塑造一次,伴您一生的肠道菌群
2018.11.16

肠道菌群是人体微生态最主要、最复杂的微生态系统。其在肥胖、糖尿病、肿瘤甚至神经性等疾病中发挥重要作用。可以说,肠道菌群的一次性塑造,却影响了我们一生的健康。有关肠道菌群的研究也成为科学家关注的焦点。近期小编对肠道菌群的塑造、影响因素及技术方法等进行了整理,带您走进肠道菌群的前世今生。


1. 肠道菌群的发展过程


肠道菌群的形成始于出生之前[1],且在出生第一年期间细菌多样性快速增加,3岁时开始明显减慢,5岁时肠道微生物组的组成更加稳定[2]。肠道菌群复杂性(分类和功能基因的数量)通常在青春期前(7-12岁)达到成人水平,但这个年龄段的肠道微生物在分类和功能上仍与成人不同[3]。成年后,尽管肠道菌群在组成上具有个体间差异性,但健康人群中其功能属性仍保持相对一致[4]。老年人中,肠道微生物群落结构变得不稳定,多样性减少,这一现象与虚弱和免疫功能下降有关。


2. 肠道菌群形成的影响因素


影响早期肠道菌群组成的主要因素是初始微生物的定植,它可通过利用局部营养或产生物种间共存和竞争性定植的分子来影响后续微生物的定植[5]。而婴儿时期初始微生物的定植受到宿主基因组和早期生活因素的影响[6]。许多研究证实了饮食对菌群组成和功能的影响。除饮食外,包括性激素、抗生素药物治疗、质子泵抑制剂等药物、外源性物质、环境毒素、药物使用量等因素均与菌群的组成和功能的改变有关,以上因素共同塑造了一个人独特的、个性化的肠道菌群图谱。


3. 肠道菌群与疾病的关系


肠道菌群中细菌和真菌组成和功能的干扰会引起包括克罗恩病、溃疡性结肠炎等各种形式的炎症性肠病[7]。肠道菌群是胃肠道和中枢神经系统之间生化信号传递的重要媒介,通常被称为肠-脑轴。因此一些行为障碍如儿童自闭症(ASD)与肠道菌群紊乱有关[8]。肥胖和T2DM与肠道菌群的失调和细菌多样性的显著降低有关。高膳食纤维食物可改善相关代谢,增加产SCFA肠道菌的丰富度[9]。高脂饮食中胆碱和肉碱的微生物代谢会增加患心血管疾病的风险。这些成分的微生物代谢产生三甲胺(TMA),其在肝脏中被氧化成一种与动脉粥样硬化相关的胺氧化物[10]。革兰氏阴性菌免疫原性的变异是I型糖尿病的一种因素,I型糖尿病的代谢症状之前会出现肠道菌群多样性降低的改变[11]。类风湿性关节炎(RA)是一种表现为关节损伤的系统性自身免疫病。自身免疫病患者表现为普氏菌属和与普氏菌属高度同源的自身抗原的扩张[12]。在多发性硬化症儿童患者中,细菌菌群丰富度与循环促炎Th17细胞呈正相关,而产SCFA的拟杆菌门的相对丰度与全身炎症标志物呈负相关[13]


4. 肠道菌群的干预和治疗


肠道共生菌与宿主免疫之间存在紧密的相互作用,可实施对肠道菌群靶向治疗以管理和预防慢性炎症疾病[14]。饮食对肠道菌群的组成和功能有很强的影响。高膳食纤维可显著改善T2DM患者的血糖值,促进健康代谢。补充相关活性菌可有效改善肠道菌群组成,但活性菌能否在肠道中定植取决于肠道菌群的结构,由于人肠道菌群的异质性,个性化营养结合使用功能抗病活性菌株重新塑造肠道菌群组成、功能基因组和代谢产物是恢复肠道菌群紊乱最有效的方法,亦可有效的预防和管理疾病[1]


图1


5. 肠道菌群研究技术及方法


近几年,微生物组的研究大大地改变了我们对微生物的理解,研究成果也频繁亮相于国际顶级期刊。通过下一代测序技术(NGS)和液相/气相色谱-质谱(LC/GC-MS)技术对肠道菌群的组成、功能和代谢产物进行研究阐明了人体微生物组对人体健康的巨大影响[1]


图2


为了阐述肠道菌群组成、变化与疾病发生或者发展之间的关系,横向研究类型、纵向研究类型、介入性研究类型成为当前肠道菌群研究方向的主流。


6. 肠道菌群的研究方向


图3


看来,人体微生物基因组被称为“第二基因组”也是实至名归,肠道菌群对人类健康的调控远超想象,把肠道微生物概括成人的一个“器官”并不夸张,层出不穷的高水平文章屡屡证明了上述观点;可以说,肠道菌群的研究可以用日新月异来形容。


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参考文献

[1] DurackJ, Lynch SV. The gut microbiome: Relationships with disease and opportunities for therapy[J]. J Exp Med, 2018.

[2] Wang J , Zheng J , Shi W , et al. Dysbiosis of maternal and neonatal microbiota associated with gestational diabetes mellitus[J]. Gut, 2018, 67(9):1614-1625.

[3] Vatanen, T., A.D. Kostic, E. etal. Variation in microbiome LPS immunogenicity contributes to autoimmunity in humans[J]. Cell, 2016, 165(4):842-53.

[4] Hollister, E.B., K. Riehle, R.A. Luna, et al. Structure and function of the healthy pre-adolescent pediatric gut microbiome[J]. Microbiome, 2015, 3:36.

[5] Faith JJ1,Guruge JL, Charbonneau M, et al. The long-term stability of the human gut microbiota[J]. Science, 2013, 341(6141):1237439.

[6] Ferretti P, Pasolli E, Tett A, et al. Mother-to-infant microbial transmission from different body sites shapes the developing infant gut microbiome[J]. Cell Host Microbe, 2018, 24(1):133-145.e5.

[7] Schirmer M, Franzosa EA, et al. Dynamics of metatranscription in the inflammatory bowel disease gut microbiome[J]. Nat Microbiol, 2018, 3(3):337-346.

[8] Fung TC, Olson CA, Hsiao EY. Interactions between the microbiota, immune and nervous systemsin health and disease[J]. Nat Neurosci, 2017, 20(2):145-155.

[9] Forslund K, Hildebrand F, Nielsen T, et al. Disentangling type 2 diabetes and metformin treatment signatures in the human gut microbiota[J]. Nature, 2015, 528(7581):262-266.

[10] Jenkins D, Sievenpiper J, Jones P. Primary Prevention of Cardiovascular Disease with a Mediterranean Diet Supplemented with Extra-Virgin Olive Oil or Nuts[J]. N Engl JMed, 2018, 379(14):1387-8.

[11] Kostic AD, Gevers D, Siljander H, et al.The dynamics of the human infant gut microbiome in development and in progression toward type 1 diabetes[J]. Cell Host Microbe, 2015,17(2):260-73.

[12] Pianta A, Arvikar SL, Strle K, et al. Two rheumatoid arthritis-specific autoantigens correlate microbial immunity with autoimmune responses in joints[J]. J Clin Invest, 2017, 127(8):2946-2956.

[13] Tremlett H, Fadrosh DW, Faruqi AA, et al. Associations between the gut microbiota and host immune markers in pediatric multiple sclerosis and controls[J]. BMC Neurol, 2016, 16(1):182.

[14] Thompson SV, Hannon BA, An R, et al. Effects of isolated soluble fiber supplementation on body weight, glycemia, and insulinemia in adults with overweight andobesity: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials[J]. Am J Clin Nutr, 2017, 106(6):1514-1528.

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