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肠道核心菌属——巨单胞菌属(Megamonas)

谷禾健康

巨单胞菌属(Megamonas

巨单胞菌属Megamonas),厚壁菌门,梭状芽孢杆菌目的革兰氏阴性菌,发酵各种碳水化合物,终产物是乙酸、丙酸和乳酸。分离于人、动物和家禽的肠道。

巨单胞菌作为肠道核心种,可能是亚洲人种的特征。与炎症性肠病、结直肠癌、强制性脊柱炎(AS)、自闭症谱系障碍(ASD)、肥胖等疾病密切相关。

认识巨单胞菌属

巨单胞菌属Megamonas革兰氏阴性,专性厌氧嗜中温,亲糖,不产芽孢,杆状,不产芽孢,不运动。分离于人、动物和家禽的肠道。

doi.org/10.1099/ijs.0.65456-0

基于比较16S rRNA基因测序的系统发育分析表明,该菌种与“氨基酸球菌科(Acidaminococcaceae)” 的菌种聚为一类,故有研究者认为巨单胞菌属应归入厚壁菌门( Firmicutes )、巨单胞菌属的谱系中。

化能有机营养,发酵各种碳水化合物,终产物是乙酸、丙酸和乳酸。

属内成员有三个种:

Megamonas hypermegas(趋巨巨单胞菌)

Megamonas funiformis(单形巨单胞菌)

Megamonas rupellensis

此属的模式种为趋巨巨单胞菌 ( Megamonas hypermegale )。

目前该类型菌株M. funiformis JCM 14723M. funiformis菌株1CBH44的完整基因组已被报道,从健康日本男性的人类粪便中分离出来。

Megamonas rupellensis sp. nov,一种从鸭子的盲肠中分离出来的厌氧菌。

巨单胞菌属增加相关

结直肠癌

宏基因组和代谢组学揭示早期结直肠癌患者的肠道微生物群特征,对616名参与者进行了粪便宏基因组和代谢组学研究。在代谢组学研究中,他们发现:

在19.2%的患者(616名中的118名)中,巨单胞菌属(Megamonas)数量非常丰富。但在以往欧美受试者的肠道微生物群研究中,巨单胞菌没有被报道为优势属,只在中国个体的研究中发现,这表明该属可能是亚洲人群的特征;但在另外一篇研究中表明,炎症性肠病患者巨单胞菌属度显著降低。

Yachida S, et al., Nat Med. 2019

Megamonas funiformis 可以作为区分胆囊切除术后病人与普通人的生物指标。其丰度与胆囊切除术后结直肠癌的发展有关。

没有癌前期病变或结直肠癌的胆囊切除术后病人比起有癌前期病变或结直肠癌的胆囊切除术后病人其Megamonas. funiformis丰度更高。

此外,研究发现巨单胞菌属(Megamonas)相对丰度与结直肠息肉发病风险增大呈负相关。

Ren, X et al., Frontiers in oncology. 2020

强制性脊柱炎(AS)

研究共纳入207名研究对象(包括103名AS患者和104名健康对照),结果显示巨单胞菌属Megamonas)和链球菌属Streptococcus)是强直性脊柱炎组中相对丰度增幅最大的2个属,通过聚类分析发现,巨单胞菌属的相对丰度在 AS、溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)、RA 及银屑病等病种组间的欧氏距离较近,而与Ⅱ型糖尿病及腺瘤较远。

蒋光明,安徽医科大学,2021

自闭症谱系障碍(ASD)

肠道微生物群的改变可能会影响自闭症谱系障碍(ASD),患者中可能出现胃肠道(GI)生态失调。研究发现在自闭症儿童粪便中Megamonas丰度显著高于健康儿童。同时在矮身材儿童组Megamonas丰度显著高于健康组,表明维持一定丰度在巨单胞菌属在儿童神经和体格生长发育方面的重要作用。

Zou R, et al., Autism Res. 2020

注意缺陷/多动障碍 (ADHD)

注意缺陷/多动障碍(ADHD)是一种神经发育障碍,其特征在于持续存在注意力不集中、多动和冲动的症状,导致个体生活两个或更多区域的功能(ADHD)组在属水平上显示出较高水平的Dialister和Megamonas以及较低的Anaerotaenia 和 Gracilibacter 丰度。

Richarte V, et al., Transl Psychiatry. 2021

注意缺陷多动障碍患者巨单胞菌丰度提高。同时作者还指出巨单胞菌可作为区分多动症患者与正常人的指标之一。

肥胖

研究发现在肥胖和对照受试者之间微生物群的显着差异。肥胖组的Prevotella巨型单胞菌(Megamonas、梭杆菌属和Blautia显著增加。

Chiu, C.M., et al., BioMed research international, 2014

另外一项研究表明体重降低或营养不良与巨单胞菌丰度减少有关联。巨单胞菌的丰度与体重减轻率呈负相关,Megamonas的丰度与肥胖犬减重的速度呈负相关

急性缺血性脑卒中(AIS)

急性脑卒中(AIS)是一类脑部血液供应障碍引起局部组织缺血缺氧性坏死、相应神经功能出现缺损的不可逆性损害的临床综合征。同健康组比较,AIS组患者肠道中巨单胞菌属相对丰度上调,大肠杆菌属相对丰度下调。

通过将健康组和AIS患者肠道中巨单胞菌属和大肠杆菌属相对丰度进行分析,发现二者相对丰度及比值对潜在AIS具有一定诊断效能,可作为潜在的AIS诊断指标。

抑郁

部分研究报道巨单胞菌属的丰度在抑郁症患者中增加。脑卒中后抑郁患者巨单胞菌属水平上均显著高于对照组。巨单胞菌属与精神分裂症阳性和阴性症状量表(PANSS)总分呈正相关

但也有个别文献检测到其丰度在抑郁症患者中下降。实际变化需要进一步研究。

其他

在最近的一项研究中,根据16S rRNA测序结果,发现Megamonas、放线杆菌属、DoreaRuminococcus男性血清睾酮浓度呈正相关。

在另一项关于肠道微生物群性别差异的研究中,发现MegamonasPrevotella、梭杆菌属和Megasphaera在男性中比在女性中更丰富。前列腺特异性抗原(PSA)水平高(G3)组的Megamonas丰度低于中等PSA水平(G2)组;此外,观察到PSA水平与先前报道的其他属之间没有关联。暗示Megamonas雄激素代谢中具有潜在积极作用。

Kim HN, et al., J Pers Med. 2021

巨单胞菌属减少相关(证据不充分)

虚弱

虚弱是一种常见的老年综合征,主要根据症状进行诊断和分期。以确定这种综合征的微生物生物标志物收集了94名社区居住的老年人的血清和粪便样本,采用16SrRNA扩增子测序法测定粪便微生物群的粪便组成。

与对照组相比,来自虚弱组的粪便样本下列菌群具有较高的水平:

AkkermansiaParabacteroides, Klebsiella

而共生属较低水平菌群如下:

MegamonasFaecalibacteriumPrevotellaRoseburiaBlautia

推测其中Megamonas减少与老年人虚弱症状有关。

Xu Y, et al., Front Cell Infect Microbiol. 2021

炎症性肠病,白塞病,肝病等

IBD患者肠道中巨单胞菌属相对丰度显著降低。

与 正常个体相比,白塞病患者肠道中巨单胞菌物种的相对丰度显着降低。这可能与白塞病患者代谢物改变导致的 T 细胞畸变有关。

代偿期肝硬化患者巨单胞菌丰度下降。

老年血液透析(HD)患者巨单胞菌属减少。

血肌酐升高和血液透析可能影响肠道菌群的生存环境心力衰竭组与对照组相比,巨单胞菌属丰度降低。

干预调节

▾ 该菌丰度较少相关:

动物脂肪摄入过多,肠道中产生短链脂肪酸(SCFAs) 的细菌(如BlautiaMegamonas)的丰度显着降低

一项针对3500名加拿大儿童进行了从出生前直至青春期的持续追踪,其主要目标是为了发现过敏、哮喘、肥胖症及其它慢性疾病的根本原因。他们发现无论婴儿采用何种喂养方式(母乳喂养或配方奶喂养),直接补充维生素D滴剂的婴儿体内巨单胞菌属丰度都较低

▴ 该菌丰度增加相关:

在体外发酵条件下,含牛肉蛋白和鸡肉蛋白组巨单胞菌属(Megamonas相对丰度显著增加,有益菌相对丰度增加。

饮食中豆类消费的高频率与Megamonas属呈正相关,但是目前该证据样本量太小,还需要进一步研究。

抗性淀粉(RS)在小肠中不能被酶解,大部分在结肠被肠道微生物发酵。研究显示玉米,马铃薯可以增加巨单胞菌属丰度。

岩藻糖基硫酸软骨素(fCS)是从海参中提取的一种独特的天然硫酸软骨素类似物,fCS-Sc显著增加Megamonas(1.26倍)。

燕麦阿拉伯木聚糖 (AX) 刺激了鸭肠巨单胞菌和双歧杆菌的生长物种,其中巨单胞菌表现出最大的刺激。

在日粮中添加桑叶粉后,鸡肠道中的拟杆菌属、普氏菌和巨单胞菌属的相对丰度增加

结 语

作为亚洲人肠道重要的菌属——巨单胞菌属,关于其与疾病的研究还处于开始阶段。部分数据能说明其与炎症性肠病、结直肠癌、强制性脊柱炎(AS)、肥胖、神经系统的相关性。但具体的因果关系与分子机制仍待研究,可能的研究方向有巨单胞菌的代谢产物短链脂肪酸在机体中的作用以及其与免疫反应互作反应。p.s. 本文感谢提供部分资料的各位同学。

主要参考文献:

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Yachida S, Mizutani S, Shiroma H, Shiba S, Nakajima T, Sakamoto T, Watanabe H, Masuda K, Nishimoto Y, Kubo M, Hosoda F, Rokutan H, Matsumoto M, Takamaru H, Yamada M, Matsuda T, Iwasaki M, Yamaji T, Yachida T, Soga T, Kurokawa K, Toyoda A, Ogura Y, Hayashi T, Hatakeyama M, Nakagama H, Saito Y, Fukuda S, Shibata T, Yamada T. Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer. Nat Med. 2019 Jun;25(6):968-976. doi: 10.1038/s41591-019-0458-7. Epub 2019 Jun 6. PMID: 31171880.

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肠道核心菌属——毛螺菌属(Lachnospira)

谷禾健康

毛螺菌属Lachnospira),属于厚壁菌门,毛螺菌科Lachnospiraceae),该菌属存在于大多数健康人的肠道里,可能是一种潜在的有益菌,参与多种碳水化合物的代谢,尤其水果蔬菜中的果胶(一种复杂的膳食纤维和益生元)的能力很强,发酵导致乙酸和丁酸的产生为宿主提供能量的主要来源。

图片来源:microbiomology

先识毛螺菌科(Lachnospiraceae)

毛螺菌科(Lachnospiraceae)目前在NCBI中被描述为包括 58 个属和几个未分类的菌。毛螺菌属(Lachnospira是毛螺菌科的一个重要组成成员。

认识毛螺菌属之间先了解下毛螺菌科

人类结肠微生物群可以处理多种底物,包括蛋白质、寡肽、膳食多糖、内源性粘蛋白和逃避宿主消化的糖蛋白 。肠道菌群碳水化合物的代谢是向宿主提供营养和能量的关键过程

在厚壁菌门中,毛螺菌科、乳杆菌科和瘤胃球菌科水解淀粉和其他糖以产生丁酸盐和其他短链脂肪酸。

毛螺菌科Lachnospiraceae)的基因组分析揭示了其组内成员利用饮食衍生的多糖(包括淀粉、菊粉和阿拉伯木聚糖)的相当大的能力,但是在种和菌株之间存在很大差异。

毛螺菌科是一个系统发育和形态异质的分类群,属于厚壁菌门的梭菌簇 XIVa,毛螺菌科的所有成员都是厌氧的、发酵的和化学有机营养的,并且一些表现出强水解活性,例如通过果胶甲酯酶、果胶酸裂合酶、木聚糖酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、β-木糖苷酶α-和β-半乳糖苷酶的活性、α-和β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶或α-淀粉酶。

毛螺菌科存在于早期婴儿中,甚至在胎粪中也有发现。然而,毛螺菌科丰度的增加与衰老有关。毛螺菌科的丰度在患有不同疾病的受试者的肠腔中也增加了,尽管该科的分类群一再显示出它们为宿主产生有益代谢物的能力。

毛螺菌属(Lachnospira)

★ 形态和代谢

Lachnospira细胞形态呈直的或略微弯曲的棒状细胞,有的可能呈螺旋状。单细胞尺寸为 0.35–0.6×2.0–4.0 µm,DNA G + C 含量( mol %):38–45。细胞成对出现,有时呈长链状。细胞具有革兰氏阳性超微结构,严格厌氧

在 30–45 °C 下生长,在含有瘤胃液或酵母提取物、无机盐、果胶或聚半乳糖醛酸的厌氧培养基中生长。

化能有机营养,发酵代谢;发酵果胶、聚半乳糖醛酸、果糖和纤维二糖等乙酸盐、甲酸盐、乙醇和 CO2是聚半乳糖醛酸和果胶发酵的主要最终产物。也可能产生少量的H。果胶发酵时也会产生甲醇不产生琥珀酸盐、丁酸盐和丙酸盐。

不产生吲哚、过氧化氢酶或 H2S,不还原硝酸盐。不水解明胶或淀粉。主要存在于哺乳动物肠道,从牛瘤胃内容物和猪粪便和盲肠内容物中分离。

在肠道中,抗性淀粉和低聚半乳糖可以通过结合胆盐直接降低胆汁酸的浓度。Lachnospira等产生丁酸盐细菌的增加都间接导致胆汁盐浓度降低。

★ 分类和物种

Lachnospira(毛螺菌属)主要有以下结果物种:

Lachnospira rogosae

Lachnospira eligens

Lachnospira multipara

Lachnospira multiparis

Lachnospira pectinoschiza

模式种是多对毛螺菌(Lachnospira multiparus)。

以前的16S 的测试,可能会错误地将Lachnospira rogosae识别为乳酸杆菌。后来纠正这一错误并更新了数据库,重新正确重命名为Lachnospira rogosae

Lachnospira pectinoschiza 是从猪的结肠内容物中分离的能分解果胶的菌。但是该菌物种无法从羊的瘤胃内容物中分离出来,即使这些动物被喂食高果胶饮食。实验中果胶、聚半乳糖醛酸和葡萄糖酸盐是支持该菌快速生长的唯一底物。

不同的是,Lachnospira multiparus 是瘤胃内主要的果胶分解菌。它的碳水化合物代谢在实验室发酵罐的生长实验中进行的研究。

★ 哪些因素影响毛螺菌属

增加

食用富含纤维的植物性饮食与RoseburiaLachnospiraPrevotella属的丰度增加以及短链脂肪酸产量增加相关。

全谷物代替六周的饮食习惯精制谷物增加了 LachnospiraRoseburia,减少了肠杆菌科的成员,总体上产生了更有利的微生物景观。

全谷物:是指完整、碾碎、破碎或压片的谷物,其基本组成包括淀粉质胚乳、胚芽与皮层,各组成部分的相对比例与完整颖果一样。

全谷物不仅含有丰富的B族维生素、镁、铁和膳食纤维,还含有多酚、维生素E、单宁、类胡萝卜素、植酸、木质素和木脂素等常见抗氧化成分,而且还含有一些果蔬食品中少见但具有很高营养价值的抗氧化成分,如γ-谷维素、烷基间苯二酚、燕麦蒽酰胺等。比如:全燕麦,荞麦,黑米,小米,全麦等。

果胶是一种水果蔬菜中发现的复杂的膳食纤维和益生元。研究表明水果中纤维的消耗与健康成人肠道中大量的果胶分解细菌属Lachnospira 密切相关。果胶摄入增加梭菌属簇 XIV(LachnospiraDoreaClostridium),其中Lachnospira的增幅最大。

最近的一项研究发现Lachnospira与 β-胡萝卜素、维生素 E 和植物脂肪的摄入量呈正相关,而与肉类、总蛋白和胆固醇的摄入量呈负相关 。

洋车前子是一种广泛用于治疗便秘的药物。它将水分困在肠道中,增加粪便中的水分,缓解排便并改变结肠环境。研究显示洋车前子处理可以增加LachnospiraRoseburia 和 Faecalibacterium.

茶多糖维持了肠道微生物群的多样性,恢复了一些因糖尿病而减少的细菌属(毛螺菌属、罗斯氏菌和Fluviicola)的相对丰度。

茶多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、岩藻糖、核糖、半乳糖等组成。

葡萄不仅含有各种植物化学物质,如儿茶素,原花青素,花青素,亮氨酸花青素,槲皮素,山奈酚,二苯乙烯,鞣花酸和羟基肉桂酸酯,而且也是膳食纤维的良好来源。与基线相比,4周的葡萄粉摄入量显着增加三个属Akkermansia,Flavonifractor和毛螺菌属的相对丰度。

减少

将117名超重成年人随机均分为食用4次/周炸肉组和不食用炸肉组,干预4周,发现食用炸肉组的菌群多样性降低,LachnospiraFlavonifractor丰度降低Dialister、Dorea、韦荣球菌属丰度增加

越来越多的证据表明,众所周知的致癌驱动因素吸烟会影响肠道微生物组。一项研究针对 803 名成年人子集的吸烟和肠道微生物组使用16s测序进行了分析。

发现以前和现在吸烟者的粪便微生物组的整体组成与从不吸烟者有显着差异。相对于从不吸烟者而言, Lachnospira 和Tenericutes菌则被耗尽。这些变化在种族和族裔亚群中是一致的,表明吸烟会导致Lachnospira消失或减少

★ 与其他菌的相互作用(仅供参考)

毛螺菌过多相关

睡眠(夜猫子)

海法大学和以色列理工学院的合作研究项目发现,“早起的人”和“夜猫子”的肠道微生物组(寄居在消化道的细菌群)彼此不同。该研究将人们分为三种不同的‘时型’:

“云雀”——早起的晨型人,在早晨活力最好;

“猫头鹰”——晚睡的夜猫子,在早晨运作困难;

“中间群体”——大部分人属于这种。

研究结果指出了“云雀”和“猫头鹰”的微生物组之间的差异;在“云雀”中,细菌属Alistipes 的百分比更高,而在“猫头鹰”中,属于Lachnospira属的细菌更高,该细菌为产生丁酸盐的细菌,是一种短链脂肪酸,是睡眠和觉醒相关信号的来源。

其他研究也陆续发现包括毛螺菌属Lachnospira棒状杆菌属Corynebacterium 和 布劳特氏菌属Blautia 在内的几种微生物与睡眠质量呈负相关

调节肠道菌群是改善睡眠的可行路径之一,好好睡觉也可以帮助我们维护肠道微生态健康,好眠养好菌,好菌助好眠。

肝病

非酒精性肝脂肪变性疾病中毛螺菌属的丰度相对对照较高,同样在非酒精性脂肪肝中也发现毛螺菌属的富集。

毛螺菌过少相关

哮喘

哮喘是一种气道慢性疾病,尤其对于儿童。生命早期的特定细菌属与 1 岁儿童的特应性和喘息有关。越来越多的证据表明,其中一个原因可能是儿童在生命早期获得的健康微生物受到破坏。

加拿大健康婴儿纵向发育 (CHILD) 研究中发现,在生命的前 3 个月内,毛螺菌相对丰度的的下降与学龄前哮喘有关,并且 Lachnospira/Clostridium 比率可作为预测哮喘发展的潜在生命早期生物标志物

《Science Translational Medicine》上刊登了加拿大温哥华的不列颠哥伦比亚大学(UBC)Brett Finlay 等科学家的文章,他们采集了300多个婴儿在3个月和1岁时的便便和尿液样本,结果显示,粪便样品中缺乏四种细菌LachnospiraVeillonellaFaecalibacteriumRothia)的3个月的婴儿,后来在1岁时都显示出了早期哮喘的症状(喘息和皮肤过敏)

而那些在1岁时没有这些症状的孩子,无一例外在其3个月的粪便样本中含有大量的这四种微生物。检测这些肠道微生物即可预测这些孩子日后患哮喘的风险,通过控制这些肠道细菌的组成还有可能找到预防儿童哮喘的方法。

抑郁症

研究发现,LachnospiraRoseburiaFaecalibacterium与抑郁症状的严重程度呈负相关

自闭症

南医大刘星吟团队揭示在属水平上,Lachnospira 和Megamonas 在对照组内的2-3岁和7-11岁亚组中丰度较高,而自闭症组不存在此趋势

阿尔兹海默症

与健康对照组相比,阿尔茨海默病 (AD) 患者的肠道微生物组发生了改变。然而,以前的研究经常评估一直在服用药物或其他疾病干预措施的 AD 患者。此外,在一项研究中同时测定轻度认知障碍 (MCI) 或 AD 患者的肠道微生物组是罕见的。

与健康对照组相比,阿尔茨海默病患者的拟杆菌属、毛螺菌属和瘤胃梭菌减少,普氏菌属水平增加。而轻度认知障碍患者中这些属的变化方向与AD患者相同。然而,Lachnospira唯一一个在轻度认知障碍患者中的丰度在统计学上显着低于健康对照组的属,表明该菌属的关键作用。

慢性肾病

研究表明,与健康人群相比,慢性肾脏病人群的肠道菌群组成不同Lachnospira Ruminocococus gnavus 是很好的微生物标志物

食管鳞状细胞癌

口腔健康以及口腔微生物不佳与食管鳞状细胞癌(ESCC)的发生有很大的关系。中国淮安市第一人民医院的 23 名食管癌患者身上采集的粪便样本中含有丰富的厚壁菌门和放线菌门。根据这项研究, Lachnospira可用作食管鳞状细胞癌潜在的生物标志物。

系统性红斑狼疮

肠道微生物组与系统性红斑狼疮 (SLE) 之间相关性被越来越多的研究关注。研究表明Lachnospira与SLE风险呈负相关

慢性自发性荨麻疹

慢性自发性荨麻疹(CSU)是一种肥大细胞驱动的疾病,在过去几年中其病因和发病机制取得了许多进展。CSU的主要治疗方法是口服第二代抗组胺药。

然而,只有平均 50% 的 CSU 患者对常规或四倍剂量的非镇静抗组胺药有充分反应。同时,肠道菌群会影响药物的疗效。研究发现毛螺菌科及其下属分类群被发现是响应者和非响应者之间肠道微生物群的主要差异。而且Lachnospira是预测抗组胺药对 CSU 患者疗效的标志物

格雷夫斯病(GD)

格雷夫斯病(GD)是一种以甲状腺功能亢进为特征的全身性自身免疫性疾病。有证据表明,肠道菌群的改变可能与自身免疫性疾病的发展有关。研究发现GD患者中Lachnospira 相较于对照减少

肠癌

根据已有报道发现,两个丁酸盐生产者Lachnospira multiparaEubacterium eligens在结直肠癌中含量降低,生成硫化物的细菌Desulfovibrio vietnamensisD.longreachensisBilophila wadsworthia 增加。

大肠癌是由大肠息肉(腺瘤)和粘膜内癌一步步演变而来的(多阶段癌变)。研究表明,双歧杆菌属(Bifidobacterium)的细菌群会在粘膜内癌阶段减少。另外,作为丁酸产生菌的多毛毛螺菌(Lachnospira multipara)和挑剔真杆菌(Eubacterium eligens从粘膜内癌阶段到晚期大肠癌阶段一直持续减少

胃癌

胃癌患者肠道菌群的特点是物种丰富度增加,丁酸产生菌减少,以及其他共生细菌的富集,尤其是乳酸杆菌、埃希氏菌和克雷伯氏菌。据报道乳杆菌属和毛螺菌属是胃癌相关细菌属网络中的关键物种。毛螺菌属、乳杆菌属、链球菌属、韦荣氏菌属的组合在区分胃癌患者和健康对照方面表现出良好的表现。

2 型糖尿病 (T2D)

肠道微生物组可能在与 2 型糖尿病 (T2D) 发展相关的炎症中发挥作用。横断面研究发现 2 型糖尿病患者中毛螺菌属和消化链球菌科较少

与对照大鼠相比,糖尿病大鼠肠道菌群中厚壁菌属的比例增加而拟杆菌属的丰度降低,菊粉治疗可使糖尿病大鼠的肠道菌群组成恢复正常。

与未治疗的糖尿病大鼠相比,接受菊粉治疗的糖尿病大鼠的益生菌乳杆菌及可产生短链脂肪酸的细菌(如毛螺菌属、考拉杆菌属及拟杆菌属)丰度会明显增加,可产生脂多糖的脱硫弧菌属丰度会降低。进一步分析发现,毛螺菌属的丰度与葡萄糖负荷后的血糖反应呈负相关

白塞病

在白塞病 (BD) 中,一种自身炎症性血管炎,不平衡的肠道微生物群可导致促炎反应。与对照相比,BarnesiellaceaeLachnospira显着减少与 BD 患者有关。

尽管毛螺菌属是一个重要的肠道菌属,但是目前关于该菌的研究和证据还不是很多,还仅限于关联性研究,在机制方面研究较少,以上文中主要的健康相关性证据支持还不充足,需要更大队列来探讨。

总的来说,该菌是一个对健康有益的菌,更深入地了解其与宿主相互作用的机制将有利于我们干预肠道菌群,最终目标是将其用于预防和治疗肠内外疾病。

主要参考文献:

Carasso S, Fishman B, Lask LS, Shochat T, Geva-Zatorsky N, Tauber E. Metagenomic analysis reveals the signature of gut microbiota associated with human chronotypes. FASEB J. 2021 Nov;35(11):e22011. doi: 10.1096/fj.202100857RR. PMID: 34695305.

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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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肠道核心菌属——普拉梭菌F. prausnitzii,预防炎症的下一代益生菌

谷禾健康

Faecalibacterium prausnitziiF. prausnitzii普氏栖粪杆菌,又名:普拉梭菌,是人类肠道菌群中最重要的细菌之一,占健康人粪便样本中检测到的细菌总数的 5-15%,是丁酸的重要生产者之一,具有抗炎作用维持细菌酶的活性,保护消化系统免受肠道病原体的侵害。

已经证实,患有慢性便秘、乳糜泻、肠易激综合征和炎症性肠病(包括克罗恩病和溃疡性结肠炎)的个体中这种微生物的数量减少。此外,在 2 型糖尿病、结直肠癌和银屑病患者中观察到较低水平的F. prausnitzii

F. prausnitzii 数量的变化可能是人类肠道菌群失调的迹象,科学家们将其视为下一代益生菌的候选者

01 简 介

Faecalibacterium prausnitzii,革兰氏阴性,对氧极度敏感,是柔嫩梭菌类群的优势菌,属于梭菌科,厚壁菌门。该物种属于Clostridium cluster IV分组的Clostridium leptum group柔嫩梭菌类群,是该类群的最优势菌种,占64%左右。一般中文翻译柔嫩梭菌指的就是这个类群,其代表物种就是普氏栖粪杆菌,又名普拉梭菌

普拉梭菌的扫描电子显微镜图像

Plateforme MIMA 2, T. Meylheuc

直到 2000 年代中期,16S rRNA 文库的高通量测序和粪便 DNA 的宏基因组分析显示F. prausnitzii是人类肠道中最丰富的细菌之一,人们才完全意识到该物种对人类健康的重要性细菌总数的 5–15%

在婴儿早期,Faecalibacterium prausnitzii 的数量非常低,并在原定殖细菌建立后增加。同时,在克罗恩病 (CD)和溃疡性结肠炎 (UC) 等各种炎症性肠病 (IBD) 以及结直肠癌 (CRC) 和 2 型糖尿病中观察到 F. prausnitzii 水平降低

F. prausnitzii 生长繁殖肠道理化调节

  • pH值

F. prausnitzii 生长的最佳 pH 值范围在 5.7 和 6.7 之间,这是在结肠中发现的 pH 值范围。尽管在 5-5.7 的 pH 值范围内菌株之间的耐受性存在差异,但在 3.5 和 4.5 的 pH 值之间没有观察到生长。这表明 pH 值影响F. prausnitzii 沿肠道的分布。

该菌在健康受试者和肠道疾病患者的十二指肠(pH 范围 5.7-6.4)和回肠末端中也被检测到。据报道,溃疡性结肠炎和克罗恩病患者经常出现酸性大便,因此仍有待证明肠道局部 pH 值是否会调节F.prausnitzii 在肠道疾病(如 IBD)患者中的丰度和组成

  • 胆汁浓度

F. prausnitzii 胆汁盐生理浓度的轻微增加也高度敏感,这为克罗恩病患者表现出的F. prausnitzii丰度减少提供了一个合理的解释,因为这些患者的胆红素浓度增加尤其是那些有回肠疾病受累和接受过肠切除术的患者。

此外,据报道,分离株之间的耐受性存在差异,尤其是胆盐浓度为 0.1% (wt/vol) 时,表明胆汁盐浓度的变化可能决定F. prausnitzii亚型组成的变化。由于克罗恩病患者的胆盐成分也发生改变,需要进一步研究以确定F. prausnitzii是否对某些类型的胆盐成分具有更高的敏感性,并确定不同的胆汁盐谱是否会改变 F. prausnitzii 亚型组成

  • 氧气

F. prausnitzii对氧极为敏感,但它能够通过在黄素和半胱氨酸或谷胱甘肽存在的情况下使用细胞外电子转移来承受肠粘膜中发现的低水平氧气 。最近,已经证明,当与这些抗氧化剂和菊粉作为冷冻保护剂一起配制时,菌株 A2-165 可以在环境空气中保持活力 24 小时。因为氧气梯度在定义结肠中微生物的空间组织方面具有重要作用,确定F. prausnitzii亚型之间的氧耐受性是否存在差异,以及它否与粘膜的发炎状态相关,将会很有趣

  • 营养素

F. prausnitzii的必需营养素的可用性和有效性可能会影响其在肠道中的分布。

F. prausnitzii的全局营养需求已经通过人工策划的代谢重建进行了调查,该重建确定了几种氨基酸和维生素作为生长因子。体外实验表明,F. prausnitzii可以通过代谢交叉喂养直接或间接地代谢纤维乙酸盐消耗是F. prausnitzii生产丁酸盐的主要驱动力。当这两个物种在低聚果糖上一起生长时,青春双歧杆菌释放的醋酸盐的消耗已被证明会刺激F. prausnitziiF. prausnitzii可以代谢来自宿主和饮食来源的底物,菌株之间存在一些差异。

F. prausnitzii分离株可以使用简单碳水化合物生长良好,但菌株之间在发酵更复杂碳水化合物的能力方面存在一些差异,例如那些来自宿主或饮食的碳水化合物,尽管大多数F. prausnitzii菌株都能够发酵菊粉,但研究结果表明,其中只有两种菌株可以在该基质上生长良好。这支持观察到该益生元在营养干预中对该物种的刺激,并表明只有F. prausnitzii种群的一些成员受到菊粉的选择性刺激。

该物种的菌株利用肠腔中发现的其他多糖的能力有限,例如阿拉伯半乳聚糖、木聚糖和可溶性淀粉。大多数分离株可以在苹果果胶上生长,并且能够使用一些果胶衍生物。体外研究表明,在生理条件下,F. prausnitzii可以在某些类型的果胶发酵中发挥关键作用,并且可以与其他肠道细菌成功竞争这种底物。

最近一项基于普拉梭菌 A2-165菌株功能代谢图的研究预测其无法合成氨基酸丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、丝氨酸和色氨酸。通过对其他F. prausnitzii菌株基因组的进一步分析,已经观察到维生素和辅助因子(例如:生物素、叶酸、烟酸、泛酸、吡哆醇和硫胺素)的营养缺陷型,并且菌株之间似乎存在与核黄素生产有关的一些差异,这可能是由于菌株间差异。

相比之下,该物种已被预测为钴胺素生产者。有证据表明,一些 IBD 患者易患钴胺素缺乏症,但尚未确定这种情况的原因。由于缺乏一致的临床数据表明 IBD 患者易患这种缺陷,因此确定它是否与肠道中钴胺素生产者的消耗有关会很有价值。

F. prausnitzii与肠道微生物群其他成员的关系

F. prausnitzii在肠道中与C. coccoides组和 Bacteroidetes 的几个成员共同发生。有人提出F. prausnitzii可能依赖其他物种(如拟杆菌)进行交叉饲养。在共培养实验中,观察到F. prausnitzii 的发酵活动过程中,多形拟杆菌B. thetaiotaomicron)正在发酵果胶。表明后者产生的乙酸盐促进F. prausnitzii 的生长。此外,B. thetaiotaomicron对果胶的初始发酵可以释放果胶衍生物,然后可以被F. prausnitzii使用。

最近对大鼠模型的研究表明,F.prausnitzii 需要预先存在后,B.thetaiotaomicron才能在肠道定植。已经反复观察到无法维持F. prausnitzii单相关动物模型 并且还描述了一种小鼠模型,其中F. prausnitzii植入胃肠道需要用大肠杆菌预先制备,表明F. prausnitzii和其他菌群存在密切关系。在 IBD 患者中发现了这两种物种之间的相关性,根据疾病位置观察到正相关或负相关。这表明一个种群对另一个种群的影响,尽管还不能排除宿主因素的影响。

F. prausnitzii 的分类学和系统发育

已经确定Faecalibacterium属与厚壁菌门、梭菌类和瘤胃球菌科中的梭菌群 IV的成员有关。目前,F. prausnitzii是唯一成功分离的粪杆菌属物种。

  • F. prausnitzii 种内多样性

最近对分离株的系统发育表征确定该物种包括两个系统发育群,它们具有 97% 的 16S rRNA 基因序列相似性。其中分类群 I 的减少是肠道炎症的更敏感标志物。迄今为止,大部分可用的基因组和生理数据是使用分类群 II 菌株收集的。

F. prausnitzii基因组之间的平均核苷酸同一性水平非常低,而基因组的可塑性却很高。两个基因组可以根据功能基因互补的差异进行分离,尽管这种划分与基于保守基因系统发育的分离不完全一致,突出了水平基因转移在塑造F. prausnitzii 中的重要性基因组。两个基因组之间的差异主要在于与碳水化合物分解代谢相关的基因(例如分类群 I中预测的唾液酸酶基因)和氨基酸的互补,以及防御机制。

值得注意的是,最近对健康和患病肠道样本中物种多样性和丰度的研究表明,存在其他F. prausnitzii系统发育型,并且不能排除Faecalibacterium属内其他物种的存在。这些已经通过分析粪便样本中总体细菌群落的分子方法估计,代表大约 2% 的粪杆菌序列,并使用物种特异性引物。有趣的是,罕见的系统发育型主要是从患有肠道疾病的受试者身上发现的。

02F. prausnitzii 的健康益处

产生丁酸,维持肠道稳态

Faecalibacterium prausnitzii 一直被报道为肠道中发现的主要丁酸盐生产者之一。丁酸盐在肠道生理学和宿主健康中起着至关重要的作用。丁酸盐结肠细胞的主要能量来源之一,能够保持肠道内壁的完整性,防止病原体通过肠道进入人体。它刺激绒毛的生长 (肠道屏障上的微观挤压)并促进粘蛋白的产生,粘蛋白是一种覆盖肠道内壁的保护性凝胶。此外,丁酸盐通过增加紧密连接蛋白的合成和抗菌肽的产生来参与结肠屏障的增强。

肠道屏障依赖于 T 连接蛋白来防止肠道内容物泄漏到血液中。丁酸盐通过激活 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK) 来促进紧密结合的 T 连接蛋白。

丁酸盐可以通过调节肠腔 pH 值来调节肠道微生物群,这对产生短链脂肪酸的细菌有益,丁酸盐可以保持上皮缺氧并限制硝酸盐呼吸依赖性细菌的过度生长以维持肠道稳态

丁酸盐是由某些细菌在乳酸发酵过程中产生的。然而,乳酸也是硫酸盐还原菌的首选能源,硫酸盐还原菌会产生硫化物并抑制结肠细胞对丁酸的氧化。IBD 中产生丁酸盐的菌的消耗可能会削弱已经脆弱的肠上皮细胞,导致共生或低致病性细菌的入侵,随后激活免疫活性细胞。

产生丁酸,抗炎抗肿瘤

丁酸盐可以通过抑制 NF-κB 转录因子激活、上调 PPARγ抑制干扰素γ减轻肠黏膜炎症。

此外,F. prausnitzii已被证明可以产生许多具有抗炎特性的物质,包括一种 15 kDa 的蛋白质“微生物抗炎分子”(MAM),它能够抑制肠上皮中的 NF-κB 通路细胞和预防小鼠 IBD 模型中的结肠炎 。而且,丁酸盐可能通过抑制组蛋白脱乙酰酶活性来抑制炎症反应,导致组蛋白过度乙酰化和抑制 NF-κB 活性。

Faecalibacterium prausnitzii 上清液已被证明可以抑制促炎性 IL-8 免疫蛋白的产生。

F. prausnitzii 还通过激活产生 IL-10(一种抗炎蛋白)的 T 细胞来帮助对抗炎症。

F. prausnitzii 的抗炎机制

额外的抗炎特性归因于该菌还通过其诱导耐受性细胞因子谱的能力(促炎细胞因子如 IL-12 和 IFN-γ 的分泌非常低,而抗炎细胞因子 IL-10 的分泌增加)。这些抗炎作用部分与能够阻断 NF-κB 激活、IL-8 产生和调节性 T 细胞产生上调的分泌代谢物有关。

这些微生物可以产生莽草酸,一种常见于植物中的酸,能够防止脂多糖 (LPS) 引起的炎症。LPS 是一些细菌外膜上的毒素,可以激活免疫系统并引起炎症。F. prausnitzii 还可以制造水杨酸,这有助于防止细菌形成生物膜,这是一些引起感染的微生物的常见特征。

体外研究表明,丁酸盐还具有抗肿瘤作用,包括减少肠上皮细胞中肿瘤坏死因子 (TNF) 的分泌,并诱导肿瘤细胞的分化和凋亡,从而抑制肿瘤生长。

F. prausnitzii 及其代谢物对小鼠结肠炎发挥保护作用,改善了肠道菌群失调,增加了细菌多样性和产生短链脂肪酸菌的丰度,降低了血清 TNF-α Proteinbacteria,酸杆菌门和拟杆菌。这些发现将为F. prausnitzii 抗炎抗肿瘤作用提供进一步的证据,其具有治疗 IBD 的潜力。

下一代益生菌特性

大多数商业益生菌不包括有益健康的优势肠道微生物菌株,这就是为什么这些益生菌菌株不会在人类肠道中定殖并且它们的作用仅在很短的时间持续存在的原因。如今,人们对使用共生细菌作为潜在的益生菌剂越来越感兴趣

使用厌氧细菌和 EOS(氧敏感) 细菌是成功分离可能影响肠道稳态的代表性菌株的先决条件。Faecalibacterium prausnitzii从健康志愿者分离株:F. prausnitzii作为新一代益生菌在使用中向前迈进了一步。

但是下一代共生益生菌必须满足与传统益生菌相同的标准。它们应该

(i) 被隔离和充分表征

(ii) 达到安全要求,例如可接受的抗生素抗性或缺乏裂解和粘附能力

(iii) 作为益生菌考虑,在被隔离之前对宿主表现出有益的影响

关于F. prausnitzii,虽然对其安全性知之甚少,但该物种作为下一代益生菌具有明显的潜力。到目前为止,所有F. prausnitzii分离株具有一些特征,例如:

(i) 缺乏上皮细胞粘附、质粒、抗微生物和溶血活性

(ii) 存在 DNAse 活性。部分的F. prausnitzii菌株产生的 D-乳酸微弱,不会对宿主产生代谢有害影响,无法降解黏蛋白。

仅使用参考菌株F. prausnitzii A2-165在体外和体内分析了其有益的抗炎作用和生物膜形成菌株 HTF-F。由于益生菌特性通常是菌株特异性的,需要单独研究来评估其他F. prausnitzii分离菌株的抗炎特性。

03 与人体疾病有关

人体微生物组中 F. prausnitzii 的丰度受其健康状况和结肠环境的影响。这一点尤其重要,因为在患有消化系统疾病的患者中发现了低于平均水平的F. prausnitzii

克罗恩病和溃疡性结肠炎

肠道微生物群可能通过两种机制驱动致病性,即“促炎”菌群的扩张或微生物群保护性化合物的限制。

健康肠道和IBD患者中 F. prausnitzii

在IBD患者中,肠道环境的改变可能会影响F. prausnitzii 的种群组成和负荷。这些差异可以通过监测来鉴别IBD亚型。

在过去的十年的研究已发现,相当数量的降低的F. prausnitzii水平与某些形式的IBD相关。虽然F. prausnitzii水平与溃疡性结肠炎活动和隐窝炎之间的联系是有争议的,在克罗恩病中F. prausnitzii枯竭,尤其是在疾病发作和克罗恩病的回肠部位。

◥ 治疗后F. prausnitzii恢复

在粪便和活检样本中使用的各种证明方法表明,对克罗恩病患者有效的各种抗炎和抗菌治疗,包括大剂量皮质醇、英夫利昔单抗、干扰素-α2b 和利福昔明,都能够恢复正常水平的F. prausnitzii

因此,有人提出F. prausnitzii的消耗不是克罗恩病的致病事件,而是产生过量活性氧 (ROS) 的粘膜炎症的结果。这导致粘膜相关和管腔 EOS 培养物显着减少,包括F. prausnitzii

如何解释Faecalibacterium prausnitzii在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者中减少?

◥ pH值

健康的肠道 pH 值 (5.7–6.7) 为 F. prausnitzii 的生长提供了最佳条件,而高酸性环境会抑制 Faecalibacterium prausnitzii 的生长。尤其是,溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的大便呈酸性,这可能有助于解释为什么他们的微生物群中缺乏 F. prausnitzii .

◥ 胆汁

胆汁及其成分水平略微升高也会影响 F. prausnitzii 丰度。胆汁是肝脏分泌的一种物质,可在消化过程中分解脂肪。胆汁盐已被证明可以抑制 Faecalibacterium prausnitzii

研究人员假设这种对胆汁的敏感性可以解释为什么这些微生物在克罗恩病患者中较少。患有这种炎症性疾病的人往往有较水平的胆红素,胆红素是一种赋予胆汁颜色的色素,特别是如果他们已经切除了部分肠道。

溃疡性结肠炎中, F. prausnitzii有缺陷的肠道定植,这在缓解期短、既往有频繁复发史和结肠炎大范围扩展的患者中更为严重。此外,复发后F. prausnitzii在维持缓解时逐渐恢复,1年后达到接近参考种群的值。

基于F. prausnitzii菌株特性的治疗探索

科学研究人员提出假设,即F. prausnitzii 的高定植可能会阻止溃疡性结肠炎中粘膜炎症过程的重新激活。这一假设应在未来的研究和增加肠道F. prausnitzii 的策略中得到证实需要在患有广泛疾病的患者中对人群进行验证。

F. prausnitzii菌株还可以利用N-乙酰氨基葡萄糖,一种在肠粘膜中发现的糖蛋白的成分。有趣的是,用这种化合物进行治疗可能会改善克罗恩病,因为它可以作为炎症、受损肠道软组织的愈合因子。因此,鉴于F. prausnitzii能够发酵这种碳水化合物,探索在接受这种治疗的克罗恩病患者中恢复这种有益肠道细菌的效果将是有意义的。

镇痛特性

慢性腹痛是肠易激综合征或炎症性肠病等肠道疾病患者的常见症状之一。研究人员表明,在炎症性肠病的患者中,肠道中的Faecalibacterium prausnitzii细菌的丰度降低

这些研究人员已经证明,由于压力动物模型(产生绞痛起源的内脏超敏反应),F. prausnitzii丰度的减少内脏超敏反应的出现有关。对于人类,这种超敏反应会导致肠道不适或腹痛。

科学家已经证明,通过给这些动物服用F. prausnitzii,它们恢复了正常的绞痛敏感性。

结直肠癌

丁酸盐的抗炎功能包括抗癌特性。这种短链脂肪酸是一种组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 抑制剂:它抑制癌细胞的活性和生命周期。这促使研究人员调查 Faecalibacterium prausnitzii 在结直肠癌中的作用。

结直肠癌患者产丁酸盐的细菌较,包括Faecalibacterium prausnitzii。有人提出,由于丁酸盐产量较,肠道内壁细胞可能更容易受到损伤,这可能会增加患癌症的风险

扩展阅读:结直肠癌防治新策略——微生物群

乳腺癌

F.prausnitzii 通过抑制IL-6/STAT3通路抑制乳腺癌细胞的生长。菌群代谢物与菌群结合(如Faecalibacterium与磷胆碱结合)可能是乳腺癌的一种新的检测方法。

糖尿病

糖尿病是一种代谢性疾病,其中由于胰岛素功能受损,身体失去控制血糖的能力。升高的循环葡萄糖会损害血管并增加患心脏病的风险。

许多针对人类的研究已经确定了肠道微生物组的失衡(生态失调),这会削弱肠道内壁,并使不良分子进入体内,从而破坏其他器官。科学家们认为,生态失调先于并促进了糖尿病的发展

糖尿病患者的厚壁菌门水平较,包括 Faecalibacterium prausnitzii 和其他可强化肠道内壁的产丁酸盐细菌

研究表明,脂多糖是在某些革兰氏阴性细菌上发现的促炎分子,当肠道屏障薄弱时,它会进入血液并损害胰腺中的B 细胞功能,产生胰岛素的细胞。

过敏反应

Faecalibacterium prausnitzii通过调节肠道微生物群和短链脂肪酸的产生来缓解屋尘螨引起的过敏性哮喘。

补充F. prausnitzii阻断嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞的流入,减轻病理变化。此外,活的和死的F. prausnitzii给药都降低了白细胞介素 IL-4、IL-5、IL-13 和免疫球蛋白 G1 的水平,提高了调节性 T 细胞 (Treg) 的比例,改善了微生物生态失调并增强了短链脂肪酸生产。

Faecalibacterium prausnitzii部分通过肠道微生物群调节和短链脂肪酸产生发挥抗哮喘作用,表明其作为预防过敏性哮喘的益生菌剂的潜力。

肝病

研究人员研究了口服F. prausnitzii治疗对高脂肪喂养小鼠的影响。与高脂肪对照小鼠相比,F. prausnitzii处理的小鼠肝脏脂肪含量、天冬氨酸氨基转移酶和丙氨酸氨基转移酶较低,肝脏中脂肪酸氧化和脂联素信号传导增加。肝脏脂质组学分析显示,几种甘油三酯、磷脂和胆固醇酯的含量减少。内脏脂肪组织中的脂联素表达增加,皮下和内脏脂肪组织对胰岛素更敏感

F. prausnitzii治疗增加了肌肉质量,这可能与增强线粒体呼吸、改变肠道微生物群组成和改善肠道完整性有关。总的来说,F. prausnitzii治疗可改善肝脏健康减少小鼠脂肪组织炎症,需要进一步研究以发现其治疗潜力。

其它

肠道菌群中F. prausnitzii的消耗与微生物失调有关,同时伴随着广泛的代谢和/或免疫介导的慢性疾病,包括银屑病、高血压、心脏和肾脏疾病。

在以下患者中已显示低水平的F. prausnitzii

04 如何补充增加

综上所述,F. prausnitzii 对人体肠道和健康非常重要,以至于它被称为肠道中的“关键物种”。现在问题来了:如何增加肠道中这种细菌的数量?

能否添加到酸奶中补充?

不能。

添加到酸奶中或作为补充剂的典型细菌在暴露于空气(氧气)时能够存活。然而,F. prausnitzii是“氧敏感的”,它们在暴露于空气后几分钟内就会死亡。研究人员将这种有益细菌视为“未来的益生菌”,目前正在进行研究以找出它可以轻松储存并暴露在空气中几个小时而不会死亡的方法。所以目前没有办法服用益生菌F. prausnitzii补充剂。

除此之外还能做什么呢?

饮食

高动物肉、高动物脂肪、高糖、高度加工食品和低纤维饮食(典型的西化饮食)会降低F. prausnitzii 的数量,而高纤维、低肉的饮食会增加 F. prausnitzii 的数量。

——高纤维

我们可以做的第一个提高 F. prausnitzii 的数量的办法, 就是增加饮食中的纤维。增加膳食纤维会增加丁酸盐,丁酸盐与结肠健康有关,具有抗炎和抗癌作用。

高纤维是包括:全谷物、蔬菜、水果、坚果、种子和豆类。此外,还要主要吃多样化的植物性饮食,也就是说大量的植物性食物。多样性似乎很重要——不同类型的纤维喂养不同的细菌

——益生元

菊粉型果聚糖和阿拉伯木聚糖等益生元增加F. prausnitzii的数量。

一项研究表明,猕猴桃胶囊的摄入增加了功能性便秘患者的Faecalibacterium prausnitzii 丰度。

虽然F. prausnitzii可能是肠道中一种重要的有益细菌,但是它与其他有益细菌的关系,它们是交叉喂养的。研究表明青春双歧杆菌是利用菊粉主要物种并刺激Faecalibacterium prausnitzii的增加。

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