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肠道核心菌属——考拉杆菌属(Phascolarctobacterium),与减肥相关?

谷禾健康

Phascolarctobacterium,考拉杆菌属,专性厌氧革兰氏阴性细菌,可产生短链脂肪酸,包括乙酸盐和丙酸盐,并可能与宿主的代谢状态和情绪有关,在人体胃肠道大量定植。

每个人都有可能具有与其他人不同的个体特异性微生物遗传成分,并且可能从童年到成年持续存在。Phascolarctobacterium属物种在较长的时间内显示出相对较高的个体内稳定性。一项调查中国南方1-80 岁健康个体研究发现,随着年龄的增长(1至60岁),该菌数量逐渐增加,维持在高水平,但随着年龄继续增加老年人(> 60岁)的其数量反而减少)。

来自梅奥临床医学中心的研究人员研究发现比较容易减肥的人体肠道内考拉杆菌属水平较。该菌除了减肥同时也是肠道菌群动态平衡关键调节因素。

01

简介

Phascolarctobacterium 多形棒状杆菌,0.5 × 2.0 µm 至 0.5 × 5 –20 µm。在琥珀酸的存在下,小棒会变成带有多个分支的细长和碎片状的棒。革兰氏染色阴性、不运动、不形成孢子的化学有机营养物。丙酸是琥珀酸发酵的主要终产物。富马酸盐抑制其生长。在 30–37°C 时生长最快

系统发育上属于韦荣菌科,厚壁菌门。到目前为止, Succiniclasticum ruminis是最近的系统发育邻居。

DNA G + C 含量(mol %):41.4–42.3 ( Tm )

主要存在于人体肠道内,我们根据谷禾数据库认为其是基石核心菌

目前报告的3个物种如下:

Phascolarctobacterium faecium

Phascolarctobacterium succinatutens

Phascolarctobacterium wakonense

其中,Phascolarctobacterium faecium P. faecium)最早是从以有毒桉树叶为食的动物考拉中分离出来的,它可能与肠道菌群的解毒有关。因此,P. faecium可能在人体胃肠道中发挥有益作用。该菌种是一种专性厌氧和革兰氏阴性细菌,不形成孢子、不运动、分解酶,属于厚壁菌门。

它在普通琼脂上生长不良,但在培养基中添加琥珀酸盐可促进其生长。表明其利用生长需要琥珀酸

虽然在人类胃肠道的样本中经常检测到与P. faecium密切相关的未培养菌落,但文献中尚未描述从人类胃肠道中分离出Phascolarctobacterium和扩大培养物,从而限制了Phascolarctobacterium faecium相关的功能研究和临床应用。

Phascolarctobacterium wakonense从普通狨猴 (Callithrixjacchus) 粪便中分离出,他们不仅利用了琥珀酸,还利用了丙酮酸。补充丙酮酸后,他们同时产生丙酸和乙酸,而琥珀酸仅产生丙酸。

肠道菌群的遗传特异性可用来做宿主的“微生物指纹”。

研究发现人体肠道菌群的遗传特征比其相对丰度更具有个体特异性。其中Phascolarctobacterium succinatutens 的鉴别准确率达到了88%

02

哪些因素会影响其丰度

饮食模式

一项调查中国南方1-80 岁健康个体研究发现,随着年龄的增长(1至60岁),该菌数量逐渐增加维持在高水平,但随着年龄继续增加,老年人(> 60岁)的其数量反而减少。作者指出这种现象可能与饮食习惯有关。

考拉杆菌属专注于利用其他细菌产生的琥珀酸盐,同时,琥珀酸的主要生产者拟杆菌属和副拟杆菌属的丰度因高脂饮食增加,并且与体重正相关

老年人1岁以下个体消耗脂肪相对较少,体重相对较低,这可能导致拟杆菌属和副拟杆菌属减少,可用于考拉杆菌属的琥珀酸盐减少

已发现体重和脂肪量与Phascolarctobacterium丰度呈负相关,因此可以帮助预测肥胖风险

与年轻人相比,老年人群的体育锻炼较少,这可能是Phascolarctobacterium减少的另一个原因。

高脂饮食组富含拟杆菌属和Phascolarctobacterium,在人体肠道微生物群中,拟杆菌属产生乙酸和琥珀酸作为主要代谢产物。琥珀酸在肠道中的过量积累会导致腹泻,而利用琥珀酸的细菌的存在可能对人类有益。因此,Phascolarctobacterium可能和拟杆菌,尤其Bacteroides thetaiotaomicron(常栖息在人类肠道中,能够消化多糖)等菌存在共生

此外,除了Phascolarctobacterium,研究发现高脂肪饮食更有可能导致大量产生丙酸和乙酸的细菌物种,如奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)和韦荣氏球菌 (Veillonellaceae)。

淀粉类食物、谷物和奶制品,与较高Phascolarctobacterium 相对丰度。

一些小样本证据显示:

菊粉、岩藻多糖、中等剂量木糖醇可以增加Phascolarctobacterium 的丰度,但是低聚果糖的补充会降低Phascolarctobacterium。

此外,小檗碱二甲双胍可以显着增加这种菌,这反过来可能有助于这两种药物对宿主的有益作用。

与其他菌互作

人体肠道中存在多种微生物,其中一些被认为是相互作用的。大多数这些相互作用涉及细菌代谢物。考拉杆菌属Phascolarctobacterium几乎不用碳水化合物进行生长,而是使用琥珀酸盐作为底物。研究发现Bacteroides thetaiotaomicron产生的琥珀酸支持Phascolarctobacterium菌的生长和伴随的通过琥珀酸途径产生丙酸

丙酸生产的三种不同生化途径包括琥珀酸、丙烯酸酯丙二醇途径。拟杆菌属拥有琥珀酸途径,该途径也存在于Phascolarctobacterium。然而,由于缺乏延胡索酸还原酶,推测P. faecium JCM 30894 无法产生琥珀酸,这是琥珀酸途径的关键代谢物。因此,产生琥珀酸的细菌(如拟杆菌属)共存对于考拉杆菌属是必不可少的。

此外,从琥珀酸到丙酸的转化反应之一涉及甲基丙二酰辅酶 A 变位酶,它需要维生素 B12 。Bacteroides thetaiotaomicron 一些菌株缺乏维生素 B族 所需的上游基因12生物合成。

此外,发现Phascolarctobacterium与颤螺菌属一般呈正相关

在一项对 314 名中国健康青年样本的队列研究中,9 个核心属中的 8 个,包括Blautia、Clostridium、Ruminococcus、Faecalibacterium、Subdoligranulum、Roseburia、Coprococcus、Bacteroides,彼此之间呈显著正相关,而核心属Phascolarctobacterium与其他八个核心属呈负相关。综合谷禾数据库和相关研究结果:

环境条件

考拉杆菌属(Phascolarctobacterium),这些细菌与他们的种族/地理生活方式有关。通过对来自9个省份与自治区、7个民族的20个健康年轻人群的314名居民粪便进行16SrRNA测序,发现厚壁菌门、拟杆菌门、变形杆菌门和放线菌门是4种最主要的细菌门,其中,来自厚壁菌门的考拉杆菌属在人群中丰度占比较高

人体肠道微生物群是可塑的,与周围环境密切相关。医务人员在日常工作中不断与患者接触,并暴露于医院环境中,这种高风险的接触与暴露使很多病原微生物成为医务人员手部微生物群的一部分而被携带

万献尧教授团队2021年发表在《Clin Microbiol Infect》上的研究评估了医务人员与非医疗人员肠道微生物组的变化。与非ICU工作人员相比,ICU工作人员肠道内Phascolarctobacterium丰度显著增加

疾病状态

而与健康人相比,早期肝癌患者中,考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)和瘤胃球菌属(Ruminococcus) 明显减少

重度抑郁、阿尔茨海默病(AD)、自闭症等疾病中发现Phascolarctobacterium高富集尽管疾病组内异质性也较高,因此,有必要开展大人群队列和临床验证该菌对于神经类疾病的发生和发展贡献情况。

在参与一项小型研究的复发缓解型多发性硬化症(RRMS) 患者中确定了肉类消费与其如何影响肠道细菌、免疫细胞谱和新陈代谢之间的关系。发现许多与多发性硬化症和多发性硬化症患者残疾严重程度与肠道4种细菌产气柯林氏菌、Coprococcus come、Phascolarctobacterium succinatutensSutterella wadsworthensis正相关

Phascolarctobacterium属的减少结肠炎症的存在有关。

03

健康特性

阻止艰难梭菌定植

宿主免疫在肠道微生物群介导的对艰难梭菌感染 (CDI) 的定植抗性中发挥重要作用。研究发现人类微生物群相关小鼠中的 IL-22 信号传导调节宿主糖基化,这使得消耗琥珀酸的细菌Phascolarctobacterium 能够生长。在肠道微生物群中,Phascolarctobacterium降低了琥珀酸的可用性,这是艰难梭菌生长的关键代谢物,因此阻止了艰难梭菌的生长

Phascolarctobacterium有助于肺癌的免疫治疗

免疫检查点阻断(ICB),特别是PD1/PDL1轴的阻断,为非小细胞肺癌(NSCLC)的治疗开辟了新的标准。然而,尽管临床护理取得了重大进展,但许多患者仍然对这些疗法无效。PD-L1 表达和肿瘤突变负荷等生物标志物与 ICB 疗效相关Phascolarctobacterium在具有临床益处的患者富集,并与延长的无进展生存期相关,而Dialister在进展性疾病患者中的代表性更高,其较高的相对丰度与无进展生存期和总生存期降低相关,具有独立的预后价值多变量分析。

有助于减肥

研究发现,比较容易减肥的人体肠道内考拉杆菌属(Phascolarctobacterium水平较高,因此该菌也用来预测肥胖指标。而难以减肥的人体内则小类杆菌属(Dialister)水平较高。此外,在代谢综合征女性中观察到的Phascolarctobacterium属的丰度高于代谢综合征男性

04

结语

无论健康的核心细菌是如何定义的,以及群体研究中的鉴定结果有多么不同,可以肯定的是,普遍和优势的核心细菌对于宿主肠道稳态和健康至关重要。因此,重要的是发现一个全面的核心微生物群概况,以定义健康的肠道微生物群并指导它们对宿主健康的干预。

考拉杆菌属作为我们东方人肠道的核心菌属 ,其丰度高低对于维持健康和情绪等非常重要,后续期待更多关于该菌的深入研究信息。

主要参考文献:

Wu F, Guo X, Zhang J, Zhang M, Ou Z, Peng Y. Phascolarctobacterium faecium abundant colonization in human gastrointestinal tract. Exp Ther Med. 2017;14(4):3122-3126. doi:10.3892/etm.2017.4878

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Ogata Y, Suda W, Ikeyama N, Hattori M, Ohkuma M, Sakamoto M. Complete Genome Sequence of Phascolarctobacterium faecium JCM 30894, a Succinate-Utilizing Bacterium Isolated from Human Feces. Microbiol Resour Announc. 2019;8(3):e01487-18. Published 2019 Jan 17. doi:10.1128/MRA.01487-18

Bhandarkar NS, Mouatt P, Majzoub ME, Thomas T, Brown L, Panchal SK. Coffee Pulp, a By-Product of Coffee Production, Modulates Gut Microbiota and Improves Metabolic Syndrome in High-Carbohydrate, High-Fat Diet-Fed Rats. Pathogens. 2021 Oct 22;10(11):1369. doi: 10.3390/pathogens10111369. PMID: 34832525; PMCID: PMC8624503.

Zheng YH, Xu Y, Ma HX, Liang CJ, Yang T. Effect of High-Fat Diet  on  the Intestinal Flora in Letrozole-Induced Polycystic Ovary Syndrome Rats. Evid Based Complement Alternat Med. 2021 Jun 25;2021:6674965. doi: 10.1155/2021/6674965. PMID: 34257691; PMCID: PMC8257354.

肠道菌群与蛋白质代谢

谷禾健康

↑出现以上症状,可能是身体缺乏蛋白质的信号

★ 蛋白质有多重要?

蛋白质不仅是构建人体组织的主要原料,而且对新陈代谢至关重要膳食蛋白质及其代谢产物氨基酸是人类的必需营养素

蛋白质提供能量,调节代谢;我们的皮肤、骨骼、毛发都有它的参与;当然免疫系统也少不了它。

 肠道菌群参与蛋白质代谢

肠道微生物群介导蛋白质代谢宿主免疫反应之间的相互作用,在代谢过程中发挥重要作用。

小肠细菌能代谢部分氨基酸,进而影响宿主整体氨基酸的代谢。大肠拥有更丰富的菌群和更长的蠕动时间。

一方面,进入大肠的氮营养素影响大肠菌群的代谢和群落结构;另一方面,大肠菌群也能广泛参与氮营养素的代谢与利用,生成许多代谢产物,进而影响人体健康

因此,本文详细讨论蛋白质对人体的影响,肠道菌群与蛋白质的相互作用,肠道微生物群代谢产物的影响,文末有人体对蛋白质的需求量及相关食物补充说明。

我们先来看一下蛋白质的消化分解过程。

蛋白质的消化分解

小肠上皮细胞消化膳食蛋白质,然后吸收氨基酸和肽是一个高效的过程。高可消化的蛋白质可能部分逃脱小肠的消化,大量的含氮物质可能从小肠转移到大肠。未消化的蛋白质和多肽通过肠道微生物和残留的胰腺蛋白酶进行蛋白水解,产生大量的微生物代谢物。

胃肠道中的蛋白质分解代谢物

Zhao J, et al., Curr Protein Pept Sci. 2019

这些微生物代谢物中有些是中间产物,有些是最终产物。大量的最终产物主要是短链脂肪酸、氨、多胺、硫化氢、酚类和吲哚类化合物

这些细菌代谢物中的一些可以被运输到结肠细胞,并根据其在腔内的浓度对这些上皮细胞产生有益或有害的影响。一些细菌代谢产物被输送到门脉血,对肝脏和周围器官组织产生各种生理作用(这些代谢物在健康中发挥的作用详见本文后面章节)。

肠道微生物群在膳食蛋白质分解代谢中作用

宿主饮食对肠道微生物群的分布和活性有很大影响。膳食蛋白质或氨基酸调节可作为调节发酵细菌的一种方法。

在研究不同动物蛋白质来源(牛肉、鸡肉和鱼类)对人类粪便微生物群的影响的研究中,与牛肉蛋白孵育2天后,产气荚膜梭菌的数量显著增加双歧杆菌的数量显著减少

微生物分泌的酶直接降解分解蛋白

肠道微生物群在促进氨基酸调节以及氨基酸消化和吸收过程中的分泌方面起着至关重要的作用。

蛋白质的转换主要发生在肠道中,结肠细菌降解内源性或外源性蛋白质的效率较高

拟杆菌属(Bacteroides)、梭状芽胞杆菌属(Clostridium)、丙酸杆菌属(Propionibacterium)、梭杆菌属(Fusobacterium)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococcus)在蛋白质水解过程中发挥着重要作用。

粪便微生物群与结肠微生物群具有不同的蛋白水解活性。粪便微生物的活性仅在球状蛋白质的蛋白质水解方面较

发酵过程中,复杂蛋白质首先被各种细菌肽酶、蛋白酶和内肽酶切割,释放出游离氨基酸和短肽。氨基酸和短肽然后进行发酵。蛋白质发酵产生支链脂肪酸(2-甲基丁酸酯、异丁酸酯、异戊酸酯)、有机酸、气体(H2和CO2)以及微量酚、胺、吲哚和氨。

Yadav M, et al., Arch Microbiol. 2018

肠道微生物参与氨基酸代谢

一些菌群可能在肠道中的氨基酸代谢中发挥重要作用,例如梭杆菌属、拟杆菌属和韦荣球菌,Megasphaera elsdeniiSelenomonas ruminantium.

肠道内的梭菌属细菌(赖氨酸或脯氨酸利用的基础细菌)是氨基酸发酵的关键驱动因素,而消化链球菌属细菌是谷氨酸或色氨酸利用的关键驱动因素。

其他例如瘤胃细菌,Selenomonas ruminantium, Megasphaera elsdenii, Prevotella ruminicola, Misuokella multiacidas, Butyrivibrio fibrisolvens, Streptococcus bovis等含有极为活跃的二肽基肽酶和二肽酶。

微生物从头合成氨基酸

肠道微生物群产生氨基酸方面也起着关键作用,这包括从头生物合成

例如,一些体外研究项目表明,瘤胃细菌种类,如Streptococcus bovis,Selenomonas ruminantium, Prevotella bryantii,在生理肽浓度存在的情况下参与氨基酸的从头合成

Lin R, et al., Amino Acids. 2017

体内研究还表明,微生物衍生的赖氨酸(一种必需氨基酸)被吸收并并入宿主蛋白质。在无菌和常规化大鼠体内,将15NH4CL中的15N并入赖氨酸的比较表明,检测到的所有15N赖氨酸均来自微生物来源。在后续研究中,这些研究人员确定约75%的微生物15N标记的赖氨酸被小肠吸收

此外,其他体内研究项目表明,微生物衍生的赖氨酸被吸收并整合到宿主蛋白质中。与动物研究相一致,六名健康男性的样本以15NH4Cl的形式口服15N与标记肠道微生物来源的微生物蛋白和苏氨酸有关,这些微生物来源存在于活体门静脉血流中。

对18岁以上的人样本进行了检查,这些人被提供了氮充足的饮食,并发现微生物衍生的赖氨酸和苏氨酸游离血浆赖氨酸和苏氨酸库有显著贡献。

此外,Gill等人报告说,大肠中微生物群的富集是通过与必需氨基酸(EAA)生物合成相关的基因进行的,该生物合成基于人血浆池产生的前体。

蛋白质或氨基酸摄入对肠道微生物的影响

膳食蛋白质是均衡饮食重要组成部分。人类无法合成多种氨基酸,因此这些氨基酸必须从食物中获取以维持健康。胃肠道微生物群组成和功能的差异可能是由于膳食蛋白质的变化。

进入结肠的蛋白质量和尿液中检测到的发酵代谢物量取决于蛋白质的消化率,蛋白质消化由蛋白质水平来源共同作用决定。

当进展到结肠的远端部分时,碳水化合物被消耗,pH值增加,蛋白质发酵变得更加有效。在消化过程中,蛋白质摄入量增加总是与消化率相对降低有关,通常会导致更多可发酵的大量营养物质进入结肠。

不同形式蛋白对肠道微生物群影响不同

蛋白质来源主要来自植物动物来源,每种类型都具有独特的消化率不同的降解模式,具体取决于所涉及的微生物。结肠中的细菌属参与蛋白质代谢,主要包括可能致病的拟杆菌属、大肠杆菌属和梭菌属抑制这些潜在病原体通常与通过减少肠毒素有害微生物代谢物的释放来恢复微生态系统平衡有关。

考虑到蛋白质来源在消化中的作用,动物来源的蛋白质,如乳品和动物蛋白的消化率普遍高于植物蛋白。然而,酪蛋白的热分解显著降低了蛋白质的消化率,增加了蛋白质的发酵程度。下面就详细来看蛋白质来源如何调节肠道微生物群。

植物蛋白

与动物蛋白相比,植物蛋白通常具有较低的蛋白质消化率,因为植物细胞壁不能消化。大豆和花生蛋白都在调节肠道有益细菌组成方面有积极的作用。

添加20%花生蛋白的饲粮改变了大鼠肠道菌群多样性,增加了双歧杆菌,降低了肠杆菌和产气荚膜梭菌的数量。增加的双歧杆菌有助于产生更多的微生物代谢物,包括乙酸和乳酸,导致肠道pH值降低抑制有毒代谢物,如胺和苯并吡咯。

大豆已被广泛应用于人类和动物,它可以改变肠道微生物的组成,增加了埃希氏杆菌属和丙酸杆菌。系统发育分析显示,埃希氏杆菌属与志贺菌的同源性最高,两者都能在不损害肠道黏膜的情况下调节盐和水的代谢。但大豆中含有的抗营养因子会对生产性能产生负面影响,限制了其在非反刍动物中的应用。

植物蛋白被用于动物饲料行业,因为它的价格普遍低于动物蛋白,并且在食品安全方面具有一些优势。

动物蛋白

与植物蛋白相比,动物蛋白对于牲畜来说是高度易消化的酪蛋白、脱脂奶粉和鱼粉通常用作猪的饲料,它们可以被消化成丰富的蛋白质底物并在到达大肠之前被吸收。这些动物蛋白的代谢特性有利于宿主健康,特别是,对环境应激导致仔猪断奶后腹泻预防作用及一些植物蛋白中的抗营养因子。

酪蛋白可以近端肠道中的宿主酶消化,从而减少大肠中细菌的降解。具体而言,酪蛋白可以增加乳杆菌和双歧杆菌,并减少粪便中葡萄球菌、大肠菌群和链球菌的数量。此外,酪蛋白可以调节直肠真杆菌和Marvinbryantia formatexigens的减少。

补充脱脂干牛奶可以增加总厌氧菌和需氧菌,而膳食鱼粉可以减少需氧菌,包括大肠菌群,并增加厌氧菌的数量,如乳酸杆菌属。

此外,动物蛋白的特点是 短链脂肪酸减少,肠道 pH 值和氨浓度增加

显然,蛋白质来源对肠道微生物群的影响并不一致,需要更多的研究来评估不同蛋白质类型对蛋白质消化率和代谢以及肠道微生物群组成的影响。

蛋白质摄入量与肠道菌群

膳食蛋白质的浓度是影响蛋白质发酵和肠道微生物组成的主要因素。

更高的水平和未消化的蛋白质会导致致病微生物的增加,从而增加代谢疾病的风险。

Zhao J, et al., Curr Protein Pept Sci. 2019

未被小肠吸收的残留含氮化合物将被转移到远端肠道,并被该位置微生物代谢。微生物代谢物的数量和种类均受膳食蛋白质摄入量的影响

有些微生物代谢物是有毒的,例如硫化氢、氨和吲哚化合物,并可能对宿主健康产生负面影响。有些代谢物是参与宿主各种生理过程的生物活性分子。

此外,由于肠道微生态系统的稳态破坏和有益菌的减少,高浓度的蛋白质补充会导致潜在病原体数量增加。膳食蛋白质改变的肠道微生物群,通过调节肠道屏障功能、肠道运动和免疫系统来影响宿主代谢。

结肠中过量蛋白质发酵影响肠道微生物群变化

未消化蛋白质的增加与蛋白质摄入水平高、蛋白质消化率相对降低和氨基酸组成不平衡有关。结肠中多余蛋白质的降解始于细菌蛋白酶和肽酶将蛋白质水解成较小的肽和氨基酸。这些含氮化合物会影响肠道微生物群,尤其是结肠。

稍低蛋白浓度有助于减少大肠杆菌,但蛋白浓度过低会增加潜在致病菌

相对低浓度的膳食蛋白质会减少致病菌增殖的底物量。例如,人类饮食中低浓度的蛋白质导致粘膜表面的大肠杆菌群落减少。在较低蛋白质条件下肠道微生物的变化会产生毒性较小的含氮细菌代谢物,例如多胺。

然而,当饮食中蛋白质的浓度过低不能满足宿主的基本需要时,就会增加潜在病原体的丰度,减少有益菌的数量。

具体来看一项关于蛋白浓度变化对肠道菌群影响的研究。

断奶动物

蛋白水平适量:

断奶动物饲喂100-200g/kg的膳食蛋白质时,粪便中需氧菌和厌氧菌的数量会增加,这些蛋白质水平会导致肠道中乳酸杆菌的增加以及大肠菌群和葡萄球菌减少

蛋白水平过高:

然而,当膳食蛋白质水平大于 200 g/kg 时,致病菌数量会增加,例如大肠菌群、链球菌和芽孢杆菌。

蛋白水平过低:

低浓度的膳食蛋白质会减少产丁酸菌(这些菌群是抗癌和其他肠道疾病的抗炎剂),包括乳酸杆菌、双歧杆菌、saccharolytic(糖酵解菌)。

成年动物

成年动物中,在蛋白质水平的微小变化下,肠道微生物群相对稳健。例如,当成年动物分别用 190 g/kg 和 150 g/kg 蛋白质喂养时,粪便样本中的细菌数量几乎没有差异

在成年动物中,只有当蛋白质水平发生重大变化时,才能观察到微生物群的变化。

低蛋白饮食还与低浓度的氨血浆尿素氮和回肠食糜中的短链脂肪酸含量有关。肠道中的不是来自宿主脲酶活性,而是来自蛋白水解和微生物活动。因此,回肠食糜中低浓度的氨可能表明蛋白质代谢降低

蛋白质发酵产物对肠道微生物的影响

大部分膳食蛋白质在小肠中消化,但蛋白质摄入过多会导致结肠输入量增加。结肠中多余蛋白质的降解始于蛋白质被细菌蛋白酶和肽酶水解成更小的肽和AA,这些蛋白酶和肽酶在中性至碱性pH下更为活跃。这些残余蛋白质不仅提高了肠道pH值,而且还可供结肠微生物进一步代谢。

然而,碱性pH有利于病原体增殖,对肠道健康不利。此外,由于向肠道微生物群过量供应膳食蛋白质而导致的蛋白质发酵也被视为肠道疾病发展的一个因素。

虽然有报道称结肠蛋白输注过多会产生有害影响,仍有一些争议,但似乎较低量的蛋白到达远端肠道可能会降低腹泻的发生率,并抑制病原菌的增殖,特别是在应激情况下,如感染高压。

蛋白质的发酵通常与蛋白质发酵细菌以及潜在致病菌的生长有关。通过培养基分析,至少拟杆菌属和丙酸杆菌以及各种杆菌被鉴定为蛋白水解细菌,其中一些细菌的基因组中携带丝氨酸和其他蛋白酶的基因。

氨基酸为细菌提供代谢底物

饮食和内源性来源的蛋白质和氨基酸对于肠道微生物群的生长和存活是必要。

蛋白质水解后,释放的肽和氨基酸被宿主和胃肠道中的细菌用于各种代谢活动,虽然一些细菌缺乏使用细胞外氨基酸的特定转运体。

胃肠道中许多细菌的理想氮源氨基酸和NH3,可能是因为它们缺乏必要的肽转运蛋白。然而,如瘤胃前置杆菌等细菌利用肽作为氮的唯一来源。这些肽最初被输送到瘤胃前置杆菌的细胞中,然后直接使用或水解成FAAs。通常,肽、氨基酸和NH3可用于细菌细胞成分的生产或通过各种途径分解代谢。这些过程可能对身体产生有利或不利的影响。

蛋白质摄入与肠道屏障

肠道是一个具有高度蛋白水解活性的部位,主要由微生物群介导。这些蛋白水解代谢物以及肠道微生物(可通过蛋白质水平改变)通过调节紧密连接蛋白Zonulin在调节肠粘膜屏障中发挥重要作用。

Ma N, et al., Curr Protein Pept Sci. 2017

肠道微生物通过调节紧密连接蛋白ZO-1和ZO-2的表达来影响肠道上皮屏障。研究表明,在高蛋白饮食(HPD)中增加双歧杆菌可有效缓解结肠上皮细胞膜屈曲,上调ZO-1表达,有利于紧密连接修复。

相反,低蛋白饮食(low-protein diet, LPD)或正常蛋白饲粮(normalprotein diet, NPD)通过降低肠上皮通透性,降低大肠杆菌水平,从而上调ZO-1的表达。抑制大肠杆菌生长也可上调ZO-2的表达,从而保护肠上皮细胞,修复上皮屏障

连蛋白Zonulin是唯一已知的细胞间紧密连接生理调节剂,可能是微生物群和紧密连接蛋白之间的一种可能的调节剂。

Zonulin可逆且快速地调节肠道通透性,其在遗传易感个体中的上调可能导致免疫介导的疾病。其释放将由细菌数量的变化触发。

在上皮细胞中结合其受体后,该复合物导致紧密连接的开放并增加肠道通透性。

研究人员选择了4种细菌菌株作为兴奋剂,包括3种大肠杆菌菌株和1种沙门氏菌菌株,它们都是病原体,HPD增加。它们都释放了Zonulin并改变了细胞旁通透性。同时,观察到ZO-1从紧密连接复合物重新分布到细胞单层。

此外,不同的细菌会导致不同水平的Zonulin分泌,这会在不同程度上改变肠道屏障功能,反映微生物和肠道之间的急性调节。

氨基酸不均衡会诱发肠道问题

膳食蛋白质中的氨基酸可通过调节肠道微生物群组成间接影响肠道形态。此前有研究报道,低赖氨酸玉米蛋白会导致肠道绒毛高度降低,隐窝深度加深,提示肠道黏膜的损伤是由于饲粮中氨基酸比例失衡所致。

小肠上皮细胞可将氨基酸和其他营养物质吸收到血液和器官中,营养不良对肠道微生物群的干扰和影响可能导致肠道形态受损

断奶时观察到的腹泻可以通过低蛋白质水平和平衡氨基酸组成来缓解。然而,饮食中氨基酸的不平衡可能损害肠道形态,增加腹泻风险。因此,饮食中氨基酸失衡会抑制蛋白质吸收,导致肠上皮增生。

注意蛋白过敏或不耐受诱发的肠道问题

大豆中的粗蛋白质相对较高,约为40%,主要由球蛋白组成,球蛋白由伴大豆球蛋白和大豆球蛋白组成。这些球蛋白具有免疫原性热稳定性

大豆蛋白补充剂中抗原复合物的形成,如大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白和免疫球蛋白抗体,可能是刺激过敏反应和腹泻的原因。大部分膳食蛋白质在消化后降解肽和氨基酸

然而,还有一种可能性是,其他分子如一种抗营养因子,可以通过肠上皮细胞进入血液和淋巴。大豆中具有抗原活性的抗营养因子可刺激宿主的免疫应答。

免疫反应由具有IgE分泌的T淋巴细胞介导,其对肠道形态具有负面影响,导致绒毛损伤隐窝细胞增殖

此外,上皮细胞中消化酶活性的降低可能与吸收功能失调和肠道微生物群组成多样性减少有关。

由于其抗原性,膳食大豆蛋白可能有利于病原体增殖,这些抗原也可能是对粪便微生物群一致性产生不利影响的因素。

对大豆蛋白的超敏反应可能导致对病原体过度生长更高易感性,主要包括蛋白质代谢细菌以及肠致病性大肠杆菌。

大豆蛋白和其他植物蛋白通常含有抗营养因子,包括可溶性非淀粉多糖含量升高,可能增加断奶仔猪腹泻的发生率。

在大豆蛋白质代谢过程中,会产生各种毒素,如组胺、尸碱和腐胺,这些毒素会破坏肠壁增加肠上皮细胞的通透性。当病原体在管腔内定植时,可能发生肠道微生态失调

大豆蛋白被认为是一种相对健康的蛋白质来源。大豆经加工处理后,抗原活性有所降低,抗营养因子显著降低。Pepsin-hydrolysate conglycinin (PTC)是一种治疗后从球蛋白中提取的小肽,具有降低高血压、抗氧化和免疫刺激等药理和生理活性。

伴大豆球蛋白是大豆贮藏蛋白的组分之一,经消化和酶处理后以PTC的形式发挥作用。PTC可以抑制病理性大肠杆菌的生长,无时间依赖性,并且在 大肠杆菌E. coli O138激发后也被激活以预防疾病。

伴胰球蛋白-胃蛋白酶水解物参与调节肠道微生物群落平衡维持肠道完整性。当肠道微生态系统的稳态受到干扰时,生物活性肽可在预防与肠道疾病相关的疾病中发挥重要作用。PTC还通过产生胃蛋白酶介导的双歧杆菌生长刺激肽促进双歧杆菌的生长。然而,PTC对E. coli O138的抑制作用的潜在机制尚不清楚,需要进一步的研究来阐明。

酪蛋白与肠道微生物群

酪蛋白具有特殊的氨基酸组成,可以诱导肠道氨基酸转运蛋白基因的转录水平。肠道微生物群的组成和功能也受到氨基酸平衡改变的影响。

CAT1

阳离子氨基酸转运蛋白(CAT1)参与赖氨酸和精氨酸的转运。研究表明,对十二指肠和回肠中的CAT1没有显著影响。相反,与空肠中的膳食玉米醇溶蛋白相比,补充酪蛋白的CAT1表达水平更高。

因此,可以合理地得出结论,酪蛋白可促进赖氨酸和精氨酸的积累,这与补充酪蛋白的赖氨酸含量高于膳食玉米醇溶蛋白的报告一致。

肠道中赖氨酸和精氨酸的变化可能有助于酪蛋白对肠道微生物群的影响。CAT1的表达随着饮食中赖氨酸水平的增加而上调

EAAC1

兴奋性氨基酸载体1(EAAC1)参与天冬氨酸和谷氨酸的转运,其作用类似于CAT1。EAAC1在十二指肠中的表达水平被膳食玉米醇溶蛋白下调,而在空肠和回肠中,补充酪蛋白的EAAC1表达水平高于玉米醇溶蛋白或大豆蛋白。

PePT1

此外,肽转运蛋白1(PePT1)的表达也受到不同蛋白质来源的调控。与植物蛋白相比,膳食酪蛋白在所有肠段都有更高的PepT1表达。

因此,具有平衡氨基酸组成的膳食酪蛋白可以促进氨基酸和肽转运蛋白的表达。这种表达可以加速功能性氨基酸在肠道环境中的运输

赖氨酸、天冬氨酸和谷氨酸在管腔中的浓度受不同蛋白质来源的不同处理的影响。这些变化可以影响特定代谢物的衍生和转化途径,改变生理功能,改变肠道内的微生态平衡。

氨基酸还通过合成细菌蛋白质以及与肠道微生物群的相互作用对微生物组成起重要作用。

菌群发酵蛋白质主要副产物

短链脂肪酸

短链脂肪酸(SCFA)是细菌在大肠内代谢的最终产物,主要成分为乙酸、丁酸和丙酸。短链脂肪酸的基质主要来自膳食纤维抗性淀粉

然而,未消化的蛋白质也是短链脂肪酸产物的底物。膳食蛋白质在大肠中释放的几种氨基酸是短链脂肪酸合成的前体。肠道微生物可以从甘氨酸、丙氨酸、苏氨酸、谷氨酸、赖氨酸和天冬氨酸中产生乙酸盐。

谷氨酸和赖氨酸可以合成丁酸,丙氨酸和苏氨酸可以合成丙酸

短链脂肪酸产物的数量和形态主要取决于营养物质的底物可得性、肠道菌群组成和肠道传递时间。短链脂肪酸是已知的氧化和使用作为燃料的结肠上皮。

此外,SCFA可以靶向游离脂肪酸受体(FFAR)配体转运到结肠肠细胞,FFAR代谢感知的激活在调节肠道脂肪沉积和营养物质吸收中发挥重要作用。

短链脂肪酸与肠道血流相互作用,促进5-羟色胺的释放,这可能受到肠道-脑内分泌轴的调节。这有助于增加肠道运动和离子转运,从而改变肠道菌群组成和免疫防御

SCFA参与多种生理过程,在维持肠道完整性、葡萄糖稳态和食欲调节中发挥重要作用。除了为结肠细胞提供能量外,丁酸盐也是SLC5A8的底物。该蛋白编码基因抑制组蛋白去乙酰化酶的活性,而组蛋白去乙酰化酶是一种表观遗传调节因子,在多种肿瘤中诱导细胞凋亡。丁酸可以通过上调宿主防御肽的表达来刺激中性粒细胞群体,有利于破坏病原体,增强抗病能力。

氨在大肠中以毫摩尔浓度存在。与远端结肠相比,近端结肠的特点是pH值低,碳水化合物含量高。因此,从升结肠到降结肠,氨浓度升高,这与远端结肠的蛋白质代谢率高于近端结肠是一致的。

大肠中的氨浓度主要是与氨基酸脱氨尿素水解有关的微生物代谢物。肠道菌群可利用氨,氨可被上皮细胞吸收。尿素在肠道内的水解是通过细菌脲酶活性进行的。

虽然幽门螺杆菌的脲酶活性已经得到了充分的研究,但关于其他大肠微生物的脲酶活性的信息却很少。最近的一项研究报道,部分氨被谷氨酰胺合成酶的活性与l -谷氨酸缩合,使谷氨酰胺合成。这是一种可能的机制,以控制氨细胞内浓度在结肠细胞。

硫化氢 (H2S)

硫化氢(H2S)是蛋氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸发酵产生的一种微生物代谢物。H2S也来源于无机硫酸盐和亚硫酸盐添加剂的还原,以及肠道磺胺类物质的分解代谢。

肠道微生物能够通过脱硫酶从半胱氨酸碳链中获得能量。甲硫氨酸可转化为α-酮丁酸酯、氨和甲硫醇。这些代谢物归因于一个特定的分类组的细菌,包括大肠杆菌、肠沙门氏菌、梭菌和产气肠杆菌,通常在大肠中发现。

肠杆菌、肠球菌、肠链球菌、梭杆菌和真细菌能够发酵含硫氨基酸。

多胺

多胺是由精氨酸、鸟氨酸和蛋氨酸等氨基酸前体的结肠细胞产生的聚阳离子分子。从结肠癌中分离出来的结肠上皮具有高的多胺合成能力,这可能是由于肿瘤细胞持续有丝分裂需要高的多胺。

肠道微生物可鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸和组氨酸等氨基酸前体产生腐胺、胍胺、尸胺、酪胺和组胺等多种多胺

多胺参与细菌细胞的生长、增殖、分泌和运输活动。大肠生态系统中能够产生多胺的大肠细菌有多种,包括拟杆菌属(Bacteroides)、乳杆菌属(Lactobacillus)、Veillonella、双歧杆菌属(Bifidobacterium)和梭状芽胞杆菌属(Clostridium)。因此,肠道菌群组成影响结肠多胺分布和分配的因素之一。

苯酚和吲哚

结肠中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等芳香族氨基酸可被特定的肠道微生物代谢为酚类和吲哚类化合物。

然而,芳香氨基酸的代谢与结肠微生物群的特定组分之间的相互作用还没有充分的研究。一些代谢产物如酚和吲哚,被怀疑为共致癌物和结肠癌促进剂

已知发酵芳香氨基酸的厌氧菌包括大肠中的拟杆菌、乳酸菌、双歧杆菌、梭状芽胞杆菌和胃链球菌。与结肠中的其他氨基酸相比,芳香氨基酸在细菌中代谢缓慢。它们可以生产一系列的酚类和吲哚类化合物作为最终产品,如对甲酚、吲哚、酚和粪臭酚。

据报道,酪氨酸可产生苯酚和对甲酚,而苯乙酸和色氨酸在人体浆发酵过程中分解为吲哚乙酸盐和吲哚

在一项研究中,远端结肠中的酚类化合物浓度增加,表明大肠远端区域的氨基酸代谢较高。吲哚和酚类代谢物的浓度取决于细菌产生率和结肠吸收率之间的平衡。酚类化合物似乎大部分被结肠内容物吸收。它们在从管腔转移到血液和肝脏的过程中部分代谢,最后通过尿液排出。

对无菌和常规小鼠血浆代谢物的对比分析表明,无菌小鼠的色氨酸和酪氨酸水平至少增加了1.5倍。涉及这些芳香族氨基酸的细菌代谢产物包括硫酸吲哚氧基、硫酸苯酯、硫酸对甲酚和苯丙酰甘氨酸,仅在常规小鼠中发现。

关于酚类和吲哚类化合物对结肠上皮细胞的影响知之甚少。体外实验表明,苯酚会降低屏障功能的完整性。需要注意的是,当苯酚浓度高于1.25 mM时,它会损害结肠上皮细胞。

如果蛋白质摄入过量,或者肠道里消化蛋白质的菌群构成不理想,那么蛋白质发酵发生的胺,硫化氢,苯酚等肠道毒素过量积累,会诱发肠道炎症,便秘,腹胀等问题,因此正确摄入适量优质蛋白对于维持肠道菌群和身体健康很重要。

蛋白质摄入要因人而异

实际上,我们摄入的一些蛋白质可以转化为葡萄糖,特别是当蛋白质的消化速度快且人体糖原储存量低时,有些蛋白质可以被微生物群发酵,特别是当蛋白质的消化速度慢时。

每个人对蛋白质的需求量各不相同,比如经常运动人群和久坐人群对蛋白质的需求量不一样,孕妇、老人、儿童、肥胖等群体都有各自不同的需求。当然,每个人的不同状态对蛋白质的需求量也都不同,比如爬山的一天,和在家刷剧的一天,也是不一样的。

因此,我们说最佳每日蛋白质摄入量取决于你的身高体重、健康状况、目标、身体活动水平。

素食主义者对蛋白质的需求较高,因为植物蛋白在生物利用度上通常不如动物蛋白。植物蛋白消化率为 60-80%,而动物蛋白消化率超过90%.

注意植物蛋白的较难消化吸收

因为植物含有抑制蛋白质消化和吸收的抗营养物质,如胰蛋白酶抑制剂、植酸盐和单宁。虽然烧熟后确实降低了抗营养物质的浓度,但并不能完全消除它们。

另外,植物性蛋白质也含有限制性氨基酸,这些氨基酸是必须氨基酸但数量太少,以至于不够蛋白质的合成所需。

注:限制性氨基酸是指食物所含必需氨基酸的量与动物所需的蛋白质必需氨基酸的量相比,比值偏低的氨基酸。比如说一种食物里特别缺少某一种氨基酸,即使其它的氨基酸含量很高,因为这个氨基酸导致它的各个氨基酸比例不平衡。人体对这种食物的吸收依然不理想,这种氨基酸就叫限制性氨基酸。

结合不同的植物性蛋白质可以帮助弥补它们各自的不足。

摄入蛋白注意其氨基酸构成

比如说,赖氨酸是最常见的限制性氨基酸,特别是在谷类中,如小麦和水稻坚果往往也含有赖氨酸作为限制性氨基酸。另一方面,豆类含有足够的赖氨酸,可以弥补,但缺乏硫氨基酸,如蛋氨酸和半胱氨酸。

蛋白质能否被人体吸收利用,还应该考虑蛋白质的氨基酸组成

因此,了解一下评估蛋白质的另一个标准:氨基酸的组成。

氨基酸组成

蛋白质由氨基酸组成,身体可以合成其中一些氨基酸,而另一些则不能。

需要但不能合成、需要从食物中摄取的九种氨基酸被称为必需氨基酸(EAA)。

氨基酸:成人的需求和不同食物的含量

World Health Organization. Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrition

人群范围蛋白质摄入量如何?

使用谷禾检测人群,基于肠道菌群分析营养膳食摄入构成,图中给出了蛋白质占总能量摄入的占比,正常比例在10~20%范围。可以看出0~3岁蛋白质占比较高,3~15岁蛋白质占比较低,80~100岁比例又进一步下降。

<谷禾健康肠道菌群检测数据库>

结 语

蛋白质代谢与肠道菌群密切相关。膳食蛋白质在小肠中被蛋白酶和众多肽酶代谢,膳食蛋白质释放的氨基酸可用于肠道微生物合成蛋白质。这反过来又促进了饮食、微生物群和宿主之间的氮循环和利用。

不同的细菌有不同的代谢能力,依靠我们摄入的营养物质繁殖生存,其中拟杆菌属(Bacteroides)、梭状芽胞杆菌属(Clostridium)、丙酸杆菌属(Propionibacterium)、梭杆菌属(Fusobacterium)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococcus)在蛋白质水解过程中发挥着重要作用。通过肠道菌群检测评估的蛋白质摄入水平显示不同人蛋白质摄入及营养占比差异很大,过高或者过低均伴随肠道菌群问题,包括过低导致潜在病原体数量增加,有益菌减少,同时导致部分氨基酸缺乏,过高又导致例如大肠菌群、链球菌和芽孢杆菌增殖,蛋白质发酵产生的副产物如,腐胺,苯酚,硫化氢等增诱发便秘,腹痛等健康问题。

除了蛋白质的摄入量,不同的蛋白形式,如植物蛋白,乳蛋白、动物蛋白以及蛋白质与其他营养摄入的相对比例构成,如膳食纤维、抗性淀粉、脂肪、微量元素等的比例都会影响肠道菌群进而反过来影响其消化降解,改变氨基酸的合成和代谢,最终影响宿主营养代谢健康。

总之,我们提倡膳食平衡,没有特殊情况不建议盲目补充蛋白粉等,建议从膳食结构调整保证营养均衡,从而使各种营养都能达到生长发育和身体健康的生理需要量,这同时要关注肠道菌群状况,因为他们是相辅相生。

常见食物中氨基酸含量见附录。

附录

供人类食用的植物性食品中总氨基酸的含量

(肽结合氨基酸加上游离氨基酸) mg/g

Amino Acids in Nutrition and Health, 2021

人类动物性食品中总氨基酸的含量

(肽结合氨基酸加上游离氨基酸)mg/g

Amino Acids in Nutrition and Health, 2021


主要参考文献:

向上滑动阅览

Abdallah A, Elemba E, Zhong Q, Sun Z. Gastrointestinal Interaction between Dietary Amino Acids and Gut Microbiota: With Special Emphasis on Host Nutrition. Curr Protein Pept Sci. 2020;21(8):785-798.

doi: 10.2174/1389203721666200212095503. PMID: 32048965.

Ma N, Tian Y, Wu Y, Ma X. Contributions of the Interaction Between Dietary Protein and Gut Microbiota to Intestinal Health. Curr Protein Pept Sci. 2017;18(8):795-808.

Yadav M, Verma MK, Chauhan NS. A review of metabolic potential of human gut microbiome in human nutrition. Arch Microbiol. 2018 Mar;200(2):203-217. doi: 10.1007/s00203-017-1459-x. Epub 2017 Nov 29. PMID: 29188341.

Zhao J, Zhang X, Liu H, Brown MA, Qiao S. Dietary Protein and Gut Microbiota Composition and Function. Curr Protein Pept Sci. 2019;20(2):145-154.

Lin R, Liu W, Piao M, Zhu H. A review of the relationship between the gut microbiota and amino acid metabolism. Amino Acids. 2017 Dec;49(12):2083-2090. doi: 10.1007/s00726-017-2493-3. Epub 2017 Sep 20. PMID: 28932911.

肺炎克雷伯菌

谷禾健康

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae),也称弗里德兰氏杆菌,最早是由德国微生物学家和病理学家Edwin Klebs卡尔·弗里德兰德于1882年描述的。

01 肺炎克雷伯菌简介

肺炎克雷伯菌是一种革兰氏阴性不运动的,包囊的杆状芽孢杆菌,存在于人类和非人类灵长类动物的鼻咽和胃肠道中。属于克雷伯氏菌属和肠杆菌科。兼性厌氧的,氧化酶为阴性,并从乳糖产生酸和气体。它是一种肠内细菌,在5%的健康人的肠道中可见。也可以驻留在皮肤和口腔中。

肺炎克雷伯菌可以自然存在于健康个体的肠道和呼吸道中,具有健康免疫系统的人很少发生感染疾病。

肺炎克雷伯菌的扫描电镜观察 

图源:Janice Carr/Centers for Disease Control and Prevention (CDC)

肺炎克雷伯氏菌在人宿主中有两个主要的定植渠道:上呼吸道和肠道。肺炎克雷伯菌建立定植必须与这两个位置的微生物群和免疫系统建立的防御系统抗衡

表达多种致病性因子,包括多种粘附素,荚膜多糖,铁载体和脂多糖,可逃避宿主防御。例如,荚膜多糖(K抗原)可防止吞噬作用;染色体上携带的多种抗生素抗性基因等。

科学分类

  • 界: 细菌界 Bacteria    
  • 门: 变形菌门 Proteobacteria    
  • 纲:  γ-变形菌纲 Gammaproteobacteria    
  • 目:  肠杆菌目 Enterobacterales    
  • 科:  肠杆菌科 Enterobacteriaceae    
  • 属:  克雷伯氏菌属 Klebsiella

Trevisan 1885 emend. Drancourt et al. 2001    

02 肺炎克雷伯菌的人群分布

首先我们先来看看,肺炎克雷伯菌这种菌在人群中的分布情况究竟是怎样的?

我们从谷禾健康2019年近期检测人群肠道菌群样本抽取1.3万例样本,人群共计13358人,涵盖0~103岁人群。

其中肺炎克雷伯氏菌丰度占比超过1%的人群有3765例,占比28.2%。

谷禾健康肠道菌群数据库

肺炎克雷伯菌可以逃避人体的正常保护机制。除了攻击肺和膀胱等器官外,它还引发炎症反应,从而加剧发烧和发冷等症状。

接下来我们详细了解一下,克雷伯菌感染后会有哪些症状。

03 克雷伯菌感染的症状

在新的和旧的灵长类动物中,这种细菌都与脑膜炎,腹膜炎,败血病和肺炎有关。肺炎克雷伯菌是引起肺炎的人类呼吸系统的主要病原体之一。

当细菌直接进入人体内时,通常会发生克雷伯菌感染。一旦它们进入体内并在免疫系统的防御中幸存下来,它们就会影响各种器官。疾病的症状通常取决于感染开始的位置

感染包括泌尿道、血液、脑部等。克雷伯菌的感染迹象和症状会随感染部位的不同而不同

肺部感染

这类肺炎的主要症状是发烧和发冷,由于咳嗽,可能还会感到胸部不适,呼吸急促,疲倦。如果疾病已经蔓延很多,那么可能还会遇到一些其他症状,例如咳嗽时痰液浓稠,带血,通常被称为“黑加仑果冻痰”

像肺炎球菌一样,克雷伯菌属感染肺部一般会产生大叶性肺炎有黏液状的“粘液样”外观,并且上叶的原因不明。感染会导致血性坏死,微脓肿和空腔形成。部分克雷伯菌属还会产生慢性坏死性肺炎,并伴有疤痕和肺部解剖结构扭曲。

鼻部感染

感染克雷伯氏菌会导致鼻粘膜的恶臭消散(萎缩)。

克雷伯氏菌鼻硬膜炎可引起鼻硬化症,是鼻子和喉咙的破坏性结节性炎症

眼部感染

如果肺炎克雷伯菌(K. Pneumonia)感染了血液,那么它有可能会传播到眼睛并引起严重的感染,称为眼内炎。它主要引起眼睛的白色部分发炎

在较早阶段,这种感染会导致眼睛发红和轻度至重度疼痛。除了不适,还可能会从眼睛排出白色或黄色粘液。

当感染处于晚期时,会导致视力模糊和畏光。如果不加以治疗,细菌还会扩散到大脑中,并引起其他健康并发症。

血液感染

当肺炎克雷伯菌进入血液并对其进行感染时,通常会发生细菌血症。症状可能包括发冷,发烧,发抖,肌肉酸痛,疲劳和嗜睡。可能还会出现意识变化。败血症可作为反应发生。

脑膜炎

在某些由肺炎克雷伯菌引起的眼内炎中,微生物从患者的眼睛传播到大脑,并引起细菌性脑膜炎。但是,已知这种肺炎克雷伯菌很罕见,通常发生在老年人中。

当一个人患有这种类型的感染时,他们会突然发高烧,脑膜(大脑周围的保护层)感染可引起头痛,脖子僵硬,背部疼痛,疲劳。由于急性疼痛,许多人也会感到恶心和畏光的感觉。在极少数情况下,脑膜炎会引起癫痫发作。

如果不及时治疗,在某些情况下也可能导致患者死亡。

尿路感染

当肺炎克雷伯氏菌细菌进入人的尿道(包括肾脏,尿道和膀胱)时,会引起严重的尿路感染(UTI)。

起初由克雷伯菌引起的泌尿道感染通常不显示任何明显的体征。但是,随着感染的增加,开始出现许多严重的症状。

这可能会导致尿频排尿灼热感,膀胱急迫和尿失禁。其中,尿频是最常见的一种。它还可能引起发烧、小腹和骨盆区域的疼痛或不适。

这种感染通常发生在使用导尿管一段时间的患者中。通常,它在老年妇女中更为常见。

伤口感染

如果肺炎克雷伯菌通过瘀伤进入,可导致伤口愈合延迟,发红,脓液和疼痛,发烧,疲劳。

那么它也可以感染体或皮肤的软组织。这种类型的感染发生在那些因手术和受伤导致开放性伤口的人中。

可能会感到非常恶心,但是医生不一定能马上知道感染这种菌,肺炎克雷伯菌的感染通常以与其他感染相似的症状为特征。要经过诊断测试才能确认。

化脓性肝脓肿

肺炎克雷伯菌还可以感染肝脏,并在其中引起脓性病变,它被称为化脓性肝脓肿。这种类型的感染更常见于患有糖尿病一段时间或已经服用抗生素多年的人。

患有化脓性肝脓肿的人可能出现

轻度至重度发烧、呕吐(有血或无血)、急性腹泻、经常感到恶心、右上腹部轻度疼痛。

04

克雷伯菌亚种及来源

  • K. pneumoniae (肺炎克雷伯菌); 
  • K. granulomatis; 
  • K. mobilis; 
  • K. ornithinolytica;  
  • K. oxytoca; 
  • K. ozaenae; 
  • K. planticola; 
  • K. rhinoscleromatis; 
  • K. singaporensis;  
  • K. terrigena; 
  • K. trevisanii; 
  • K. variicola

克雷伯菌的其他种类包括产酸克雷伯氏菌植物肺炎克雷伯菌与肺炎克雷伯菌一起可引起人尿道和伤口感染。肺炎克雷伯菌的罕见亚种会引起特别严重的疾病。

K. ozaenae

是一种罕见的人类病原体,很少引起严重感染,被认为是萎缩性鼻炎的病因(萎缩性鼻炎:以粘液脓性分泌物、粘膜结痂和恶臭为特征)。K. ozaenae菌血症是一种罕见的临床问题。在文献中,只有十二病例报告。

K. rhinoscleromatis

可导致缓慢进展的疾病,称为鼻硬化症。在首次临床表现时,患者最初可能处于疾病的第一阶段(鼻炎),伴有鼻塞、结痂和恶臭。随着疾病进展到肉芽肿阶段,患者开始出现更明显的鼻塞、畸形、鼻衄、嗅觉障碍。

K.oxytoca

与新生儿菌血症有关,尤其是在早产儿和新生儿重症监护病房中。从新生儿菌血症患者中分离出来。

K. planticola

已从诸如小麦,水稻和玉米(玉米)等植物的根中分离出了K. planticola和某些肺炎克雷伯氏菌菌株,它们在其中起着固氮细菌的作用。

K. variicola

变栖克雷伯菌K. variicola于2004年被发现,它也存在于多种植物中,包括水稻,香蕉和甘蔗。这种细菌还已经从医院环境中分离出来,在医院中它可能像其他克雷伯菌一样,是一种条件致病菌。

Alfred Pasieka/science Photo Library 

05 肺炎克雷伯菌的传播和易感因素

肺炎克雷伯菌通常通过触摸,唾液交换和其他接触方式从一个人传给另一个人。没有被这种细菌感染的人也可以将其传播给另一个人。

它们还可以通过其他一些医疗设备传播,例如输尿管和静脉导管,呼吸机等。但是,肺炎克雷伯菌不能通过空气传播。

克雷伯菌肺炎通常发生在由于年龄,酒精滥用或糖尿病等导致免疫功能低下人群。常出现在酒精中毒或慢性肺部疾病等患者中,并且通常以医院感染的形式出现。

此外,易感因素包括营养不良,接触程度,不卫生的环境和遗传易感性等

具体易感因素如下:

1.开放性伤口

克雷伯氏菌微生物可以通过开放性伤口从一个人传播到另一个人。因此,如果有开放性伤口,那么受到这些感染的风险增加近35%。

2.酒精

酒精除了会使人醉,还会影响人的免疫系统并降低其整体能力。如果一周中的每一天几乎都喝酒,那么免疫系统可能会弱,从而增加感染肺炎克雷伯菌的风险。

3.癌症药物

通常用来治疗癌症的药物会降低人体免疫力。因此,细菌更容易在体内生长并引起感染。

4.服用抗生素

抗生素药物会降低免疫力。如果长期服用抗生素,那么感染克雷伯菌的风险就会大大增加。

5.肾衰竭

如果患有肾脏方面的疾病,那么患克雷伯氏菌感染的风险也较高。肾脏衰竭是又一个可能增加感染克雷伯菌感染的机会的原因。

6.年龄

已知衰老是最主要的因素之一,它会降低我们的免疫系统的能力。因此,肺炎克雷伯菌引起的感染通常在65岁以上的人群中更为普遍。

7.慢性肝病

肝脏有助于清洁血液中的废物成分,从而使免疫系统保持健康有活力。但是,如果一个人患有慢性肝病,肝脏就不能很好地清除血液中的废物。会降低免疫力,更容易感染细菌。

以上原因是较为常见的,当然还有一些其他原因,比如:

长时间使用皮质类固醇;  器官移植;  慢性阻塞性肺疾病;糖尿病;

使用受感染的输尿管导管;  进行重大的手术;  使用被感染的呼吸机。

06 肺炎克雷伯菌的诊断

医生可能进行病史检查,也会使用影像学检查来诊断感染(例如肺炎等),但肺炎克雷伯菌的诊断主要基于实验室检查

通常,由该菌引起的肺炎,脑膜炎,伤口感染和任何其他部位感染会感到恶心。医学评估通常着重于确定感染的原因并寻找并发症的征兆,例如脓肿。

 病 史   

医生会问是否发烧,恶心,咳嗽,呼吸困难,疼痛不适以及睡眠情况。可能还会问与患有类似疾病的人的接触情况。

 体 检   

检查将包括对体温,嗓子,呼吸音的评估,以及对腹部压痛的评估。将检查任何伤口或疼痛的皮肤区域是否发红,肿胀或发热。

影像学检查

这是最常见的检查之一,医生通常会要求患者进行这些检查以定位疾病的位置和传播。假如医生怀疑肝脏有病变,那么他会要求检查。

肺炎克雷伯菌通常会影响右上肺叶,并导致形成空腔以及引起脓液的组织死亡。这些会在胸部X射线上比较明显,这就是成像检查的原因。

根据症状可能还需要对腹部,膀胱,大脑或骨骼进行影像学检查。

诊断测试  

医生可能还需要取样,包括血液,粪便,尿液并进行微生物检测,具体取决于怀疑的感染。

甲痰样品可以检测细菌性肺炎。

检测是否有败血症可能需要血液样本

如果怀疑细菌性脑膜炎可能需要腰椎穿刺

如果伤口被感染,需要对感染区域的一小部分样本进行检测。

如果是腹泻,可能会送检粪便样本

以上样本会被送至实验室进行培养或测序,以便识别传染性细菌(及其对抗生素的敏感性)。

07 肺炎克雷伯菌的治疗及预防

抗生素治疗

如果患者感染了非耐药性肺炎克雷伯菌,通常会用抗生素治疗。可以口服或静脉注射。

医生可能会考虑的抗生素包括:

阿扎坦(aztreonam);

喹诺酮类;

第三或第四代头孢菌素,例如罗芬(头孢曲松);

碳青霉烯类,例如Primaxin(亚胺培南/西司他丁);

青霉素,例如佐辛(哌拉西林-他唑巴坦)

治疗持续时间因抗生素而异,但大致范围可能是2-14天。

此外,一定要告诉医生是否对青霉素过敏,青霉素过敏者无法服用某些抗生素。

# 抗生素耐药性 #       

肺炎克雷伯氏菌是革兰氏阴性杆菌,包裹在厚多糖胶囊中。

某些肺炎克雷伯菌已经进化,尽管可以通过单药治疗(包括青霉素或类似抗生素)有效地治疗某些克雷伯菌感染,但是对这些药物产生抗药性的生物的出现仍需要开发新的治疗方法。例如,肺炎克雷伯菌对β-内酰胺抗生素有抗性,β-内酰胺类抗生素包括碳青霉烯,青霉素和头孢菌素。

耐药性是由生物体合成称为碳青霉烯酶的酶的能力引起的,该酶会水解构成这些药物抗菌活性基础的β-内酰胺环。结果,耐药的肺炎克雷伯菌感染通常需要与结构多样的药物(例如β-内酰胺抗生素和氨基糖苷)联合治疗。

 手 术 

如果有脓肿,可能需要通过外科手术将其引流。根据脓肿的位置,这可能需要在诊所进行小手术,或者可能需要在医院进行外科手术。

通常,排脓后至少还需要几天的抗生素治疗。

其他治疗新方向——微生物群

肺炎克雷伯菌感染治疗有难度,因为大多数临床分离株均表现出对几种抗生素的抗性,从而导致治疗失败和全身性传播的可能性。

好消息是,国际顶级微生物学期刊《Nature microbiology》研究发现,成熟的微生物群推动了不同免疫防御程序的发展,从而在上呼吸道和肠道限制肺炎克雷伯氏菌在这些生态位内的定植。

肠道免疫保护取决于拟杆菌、白细胞介素IL-36信号和巨噬细胞的发育。拟杆菌的这种作用需要其保守的共生定植因子的多糖利用位点。相反,在上呼吸道,变形菌门通过IL-17A增强免疫力,但是肺炎克雷伯氏菌通过包囊IL-17A来克服这些防御进而有效定植

最终发现肺炎克雷伯氏菌的宿主间传播主要发生在其肠道贮存器中,而产生共生定植因子的拟杆菌足以通过IL-36阻止宿主之间的传播。

点此了解更多:

探索微生物前沿| 拟杆菌预防肺炎克雷伯菌定殖和传播

附录:预防感染肺炎克雷伯菌

有必要遵循所有预防措施,尤其是手部卫生。克雷伯氏菌主要通过人与人之间的接触传播,保持手部清洁是防止细菌传播的最佳方法

身体健康的人感染的几率较低,但是住院病人或免疫力低下者需要非常注意,勤洗手:

在准备食物或食用食物之前洗手;

使用浴室后洗手;

咳嗽、打喷嚏或擤鼻涕后洗手;

更换伤口敷料和绷带前后洗手;

在医院接触床头柜、床栏、门把手、遥控器和电话等表面后洗手。

早期诊断/治疗有助于降低发病率。

 主要参考文献:

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