能轴过度活跃相关的单胺类活性降低,这表明肠道微生物群可以影响与抑郁症精神病理学有关的系统。为了支持这一发现,对常规小鼠使用益生菌婴儿双歧杆菌可增加色氨酸的循环水平,降低犬尿氨酸与色氨酸的比率,并减少脑内5-羟色胺分解的产物,表明该益生菌具有抗抑郁作用。

总结

①人肠道菌群基因数量是人基因数量的38倍之多,其代谢能力不容小觑;

②肠道菌群产物如短链脂肪酸和氨基酸代谢物,可通过多种途径(如肠激素GLP-1)参与调控宿主能量、血糖和炎症;

③肠道菌群可调节大麻素类系统中的生物活性脂类和特定的神经递质(如γ-氨基丁酸、血清素)

④预计未来会发现多种能调控宿主生理健康的菌群产物,部分或能成为治疗手段。

参考文献:

The Gut Microbiome Influences Host Endocrine Functions 

https://doi.org/10.1210/er.2018-00280