肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 prevotella

肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 prevotella

谷禾健康

普雷沃氏菌属存在于人类中,帮助分解蛋白质和碳水化合物食物。也可作为条件致病菌,引起牙周和牙齿、肠道炎症、类风湿性关节炎、细菌性阴道炎等问题。

初识普雷沃氏菌

普雷沃氏菌(Prevotella)是革兰氏阴性菌、非运动性、杆状、单细胞,可在厌氧条件下生长。

Prevotella是一个大属,包括50多个不同的物种。大多数可以从口腔和肠道中分离出来。


普雷沃氏菌有助于分解蛋白质和碳水化合物食物。

普雷沃氏菌可以通过结合或附着在上皮细胞以外的其他细菌上定植,在以前感染的区域产生更大的感染

普雷沃氏菌的另一种生存机制是天然抗生素抗性基因,防止被消灭(TIGR)。

接下来,我们从肠道、口腔、阴道三个部位,来了解普雷沃氏菌与人体健康或疾病的关系。

肠道微生物组中的普雷沃氏菌

普雷沃氏菌通常被认为是一种与健康的植物性饮食相关的菌,在人体中发挥“益生菌”的作用。普雷沃氏菌属的减少与某些疾病相关。

自闭症

被诊断患有自闭症的儿童的普雷沃氏菌属丰度较低。婴儿普雷沃氏菌水平的下降与两岁时的行为问题有关。

过敏

研究人员分析了从2010年到2015年收集的数据,这些数据观察了怀孕36周的母亲以及她们1个月、6个月和12个月大的婴儿的粪便样本。有食物过敏的儿童(58名)与没有食物过敏的儿童(258名)进行了比较。

他们发现,20%没有过敏的婴儿的粪便样本中含有P.copri,而过敏婴儿的粪便样本中只有8%含有P.copri:母亲的粪便样本中含有P.copri,意味着婴儿产生过敏的风险更低。

多发性硬化症

在多发性硬化症患者的肠道微生物群中,缺乏Prevotella histicola

2019年开展的一项研究表明,单独使用Prevotella histicola治疗转基因小鼠或与多发性硬化药物Copaxone联合治疗,减少了与该疾病相关的促炎症反应

因此,该菌可能在多发性硬化症(MS)患者中有潜在的治疗作用,多发性硬化症是一种影响大脑和神经的自身免疫性疾病。多发性硬化症患者通常表现为微生物群失衡。

普雷沃氏菌是健康肠道生物群中必不可少的菌。然而,这种细菌是不是越多越好?
答案是否定的。

最新人类研究已经将普雷沃氏菌丰度的增加与局部和全身性疾病联系起来,包括牙周炎、细菌性阴道病、类风湿性关节炎、代谢紊乱和低级别全身性炎症。

肠道炎症

Prevotella intestinalis 定殖导致微生物群代谢变化,减少IL-18的产生,从而加剧肠道炎症,并可能导致全身自身免疫。

IBS-D

肠易激综合征 (IBS) 是一种慢性功能性胃肠道疾病,IBS-D是腹泻性,是 IBS 最主要的亚型。

肠道菌群的改变与内脏超敏反应的增加有关,富含普雷沃氏菌可能与 IBS-D 的高风险正相关

——可能原因如下:

1

普雷沃氏菌已被证实具有发酵和利用复杂多糖所必需的酶和基因簇(后面会详细介绍)。普雷沃氏菌可能与其他菌群相互作用,通过促进碳水化合物发酵诱发内脏超敏反应加剧IBS症状。

2

普雷沃氏菌含有在黏液蛋白降解中起重要作用的酶,可能导致肠道通透性增加

3

普雷沃氏菌与促炎功能有关。用普雷沃氏菌治疗小鼠可加重结肠炎。

类风湿关节炎

在人类肠道普雷沃氏菌中,最广为人知的是Prevotella copri。虽然P. copri不是普遍存在的,但当它被鉴定出来时往往是丰度较高的。

未经治疗的类风湿关节炎患者和类风湿关节炎患者的一级亲属中发现了Prevotella copri增加

有研究报道了类风湿关节炎患者的促炎TH17和TH1细胞免疫反应是由P. copri-特异性抗体介导的。

这些结果表明,未来P. copri可以帮助识别更易感染这种炎症性疾病的人。

注:类风湿性关节炎是一种自身免疫疾病,身体的免疫系统攻击关节内壁,导致炎症、疼痛和肿胀。

肥胖

普雷沃氏菌丰度高的健康超重成人在食用富含全谷类和纤维的随意饮食6周后,比普雷沃氏菌丰度低的受试者减脂更多。这进一步支持肠道类型作为肥胖症个性化营养管理的潜在生物标志物

普雷沃氏菌的高水平不仅与肥胖有关,且与非糖尿病患者的BMI指数胰岛素抵抗高血压非酒精性脂肪性肝显著相关。

高血压

与接受来自正常血压供体的微生物群的小鼠相比,从高血压患者体内富含普氏菌菌群植入的无菌小鼠,诱发更高的血压。

精神分裂症

研究表明,精神分裂症患者肠道菌群中,Prevotellaceae菌增加。

脑瘫

脑瘫患者和脑瘫伴癫痫患者儿童肠道菌群中Prevotella丰度均显著增加。

艾滋病

艾滋病感染者的粘膜和粪便中普雷沃氏菌明显升高

关键树突状细胞暴露于P.copri DSM 18205 可促进细胞因子的产生。普雷沃氏菌的增加可能有助于驱动感染艾滋病毒的人的慢性炎症

此外,艾滋病毒患者的乳酸菌:普雷沃氏菌比例往往较。乳酸杆菌:普雷沃氏菌比例的降低与中性粒细胞存活有关。

骨髓炎

普雷沃氏菌过度生长和乳酸杆菌的减少与小鼠骨髓炎的发病有关。模型小鼠普雷沃氏菌减少导致乳酸菌增加,对骨髓炎有保护作用。因此,普雷沃氏菌菌群的改变可能与骨髓炎的发生发展有关。

血流感染

血流感染一直是住院患者的一大威胁,尤其是老年人。一例90岁心力衰竭患者入院后高烧,病人血液培养瓶中发现厌氧菌——Prevotella copri. 患者肠道菌群也以普雷沃氏菌为主。提示未来的研究需要评估肠道微生物谱对血流感染高危患者的精确识别和靶向治疗的作用。

口腔微生物组中的普雷沃氏菌

口腔中有许多问题与口腔微生物群直接相关。

与牙周病相关的普雷沃氏菌:

P.intermedia、P.melaninogenica、P.bivia、P.nigrescens、P.disiens

炎症性牙周炎有关的三种菌

中间普氏菌Prevotella intermediaPrevotella nigrescens与炎症性牙周炎相关,如妊娠牙龈炎、急性坏死性溃疡性牙龈炎和成人牙周炎。

注:急性坏死性溃疡性牙龈炎也称为文森特病。这是一种严重的牙周炎,其特征是牙龈侵蚀、溃疡、咀嚼疼痛和口臭。

它们与牙龈卟啉单胞菌一起被称为产黑色素厌氧菌。这三种菌的生长都需要血红素作为的来源。在牙周炎患者的炎症和出血过程中,乳铁蛋白与中性粒细胞一起释放,这些菌被证明能结合乳铁蛋白。乳铁蛋白抑制牙龈卟啉单胞菌的生长,但对普雷沃氏菌没有抑制作用

无机铁和铁结合蛋白如转铁蛋白和乳铁蛋白不支持中间普氏菌的生长,而含血红素铁的化合物包括血红素、人血红蛋白、牛血红蛋白和牛过氧化氢酶可促进中间普氏菌的生长

中间普氏菌也是妊娠期牙龈炎中发现的主要菌种。

与吸烟有关的普氏菌

16S rRNA测序对316例中国健康人群口腔微生物群进行了分析,通过LEfSe分析,其中与吸烟有关的两种Prevotella菌: Prevotella melaninogenica(q = 8.48E-08)、 Prevotella pallens(q = 4.13E-03)

吸入性肺炎 — 可能由口腔厌氧菌群引起,包括:厌氧链球菌、梭杆菌属、拟杆菌属、产黑色素普氏菌Prevotella melaninogenica.

中间普氏菌 与 痛风/高尿酸血症 有关

研究表明,痛风和 高尿酸血症患者的唾液中,中间普氏菌Prevotella intermedia 含量显着高于对照组。双向地,当患者患有痛风或高尿酸血症时,口腔微生物群会发生巨大变化。

在对全身性疾病进行快速唾液检测时,唾液的 pH 值是一个重要因素。研究表明,pH 值降低的唾液会导致口腔微生物群在口腔中产生病理状况。痛风和高尿酸血症患者中间普氏菌Prevotella intermedia 含量高,导致 pH 值的酸度低于对照个体。因此研究人员认为,痛风和/或高尿酸血症患者更容易患牙周病。

普雷沃氏菌除了在肠道,口腔生存之外,也会出现在阴道。

阴道微生物组中的普雷沃氏菌

阴道微生物群的组成对女性的健康至关重要。阴道中的微生物失衡就出现细菌性阴道炎。

普雷沃氏菌是常见的阴道共生菌。然而,这种细菌占主导并不是什么好事儿。阴道粘膜普雷沃氏菌增多细菌性阴道病有关。这种细菌会破坏阴道的酸度,更容易受到感染

▴普雷沃氏菌是宿主遗传学影响下阴道生态失调的关键细菌群

一项研究调查了 542 名韩国女性双胞胎的阴道微生物群的遗传力及其与肥胖的关系。


该研究表明,表明乳酸菌普氏菌,其相对丰度与细菌性阴道病密切相关,分别是有益潜在致病性阴道微生物群中最具遗传性的细菌。

候选基因分析揭示了IL-5 的遗传变异与Prevotella丰度之间的关联。此外,宿主肥胖显著增加了与Prevotella相关的阴道微生物群的多样性。

▴Gardnerella vaginalis 和Prevotella bivia共生关系

Prevotella bivia 产生的脂多糖和氨是阴道粘液的一部分。它还与上皮细胞因子的产生有关,并促进其他阴道病相关细菌的生长,如阴道加德纳菌Gardnerella vaginalis,而后者又能刺激Prevotella bivia 的生长。

单独或与其他微生物联合,Prevotella bivia具有诱发早产、子宫内膜炎和其他子宫疾病的能力。

普雷沃菌是一个物种多样性很高的大属;物种之间的基因组多样性水平很高。在人类群体中,菌株变异为预测普雷沃菌在任何给定肠道生态系统中的功能增加了另一层不确定性

要预测它的功能,需要对这些物种的遗传潜力、生态、它们与现存其他微生物及其宿主的相互作用有更细致的了解。

营养代谢机制

普雷沃氏菌擅长从阿拉伯木聚糖低聚果糖提取短链脂肪酸丙酸

研究人员通过在体外发酵系统中测试纤维(来自高粱麸皮的阿拉伯木聚糖、来自玉米麸皮的阿拉伯木聚糖和低聚果糖),分析了普雷沃氏菌或拟杆菌的纤维利用能力。发现普雷沃氏菌产生的丙酸比拟杆菌为主导的微生物群多两到三倍

丙酸主要是通过琥珀酸途径形成的,并已被证明在肝脏中代谢。它能降低血清胆固醇和减少肝脏脂肪生成。

分解多糖

Prevotella copri 是人类肠道中最普遍的普氏菌种,它能够分解植物多糖和宿主来源的粘蛋白,但不能分解膳食来源的动物多糖。这可能解释了工业化的西方化人口中肠道Prevotella多样性下降的原因,这些人摄入较少的植物性食物。

复杂多糖消化的多样性和机制是由淀粉利用系统驱动的(前一篇文章有详细讲过)。在P. copri暴露于不同植物多糖时选择性过表达,而这种暴露影响了其生长能力。因此,肠道中P. copri的多样性越,可被潜在利用的复杂多糖类型的数量可能就越

不同的多糖利用决定肠道普氏菌种间竞争

为了研究普雷沃氏菌竞争与饮食的关系,研究人员从小鼠肠道中分离普雷沃氏菌,分析其体内基因组和转录组,并在小鼠体内进行物种间竞争实验。不同的普氏菌优势种在体内竞争相似的代谢生态位,这与特定多糖利用位点(PULs)的上调有关。

普雷沃氏菌扩增需要复杂的植物源多糖,而阿拉伯木聚糖对物种丰度有显著的影响。最具优势的普氏菌编码一种特殊的串联重复trsusC/D PUL,使阿拉伯木聚糖的利用成为可能,并在人类普氏菌中保存,尤其是那些纯素食者。这些发现表明有效的木聚糖利用是普雷沃氏菌优势的一个因素。


普氏菌除了内部的菌属之间竞争外,与其他菌也会相互作用。

普雷沃氏菌与其他菌相互作用

普雷沃氏菌和拟杆菌不能在同一环境中很好地共处。

普雷沃氏菌可减少铜绿假单胞菌P. aeruginosa诱导的囊性纤维化支气管上皮细胞炎症反应。



在混合感染中,普雷沃氏菌P. histiola和P. nigrescens通过改变NF-κB/MAPK信号通路,减少铜绿假单胞菌TLR-4的表达和细胞因子(IL-6, IL-8)的释放。

这种通过普雷沃氏菌减少炎症的机制可能为治疗慢性铜绿假单胞菌感染提供一种新的治疗方法。

饮食 ⇌ 普雷沃氏菌

普氏菌的组成和代谢活动在很大程度上受饮食调节,它们也可以影响食物的代谢。

低脂高纤维饮食的非洲儿童肠道普氏菌丰富

研究比较了非洲和意大利儿童的菌群,生活在布基纳法索农村的一个村庄里的非洲孩子,类似于新石器时代自给自足的方式(低脂肪高纤维饮食);而生活在佛罗伦萨的意大利孩子,处于典型的欧洲工业化环境(高蛋白高脂饮食)。非洲儿童的厚壁菌门显著减少(P<0.001),其中普雷沃氏菌和Xylanibacter菌丰富,短链脂肪酸含量较高(P<0.001)。

非洲儿童富含多糖的饮食塑造了他们的肠道微生物群,帮助最大限度地从纤维中摄取能量,同时也保护他们免受炎症和非传染性结肠疾病

Prevotella copri是饮食的重要生物标志物

与非素食者相比,素食者拥有更多的普雷沃氏菌以及更高的普雷沃氏菌/拟杆菌比率。



富含纤维的饮食与普雷沃氏菌类型有关,P. copri类型的碳水化合物分解代谢潜力增强。杂食性饮食相关的P. copri菌株中leuB基因的患病率较高,该基因参与支链氨基酸生物合成,是葡萄糖耐受不良和2型糖尿病的危险因素。

如何使Prevotella菌生长?

一项针对菲律宾儿童的研究中强调,香蕉和芒果中的维生素A和β-胡萝卜素刺激了Prevotella copri和Prevotella stercorea的生长。

膳食纤维诱导的葡萄糖代谢改善与普氏菌增加有关

研究人员比较了在食用大麦仁面包(BKB) 3 天后表现出改善的葡萄糖代谢的健康受试者的肠道微生物群组成。BKB 治疗后,应答者的普氏菌/拟杆菌比值高于无应答者。

普雷沃氏菌在BKB诱导的某些个体糖代谢改善中发挥了作用,可能是通过促进糖原储存增加


然而,单一饮食成分对普雷沃菌的影响不容易预测。

富含大麦仁的饮食增加了一些健康参与者的普雷沃菌水平,但没有增加其他人的普雷沃菌水平。

普雷沃菌对饮食的这些不同反应可能取决于许多因素:饮食和宿主的特定方面;存在的普雷沃氏菌的种类和/或菌株;以及其他微生物之间的相互作用。

结 语

普雷沃氏菌对人体而言既可以是有益的,也可以是有害的。

普雷沃氏菌菌株的基因组多样性可能有助于部分解释其对人类宿主之间饮食和健康状况反应的差异

需要更多的研究来进一步了解普氏菌的遗传潜力及其与宿主和其他细菌的相互作用,以揭示其对健康或疾病的调节特性及潜在的因果关系。

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