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谷禾健康
在漫长的历史中，一种神秘而令人不安的疾病一直困扰着人类，那就是癫痫。
癫痫是最常见的神经系统疾病之一，影响着全世界近7000万人。它会导致突发性的、不可控制的、反复发作的痉挛和意识丧失。
突如其来的发病行为，不仅让患者和他们的家人感到恐惧和困惑，也给他们的生活带来了巨大的不便和影响。
虽然二十世纪以来出现了大量抗癫痫药物，但许多的癫痫患者对药物治疗没有反应，并且病情仍然不受控制。
近年来，动物研究和人类病例的证据表明，肠道微生物群与癫痫有关。
本文将带大家初步认识癫痫这一疾病，并阐述了肠道微生物群如何在癫痫患者和动物模型触发、加重或调节这种疾病的病程。
此外，肠道微生物群可以用作癫痫诊断和预后的潜在生物标志物以及难治性癫痫患者的新治疗靶点。
目录
癫痫（epilepsy）是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂大脑功能障碍的一种慢性疾病。
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▸ 根据发病特点分类
•全面性癫痫
涉及到整个大脑的神经元异常放电。这种类型的癫痫通常会导致全身抽搐和意识丧失。
常见的全面性癫痫包括肌阵挛性癫痫和失神癫痫等。
•局灶性癫痫
起源于大脑的一部分区域，只涉及到局部神经元的异常放电。这种类型的癫痫可能会导致局部肌肉抽搐、感觉异常或意识丧失。
常见的部分性癫痫包括颞叶癫痫和顶叶癫痫等。
▸ 根据病因分类
•继发性癫痫
继发性癫痫是由已知的病因或病变引起的。这些病因可以是脑部的结构异常、脑损伤、感染、代谢紊乱、中毒、药物副作用等。
注：继发性癫痫可以发生在任何年龄。
•特发性癫痫
特发性癫痫是指没有明确病因或病变可以解释的癫痫。在这种情况下，癫痫发作的原因可能是由于遗传因素、发育异常或其他未知因素引起的。
注：特发性癫痫通常在儿童或青少年时期开始，且没有明显的脑部结构异常。
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由于异常放电的神经元在大脑中的部位不同，而有多种临床表现。
✦全面性发作
这种类型的癫痫患者，往往在发作初期就会失去意识，完全意识不到自己发生了什么。
如下细分不同类型还会有各自对应的特点:
•强直-阵挛性发作
患者在发作早期，不仅失去意识，而且还会跌倒。此时患者大多会尖叫一声，全身抽搐，持续10~20秒后，发生阵挛。每一次的阵挛都会有一个间歇期，发作频率逐渐变慢、间歇期也越来越长。
在一次剧烈阵挛后，发作停止。这时候会观察到患者的瞳孔散大，唾液分泌物等增多，以及呼吸停止。之后患者会慢慢恢复，上述体征逐渐恢复正常，整个过程大概5~15分钟，有些患者在发作期还会发生牙关紧闭和大小便失禁。
患者醒来后，一般会觉得头痛，全身酸痛，很想睡—觉。
•强直性发作
此类型的患者多见于弥漫性脑损伤的患者。发作时可能是局部或全身的骨骼肌强烈而持续的收缩，能将患者固定于某一个特殊的姿势。
•阵挛性发作
此类型主要多见于新生儿和婴儿，发作时患儿会意识丧失。
•失神发作
意识丧失突然发生并迅速终止，是本类型癫痫发作的主要特征。患者可能会突然间活动停止，发呆、手上拿着的东西滑落到地板上，对旁人的呼叫无应答。也有些患者可能机械重复原有的简单动作。
•肌阵挛性发作
这是—种突然发生的类似于触电—样的不自主运动，发作时间一般比较短暂。
•失张力发作
这一类的患者往往会突然跌倒，也有些不太严重的患者会突然间低头，以及胳膊突然间下垂。
•伴有或不伴失神的眼肌阵挛性发作
此类患者的发作主要与眼部相关，大多在持续的光线下眼睑闭合后发生，间歇性的闪光刺激也可能诱发癫痫发作。发作时，患者的眼睛看起来半开半闭，有时候还会伴有手部的抽动。
✦局灶性发作
这—类的患者在癫痫发作时神志清楚，发作后能描述刚刚自己发生了什么。
一般分为以下几种类型：
•局灶性运动性发作
患者癫痫发作时，主要是某一个身体部位的不自主抽动，大多是一侧眼睑、口角、手或者足趾，也可能是一侧面部或肢体。严重的话，患者在发作过后可能发生短暂性的肢体瘫痪。
有些患者还会出现与人体的运动系统相关的异常动作，诸如不自主地重复发作前的单词或者单个音节，伴有身体或眼睛的旋转等。
•局灶性感觉性发作
这—类患者发作时，往往存在感觉异常。诸如味觉、嗅觉、听觉的异常，出现幻觉等。
•自动症
这一类的主要特征是患者出现存在意识障碍，会做一些看起来有目的，但实际上没有目的的动作，比如反复咀嚼、反复搓手或无目的地开门、关门等，发作后无法回忆起发作细节。
提醒
癫痫发作期千万不要强行约束患者，以免自己被误伤，也避免造成患者骨折、脱臼。
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癫痫是一种常见的神经系统疾病，全球范围内都有发病。根据世界卫生组织统计，全世界有超过6500万癫痫患者。癫痫的发病率在不同地区和人群之间有所差异。
★ 中低收入国家癫痫发病人数较高
在高收入国家，癫痫患病率约为每1000人6.4例，年发病率为每100000人中出现67.8例。在低收入和中等收入国家 ，这些数字几乎翻了两倍。其中约80%的患者生活在中低收入国家。
中国癫痫的发病率在5‰~7‰之间，全国有650万~910万患者。每年，我国会有40万~60万人被新确诊为癫痫患者。
★ 青少年和老人易发癫痫
癫痫可发生在各个年龄人群，但儿童患者和老年患者比较常见。儿童和青少年是癫痫的高发人群，其中大约有一半的癫痫病例在20岁以下发病。
此外，在孕期女性中，癫痫发作的比例约为0.3%~0.7%。
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✦结构性病因
结构性病因是指神经影像学上的异常发现，合理推断导致患者癫痫发作，并与电子临床评估或临床发现一致。
结构性病因的原因包括缺氧缺血性脑病、中风、外伤和感染。在结构性病因中，值得注意的是在内侧颞叶癫痫发作中相对频繁地发现海马体硬化。
✦遗传性病因
癫痫被认为受到遗传的影响。一项研究发现977个基因与癫痫有关。
这些基因包括癫痫基因（引起癫痫或以癫痫为核心症状的综合征的基因）、神经发育相关的癫痫基因（与大脑发育畸形和癫痫相关的基因）、癫痫相关基因（与身体或其他方面相关的基因）。
与此相关的基因有SCN2A、SCN8A、SCN3B、KCNJ3、KCNJ10、KCNN3、KCNMB3、CACNA1H、AQP4。
基因如CACANA1A、CACNG3、CACNB4、CHRNA4、GRM4、LGI1、ASIC1a、STX1B、SYN2、SLC12A5 ME2、ALDH5A、Il-1β和IL-1RA以及GABA-A和GABA-B受体基因直接或间接影响神经递质的合成或释放，导致兴奋性和抑制性神经递质的不平衡，导致神经元过度兴奋。
影响癫痫的一些基因
Thakran S,et al.Int J Mol Sci.2020
✦感染性病因
中枢神经系统感染是癫痫的主要危险因素，也是世界某些地区最常见的癫痫病因。据报道，发达国家中枢神经系统感染幸存者人群中无端癫痫发作的风险为6.8%至8.3%，中低收入国家的风险更高。
例如囊尾蚴、人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒、弓形虫、结核分枝杆菌和恶性疟原虫等都会感染中枢神经系统。
✦代谢性病因
一些代谢性疾病可表现为细胞变性和髓鞘形成障碍以及神经元迁移障碍，通过对细胞或器官功能产生负面影响而间接促进癫痫发生。
尽管大多数代谢性癫痫都有遗传基础，但有些可能是后天获得的，例如吡哆醇依赖性癫痫发作和脑叶酸缺乏症。
✦免疫性病因
当不明原因的癫痫患者神经特异性抗体血清呈阳性并且有自身免疫介导的中枢神经系统炎症的证据时，可以怀疑其免疫病因。
根据基于人群的研究，自身免疫性癫痫的发病率约为所有癫痫的5-7%。这种病因的识别具有治疗意义，因为自身免疫性脑炎引起的癫痫发作应该通过免疫疗法而不是传统的抗癫痫药物疗法来治疗。
免疫反应也与癫痫的诱发和癫痫的发展有关。癫痫脑中的先天性和适应性免疫反应均由常驻免疫细胞及其分泌的介质以及从外周渗透的白细胞激活。致病性神经炎症过程可以是外周起源的，也可以是中枢起源的。外周炎症通过离子和谷氨酸稳态的变化以及促炎分子从外周炎症灶迁移到血脑屏障来增强癫痫放电。
回顾了越来越多的临床前和临床证据，表明肠道微生物群会影响癫痫。
Amlerova J,et al.Int J Mol Sci.2021
动物实验
// 肠道菌群失衡增加了癫痫的易感性
研究人员发现，将肠道微生物群从长期应激的老鼠身上移植到幼年老鼠身上会促进癫痫的发作。这表明肠道菌群失衡，尤其是在慢性压力的影响下，增加了对癫痫的易感性。
实验结果表明，接受来自癫痫动物的微生物群的小鼠比对照组更容易出现癫痫持续状态，这表明微生物群介导了癫痫发作的易感性。
还有研究人员预测，移植癫痫小鼠的微生物群可能会通过增加健康小鼠的大脑兴奋性来诱发癫痫。
// 肠道炎症会增加癫痫发作
对肠道炎症与癫痫之间关系的进一步研究表明，肠道炎症会增加癫痫小鼠的癫痫发作活动。由此推断：肠道炎症可能是癫痫控制的有效目标，也可能是癫痫易感患者癫痫发作的一个因素。
// 益生菌降低了癫痫的严重程度
研究了益生菌混合物对大鼠戊四氮触发的大脑攻击活动、认知能力以及总脑组织抗氧化能力的影响。
结果表明，益生菌大大降低了癫痫发作的严重程度。同时，口服益生菌也部分改善了大鼠的空间学习和记忆。
虽然神经递质的抑制/兴奋以及抗氧化剂和氧化剂之间的失衡是癫痫发作的主要原因，但益生菌治疗增加了γ－氨基丁酸活性并改善了大鼠抗氧化剂和氧化剂之间的平衡。
微生物群-肠-脑轴与癫痫
微生物群-肠-脑轴由中枢神经系统 、肠神经系统和 肠道微生物群构成，通过向上传导和向下传导进行通信。
// 健康的肠道菌群会产生良好的代谢产物
不良的肠道菌群会上调促癫痫代谢物的产生、炎症因子的分泌等，导致γ－氨基丁酸/谷氨酸比例异常，进而诱发癫痫。
慢性压力可能是这一过程的触发因素。
健康的肠道微生物群可以产生良好的代谢产物，例如短链脂肪酸和血清素，可以抑制癫痫的发生。下丘脑-垂体-肾上腺轴、肠神经系统和迷走神经系统也参与肠道菌群与癫痫之间的相互作用。
癫痫中的微生物群-肠-脑轴
Ding M,et al.Front Immunol.2021
重点来了
具体地说，对于癫痫，癫痫发作和癫痫发生可能会受到肠道微生物群通过以下方式的影响：
1) 肠道产生神经递质，如γ-氨基丁酸、谷氨酸和血清素；
2) 通过免疫系统介导的促炎作用，释放细胞因子和趋化因子，以及脂多糖水平的增加，导致肠和血脑屏障通透性增加和神经炎症增加；
3) 通过改变肠道源性代谢物的量，例如主要以中枢神经系统保护作用而闻名的短链脂肪酸。
此外，神经和神经内分泌下丘脑-垂体-肾上腺轴，以及内源性大麻素系统和脑源性神经营养因子的水平可以受肠道微生物群干扰癫痫发作机制的影响。
癫痫患者的肠道微生物群
已经有多项关于癫痫患者和健康对照之间肠道微生物群差异的临床研究。
但目前人体临床研究主要关注两个方面：一是癫痫患者肠道菌群与健康人的差异，二是癫痫患者服用益生菌或粪菌移植后症状的改善。
本文主要采用了华西医院神经内科的研究，该研究的样本量较大，纳入55名被诊断确认超过三年的癫痫患者和46名来自同一家庭的健康对照。
与不生活在同一家庭的人相比，夫妻之间的肠道细菌群落往往更加相似。因此，我们在研究的探索和验证队列中纳入了健康配偶作为对照。仅包括一起生活并饮食相似至少10年的夫妇。
Gong X,et al.Front Microbiol.2020
此外，该研究中还排除了一些可能影响癫痫的风险因素，使结果的可信度更高。
癫痫患者和健康对照的排除标准如下：（1）最近3个月内接受过抗生素、益生菌、益生元或合生元治疗；（2）近3个月内有胃肠炎病史；（3）有其他自身免疫性疾病史（多发性硬化症、视神经脊髓炎、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、1型糖尿病等）；(4)肠道手术史；(5) 怀孕或哺乳期；（6）有神经或精神疾病史（帕金森病、阿尔茨海默病、焦虑症、抑郁症、自闭症谱系障碍、精神分裂症等）；（7）6个月内除抗癫痫药物外的其他方案摄入史（维生素、蛋白质、不饱和脂肪酸等）；(8) 严重营养不良或感染或吸毒或酗酒。
研究结果
// 癫痫患者的肠道微生物α多样性下降
通过使用 16S rDNA 测序，发现癫痫患者组的α多样性指数远低于健康对照组。最近，相对较低的微生物多样性与儿童药物难治性癫痫以及与中枢神经系统改变相关的其他疾病有关，包括阿尔茨海默病、多发性硬化症和帕金森病。
// 梭杆菌等具有致病性作用的菌群在癫痫患者中过度生长
结果表明，一些细菌门，包括梭杆菌（Fusobacteria）、疣微菌（Verrucomicrobia）和硝化螺旋菌（Nitrospirae），在疾病组中生长过度。而厚壁菌门和Saccharibacteria在疾病组中数量较少。
梭杆菌
现有研究表明，梭杆菌对脊椎动物具有致病性，在人类结直肠癌和发炎的肠道粘膜中普遍存在。一些研究人员将梭杆菌属物种描述为病原体，因为它们具有侵入性，并且能够转移到血液中并导致全身疾病状态。
疣微菌
疣微菌门以大量产生短链脂肪酸和粘蛋白降解的微生物而闻名。疣微菌可以降解粘蛋白，这可能会扰乱肠道屏障的完整性以及随后的细菌易位。
硝化螺旋菌
硝化螺旋菌可以增加亚硝酸盐的毒性，最终可能导致血脑屏障功能障碍和通透性增加，并有助于癫痫的作用机制。
拓展：A. muciniphila过高的危害
在我们的检测中发现一名56岁女士肠道内该菌的丰度占比超50%，菌群构成如下：
过量的Akkermansia将过度消耗粘液蛋白而存活下来，这是大多数其他细菌所缺乏的生存优势。
在这种情况下，非粘液消耗物种的数量显著减少，导致物种多样性减少， Akkermansia增殖异常，从而可能导致肠道屏障损伤，诱发肠道炎症、脂多糖进入血液的增加、自身免疫性疾病、神经退行性疾病等有关。
// Blautia、双歧杆菌等菌属丰度增加
预后不良的患者中，经黏液真杆菌属（Blautia）、双歧杆菌属、Subdoligranulum、普雷沃氏菌(Prevotella)、戴阿利斯特杆菌属 （Dialister）和Anaerostipes增加。
较高丰度的普雷沃氏菌会引发炎症
普雷沃氏菌为肠道核心菌，但是较高丰度的普雷沃氏菌会促进炎症。较高丰度的普氏菌可能导致肠道中持续产生IL-6，从而引发炎症反应。此外，据报道，普雷沃菌属会改变肠道通透性。
扩展阅读：肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 Prevotella
癫痫患者碳水化合物代谢增加可能导致双歧杆菌丰度较高
此外，我们研究中的功能分析还显示，疾病组的碳水化合物代谢显著增加。已经确定碳水化合物代谢物的紊乱可能在癫痫发生机制中发挥潜在作用。双歧杆菌消化复杂的碳水化合物并表现出最大的预测糖生物组之一。
// 耐药性癫痫与药物敏感性癫痫患者的肠道微生物也不同
此外，耐药性癫痫患者的肠道微生物组可能与药物敏感性癫痫患者不同。
与药物敏感性癫痫患者相比，耐药性癫痫患者的α多样性和主要属于厚壁菌门的细菌的相对丰度有所增加。
注：在难治性癫痫组中，粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）和迟缓埃格特菌（Eggerthella lenta）是潜在的生物标志物。
还有一些关于癫痫患者肠道微生物群的其他研究，主要研究成果展示在下表：
Ding M,et al.Front Immunol.2021
小结
这些研究表明肠道微生物群与癫痫之间有着千丝万缕的联系。肠道微生物群的组成可能会影响癫痫的易感性。
需要注意的是，癫痫患者之间的差异以及所使用的研究方法存在局限性。考虑到影响肠道微生物组的变量较多，如年龄、饮食和生活环境等的差异，需要在合理控制变量的基础上进行更大样本的分析。
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癫痫的发病机制与神经免疫和神经炎症有关。越来越多的证据表明，脑肠轴的免疫和炎症通路可能参与癫痫的发病机制。
小胶质细胞和星形胶质细胞是中枢神经系统中主要的炎症细胞，其炎症状态会促进癫痫的发生。
√肠道微生物群通过调节免疫影响癫痫
肠粘膜的淋巴组织含有体内所有免疫细胞的70%–80%。
肠道微生物群会影响免疫细胞：例如，无菌小鼠表现出免疫异常，T细胞和B细胞数量减少，细胞因子产生减少。
此外，肠道微生物群似乎是小胶质细胞成熟以及星形胶质细胞激活的最重要因素之一。肠道微生物群调节先天免疫、适应性免疫和炎症机制，以调节癫痫的发展。
√肠屏障和血脑屏障损伤影响大脑
肠粘膜屏障和血脑屏障共同作用，防止肠道微生物群及其分泌物进入大脑。
“肠漏”综合征的特点是肠道通透性增加，导致细菌、有毒代谢物和小分子转移到血液中。在肠道炎症下，细菌可以直接将因子释放到体循环中，从而激活外周免疫细胞，改变血脑屏障完整性，从而改变转运速率，甚至可以诱发“漏脑”。
压力会增加肠粘膜通透性，管腔内的脂多糖和其他细胞因子进入血液循环刺激Toll样受体，产生炎症细胞因子，增加血脑屏障通透性并损害大脑。
√神经免疫与癫痫的发生
小胶质细胞和星形胶质细胞通过释放过量的细胞因子参与癫痫的发病机制，并相互作用。
星形胶质细胞是大脑中最丰富的神经胶质细胞，具有多种功能，包括调节血脑屏障的完整性、神经递质的循环利用以及参与免疫反应。
小胶质细胞是中枢神经系统的常驻巨噬细胞，介导先天免疫反应。
小胶质细胞和星型胶质细胞相互作用的机制
小胶质细胞可以调节星形胶质细胞的表型和功能，例如小鼠小胶质细胞可以通过VEGF-B（促进星形胶质细胞的致病反应和炎症反应）和TGF-α（促进相反的反应）来调节星形胶质细胞的行为。
肠道微生物将膳食色氨酸代谢为芳基碳氢化合物受体激动剂，并与其受体相互作用，控制小胶质细胞活化以及TGF-α和VEGF-B表达，从而调节星形胶质细胞的致病活性。
星形胶质细胞释放的炎症细胞因子和趋化因子增强小胶质细胞的活性，包括迁移、凋亡细胞的吞噬作用和突触修剪。
血脑屏障通透性增加易引起神经炎症
星形胶质细胞和小胶质细胞之间的相互作用导致促炎细胞因子的产生和血脑屏障通透性增加，从而导致外周血免疫细胞和细胞因子渗入中枢神经系统，以及随后的慢性神经炎症。
无菌和抗生素处理的动物也改变了小胶质细胞的形态以及成熟、激活和分化方面的缺陷，导致对多种病原体的免疫反应不足，而这种免疫反应可以在肠道微生物群重新定植后修复，这表明肠道微生物多样性对于小胶质细胞和中枢神经系统功能至关重要。
肠道微生物群通过先天免疫诱发癫痫
肠道微生物群可以通过先天免疫途径诱发癫痫。在无菌小鼠的整个生命周期中，血脑屏障通透性不断增加，这与内皮细胞中occludin和claudin-5蛋白表达的降低有关。
肠道微生物群失调会减少紧密蛋白的产生并增加肠壁的通透性，导致微生物、代谢物和毒素从肠腔中逸出。肠道微生物群失调还会减少短链脂肪酸，从而增加血脑屏障通透性并促进神经炎症。
如果这两个屏障被打破，微生物群释放的免疫细胞和炎症因子就会进入大脑并诱发癫痫发作。
肽聚糖是细菌细胞壁的成分，主要存在于人体肠道中。肽聚糖作为慢性脑炎的驱动因素，也在大脑小胶质细胞中检测到。因此，我们得出结论，肽聚糖可能通过促进肠漏和脑漏从肠道转移到中枢神经系统，导致慢性炎症并诱导癫痫的发生。
肠道微生物群通过适应性免疫促进癫痫的发生
肠道微生物群还通过诱导适应性免疫来促进癫痫的发生。肠道微生物群可以诱导免疫细胞产生细胞因子，通过肠粘膜和血脑屏障进入大脑，激活大脑免疫细胞参与免疫反应。
辅助T细胞17（Th17）是是适应性免疫的关键组成部分,IL-17是由Th17细胞产生的细胞因子，可以通过特定的肠道微生物群（例如拟杆菌门）进行调节。
最近发现，癫痫患者的脑脊液和外周血中IL-17水平均高于对照组，并且与癫痫发作的频率和严重程度高度相关。因此，肠道微生物群可以通过介导IL-17影响癫痫的发生。
此外，共生微生物群的缺失会下调IgA和IgG1，并上调 IgE，从而导致疾病易感性增加。
因此，肠道微生物群可以通过肠-脑轴诱导免疫反应，从而导致癫痫发生。
然而，只有少数研究直接关注肠道、免疫反应和癫痫之间的关系，许多问题仍有待探索。
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在大脑和肠道之间传递信息的重要途径之一是通过自主神经纤维。
√肠道刺激通过自主神经系统调节大脑活动
给小鼠口服空肠弯曲杆菌会导致脑干迷走神经感觉神经节和初级感觉中c-fos表达增加，表明肠道刺激可以通过自主神经系统调节大脑活动。
√神经足细胞与迷走神经元接触影响神经系统
迷走神经刺激已成为癫痫的常规治疗方法。据报道，迷走神经传入纤维的电刺激可以改变大脑中血清素、γ－氨基丁酸和谷氨酸的浓度，从而解释了其在癫痫中的用途。
以前，肠道内分泌细胞和脑神经被认为只能通过激素进行交流；然而，最近发现称为神经足细胞的肠内分泌细胞可以与迷走神经元突触，以转导肠腔信号，使用谷氨酸作为神经递质将肠腔连接到脑干。
神经足细胞的发现为通过调节肠道微生物群来治疗神经系统疾病提供了强有力的理论支持。
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√肠内分泌信号和神经递质与癫痫密切相关
神经递质失衡与癫痫密切相关。癫痫病灶存在神经递质失衡，如γ－氨基丁酸活性低下、谷氨酸活性亢进、多巴胺和去甲肾上腺素活性亢进、血清素活性低下。
肠道微生物影响神经递质的产生
在胃肠道中，神经递质可由肠道微生物群直接分泌或由胃肠细胞在肠道微生物群代谢物的刺激下产生。
不同的肠道微生物群可以产生不同的神经递质（肠球菌属、链球菌属和埃希氏菌属产生血清素；乳杆菌属和双歧杆菌属产生γ－氨基丁酸；埃希氏菌属和芽孢杆菌属可以产生多巴胺）。
肠道微生物群产生的各种神经递质可以通过肠粘膜，但很少通过血脑屏障，γ－氨基丁酸除外。在海马损伤或癫痫状态下，肠道微生物群产生的γ－氨基丁酸会导致γ－氨基丁酸和谷氨酸系统之间的不平衡，从而引起癫痫发作。
一些肠道菌群调节氨基酸水平从而影响癫痫
嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)和Parabacteroides定植可以改变血清和肠腔中的氨基酸水平，从而调节海马中与癫痫发作相关的神经递质（例如 GABA 和谷氨酸）的水平，从而为小鼠提供保护性抗癫痫作用。
血清素可以改善癫痫患者的发作
肠嗜铬细胞产生大约90%的血清素。在小鼠中，某些肠道微生物群，例如形成孢子的梭菌类群，可以通过上调结肠色氨酸羟化酶1（一种血清素生产的限速酶）来促进肠道中血清素的生物合成。
先前的研究表明，颞叶癫痫患者存在血清素缺乏症。增加血清素的药物组合，例如选择性血清素再摄取抑制剂，可以改善癫痫患者的癫痫发作控制。
去甲肾上腺素对癫痫发作具有双重作用
去甲肾上腺素对癫痫发作具有双重作用，具体取决于其含量，低剂量的去甲肾上腺素具有促癫痫作用，而高剂量的去甲肾上腺素可以抑制癫痫。
√短链脂肪酸癫痫密切相关
短链脂肪酸包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，可以由一些肠道细菌（主要是拟杆菌属和厚壁菌门）通过不溶性膳食纤维的发酵产生。
短链脂肪酸在小胶质细胞成熟、肠脑神经系统、血脑屏障通透性以及通过直接或间接途径的应激反应中发挥着重要作用，所有这些都与癫痫密切相关。
不同短链脂肪酸对癫痫的保护作用
在癫痫小鼠模型中进一步研究了不同短链脂肪酸对癫痫的保护作用和机制。
丁酸盐可能通过减轻肠道炎症和氧化应激，表现出抗癫痫作用。丁酸盐还可以通过Keap/Nrf2/HO-1途径改善线粒体功能障碍并保护脑组织免受氧化应激和神经元凋亡的影响，从而提高癫痫阈值并降低癫痫强度。
丙酸盐治疗可以通过减少线粒体损伤、海马细胞凋亡和神经缺陷来减轻癫痫发作强度并延长癫痫发作潜伏期。
这些研究表明，短链脂肪酸在癫痫模型中减少，并且通过不同的机制对癫痫具有保护作用。
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压力可促进癫痫的诱发，癫痫患者糖皮质激素水平较高。
下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）是应激反应的核心，包括促肾上腺皮质激素释放因子、促肾上腺皮质激素的分泌以及随后糖皮质激素和儿茶酚胺下游途径的释放。
不同的激素可能有不同的作用：例如，大多数脱氧皮质酮是抗惊厥药，而促肾上腺皮质激素释放激素和皮质酮可诱发癫痫发作。
√肠道微生物调节HPA轴影响癫痫
尽管HPA轴和肠道微生物群之间存在相关性，但具体机制尚未阐明。慢性压力可能会上调糖皮质激素，从而增强谷氨酸信号传导并诱发癫痫发作。肠道微生物群可以通过改变循环细胞因子水平或其他途径影响下丘脑的功能，从而调节HPA轴。
小鼠的应激反应表明，肠道微生物群调节应激依赖性垂体和肾上腺激活，并改变结肠中调节促肾上腺皮质激素释放激素途径的基因表达。慢性压力可能通过肠道微生物群影响HPA轴并促进癫痫。
注：HPA轴、肠道微生物群和癫痫之间的具体关系仍需进一步研究。
健康人和不同类型癫痫患者之间的肠道微生物及其代谢物差异使其成为癫痫鉴别诊断、预后和治疗监测的潜在代谢标志物。
这里将讨论一些涉及癫痫或是神经活性的物质。
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使用啮齿动物模型的实验研究检验了短链脂肪酸对宿主神经系统的调节作用。短链脂肪酸调节多种受体，包括普遍存在的多效性G蛋白偶联受体，不仅存在于肠上皮细胞上，而且还存在于脑组织中。
▷调节G蛋白偶联受体影响神经系统
G蛋白偶联受体参与激活抑制性调节性T细胞、辅助性T细胞1和辅助性T细胞17，增强FOXP3转录因子的基因表达并下调促炎细胞因子，例如IL-12，肿瘤坏死因子和核因子-κB(NF-κB)。
短链脂肪酸还能够通过将乙酸盐转化为细胞营养和能量代谢所需的乙酰辅酶A来激活整合mTOR途径。
▷调节组蛋白去乙酰酶影响癫痫
此外，乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐可能通过抑制组蛋白去乙酰酶 (HDAC) 或触发乙酰化来引起表观遗传修饰。
组蛋白去乙酰酶已被证明参与神经发生、突触传递、可塑性、脑源性神经营养因子水平的调节、神经胶质细胞发育、与学习和记忆相关的高级脑功能以及抑郁症和精神分裂症等神经系统疾病。
最近的研究已经证实了组蛋白乙酰化在失神性癫痫啮齿动物模型中癫痫发生和相关精神疾病中的作用。在这项研究中，在早期长期给予丁酸盐和丙戊酸（单独或联合）后，大鼠表现出致癫痫活动的数量和持续时间显著减少。
此外，组蛋白乙酰化的增强可以改善抑郁样行为和记忆表现等症状。这些发现强调了组蛋白去乙酰酶抑制剂作为癫痫治疗新策略的能力。
▷促进血清素和儿茶酚胺的合成
短链脂肪酸还可以促进色氨酸羟化酶1和酪氨酸羟化酶基因的转录，从而分别促进肠道血清素和血清儿茶酚胺（即多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素）的生物合成，这些血清素具有通过自主受体调节中枢神经系统的关键作用。
小鼠下丘脑的谷氨酸和γ－氨基丁酸水平在暴露于醋酸盐或鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌的特定菌株后会发生变化，表现出抑郁和焦虑样表型的减弱。
综上所述，短链脂肪酸作为癫痫的生物标志物，通过影响神经信号传导、血脑屏障和免疫系统等多个途径参与癫痫的发病机制。
2
胆汁酸是胆汁的主要有机成分，可作为胆固醇、胆红素和异生物质的生物洗涤剂。
胆酸和鹅去氧胆酸是肝脏产生的初级胆汁酸，一旦进入肠道，肠道微生物群就会通过脱羟基作用将胆汁酸转化为次级胆汁酸，包括脱氧胆酸和石胆酸。
在小鼠中，已证明次级胆汁酸是法尼醇X受体的内源性配体，法尼醇X受体是调节肝脂肪生成、胰岛素敏感性和葡萄糖稳态的重要传感器。法尼醇X受体的激活还可以通过增加抗菌基因的表达和阻止细菌易位来抑制肠道微生物的过度生长。
法尼醇X受体在肝脏、肠和皮质神经元中表达。在中枢神经系统中，法尼醇X受体影响γ－氨基丁酸、去甲肾上腺素和血清素的神经传递。
▷胆汁酸与癫痫的炎症程度和发作频率有关
一些研究发现，癫痫患者的胆汁酸代谢存在异常。具体来说，癫痫患者的胆汁酸合成和转运过程可能受到影响，导致胆汁酸浓度的改变。
此外，胆汁酸与肠道微生物群之间存在相互作用，微生物群可以通过代谢胆汁酸来影响其浓度和代谢途径。
一项发表于2020年的研究发现，癫痫患者的血液和脑脊液中的胆汁酸水平明显降低。此外，胆汁酸的降低与癫痫的严重程度和发作频率呈负相关。
这些发现表明，胆汁酸可能在癫痫的发生和发展中发挥一定的作用。
需要指出的是，胆汁酸作为癫痫标志物的研究仍处于初步阶段，尚需进一步的研究来验证这些发现，并深入探索其在癫痫发病机制中的具体作用。
了解胆汁酸与癫痫之间的关系有助于我们更好地理解癫痫的病理生理过程，并为癫痫的预防和治疗提供新的思路。
3
色氨酸是一种重要的氨基酸，它在人体内起着多种生物学功能。它是各种激素、维生素、某些脑神经递质以及抗菌活性所需蛋白质的前体。最近的研究表明，色氨酸代谢异常可能与癫痫有关。
▷色氨酸及其代谢物参与抗癫痫作用
一项对16名难治性癫痫儿童进行的研究表明，色氨酸代谢物可能参与抗癫痫作用。
马吲哚胺2,3-双加氧酶1的激活（分解谷氨酸代谢物）通过改变犬尿氨酸/谷氨酸比例与慢性颞叶癫痫大鼠模型中的抑郁样行为直接相关。
另一项在两种癫痫小鼠模型中进行的重要研究指出，α-乳清蛋白通过提高血浆和大脑中色氨酸的浓度来发挥抗惊厥活性，从而通过微生物群和血清素能受体改善神经传递。
在不同的啮齿动物模型中长期使用α-乳清蛋白治疗可以保护或抑制癫痫发作。
此外，据推测，色氨酸代谢物可作为N-甲基-D-天冬氨酸受体的拮抗剂，从而抑制兴奋性途径。
肠道微生物群的调节可能是癫痫的潜在治疗方法。一方面，调节肠道微生物群可以通过调整与癫痫相关的机制来减少癫痫的发作。
另一方面，药物可以通过直接或间接的方式被肠道微生物群转化为代谢物。对于癫痫患者来说，调整肠道微生物组的组成可能会促进药物代谢和吸收，提高抗癫痫药物的反应性。
肠道微生物群在癫痫中的假设机制和作用
Iannone LF,et al.Neurobiol Dis.2022
在本节中，谷禾将阐述一些基于肠道微生物群的癫痫潜在疗法。如生酮饮食，施用抗生素、益生菌、益生元以及抗癫痫药物和粪便移植对癫痫的影响。
Ding M,et al.Front Immunol.2021
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饮食，尤其是生酮饮食，可以通过塑造肠道微生物群来调节癫痫的发生，生酮饮食是一种高脂肪、低碳水化合物和充足蛋白质的饮食，自1921年以来一直用于治疗难治性癫痫患者。
注：生酮饮食对其他神经系统疾病也有积极作用，如多发性硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病和偏头痛。
关于癫痫发作频率，在生酮饮食治疗期间，10%的患者没有癫痫发作，40%的患者癫痫发作频率降低至50%。
生酮饮食对癫痫发作活动的可能影响
Ułamek-Kozioł M,et al.Nutrients.2019
生酮饮食中脂肪与蛋白质和碳水化合物的经典比例为4:1，这会引发代谢模式从葡萄糖代谢转向脂肪酸代谢。
经典的生酮饮食可以通过多种途径缓解癫痫，包括调节神经递质、脑能量代谢、氧化应激、离子通道和肠道菌群。
•不饱和脂肪酸具有抗癫痫作用
在生酮饮食中，饱和脂肪一直是主要使用的脂肪；然而，动物和人类研究已经证明多不饱和脂肪酸，尤其是Omega-3脂肪酸具有抗癫痫作用。
膳食Omega-3存在于亚麻籽、坚果、深海鱼和海洋哺乳动物中。 Omega-6主要来源于动物产品和植物油，构成现代西方饮食中多不饱和脂肪酸的大部分。
二十二碳六烯酸是大脑中主要的多不饱和脂肪酸，通过多种途径参与神经功能的调节，例如与离子通道的相互作用和神经递质的释放。一项病例对照研究表明，癫痫儿童血清Omega 3/Omega 6 比率低于健康儿童。
体外和体内研究都表明，富含Omega 3脂肪酸的饮食有利于癫痫控制，2021年七项临床试验研究的荟萃分析表明，补充Omega-3可显著降低癫痫发作频率，并且对成人比儿童更有效。
•肠道菌群对生酮饮食抗癫痫治疗具有促进效果
一些临床和实验研究探讨了肠道微生物群对生酮饮食抗癫痫疗法的作用。
通过使用 16S rRNA 测序方法，分析了接受生酮饮食治疗一周的中国儿童耐药性癫痫患者的分类肠道微生物群变化。
生酮饮食调节了不同肠道微生物群的相对丰度
结果表明，生酮饮食增加了特定门的相对表达，包括拟杆菌门和普雷沃氏菌门，同时降低了克罗诺杆菌属、丹毒杆菌属、链球菌属、另枝菌属（Alistipes）、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、Barnesiella和肠球菌属的相对表达。
研究人员将这些改变与癫痫发作减少联系起来，因为21%的患者没有癫痫发作，43%的患者癫痫发作减少了 50%。
这些结果得到了后续临床研究的证实。检查了接受生酮饮食治疗的中国儿童耐药性癫痫患者的粪便样本。发现经过六个月的生酮饮食治疗后，β多样性与基线水平有所不同。生酮饮食后，拟杆菌门的相对丰度增加，厚壁菌门和放线菌的比例显著降低。
有趣的是，在对生酮饮食反应较少的剩余50%患者中，梭状芽胞杆菌、瘤胃球菌科、毛螺菌科、另枝菌属和文肯菌科(Rikenellaceae)的相对丰度较高。
这些研究虽然规模较小，但却强化了这样一个假设：通过生酮饮食调节肠道微生物群可以对癫痫患者发挥治疗作用。
生酮饮食对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
最近的一项研究表明，高脂肪：碳水化合物+蛋白质比例对于癫痫的治疗并不是必不可少的。低脂肪:蛋白质+碳水化合物比例的新组合饮食，包括中链甘油三酯、多不饱和脂肪酸、低血糖指数碳水化合物和高支链氨基酸/芳香族氨基酸比例，也可减少兴奋性驱动并防止啮齿动物模型中的癫痫发作。
饮食干预是控制癫痫有效且有前景的方法，特别是生酮饮食。对微生物群-肠-脑轴的进一步研究将有助于开发更有效的饮食疗法。
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•肠道微生物群影响抗癫痫药物的功效和毒性
肠道微生物含有丰富的药物代谢酶，可能会影响其药理学，导致药物功效和毒性存在人群差异。
例如，氯硝西泮是一种抗惊厥和抗焦虑药物，被肠道微生物群还原和代谢，导致药物毒性。
•抗癫痫药物会改变微生物群组成
非抗生素药物会在一定程度上改变肠道微生物群。在一项涉及1197种非抗生素药物对肠道微生物群影响的大型研究中，24%的人类靶点药物在体外抑制了菌株的生长。
抗癫痫药物，如卡马西平、丙戊酸和拉莫三嗪影响肠道微生物群组成。小鼠怀孕期间丙戊酸治疗导致粪便微生物群改变，厚壁菌门增加，拟杆菌门减少，这可能与后代的自闭症谱系障碍行为有关。而拉莫三嗪可能通过抑制细菌核糖体生物合成来减少大肠杆菌的生长。
抗癫痫药物或生酮饮食治疗的患者肠道微生物群变化
Amlerova J,et al.Int J Mol Sci.2021
进一步研究抗癫痫药物与肠道微生物的关系，将有助于开发基于肠道微生物调控原理的新型抗癫痫药物。调整肠道微生物成分可以改变抗癫痫药物的代谢过程，从而提高其疗效并减少副作用。
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由于肠道微生物组似乎在包括癫痫在内的几种神经病理性疾病中发生了改变，使用广谱抗生素已成为恢复肠道微生物群生态的可行替代方案，在病理生理学方面显示出有益的结果。
•抗生素治疗可以阻止部分患者的癫痫发作
一些报告表明，抗生素治疗，可能有助于阻止癫痫患者和动物模型的癫痫发作。
用地塞米松（4毫克/天）和米诺环素（50毫克/天）治疗一名患有星形细胞瘤的53岁耐药性癫痫患者，使患者在长达2个月的时间里没有癫痫发作。当地塞米松或米诺环素治疗停止时，癫痫发作频率突然增加至每周7次癫痫发作。
对六名接受抗生素治疗的难治性癫痫患者的回顾性研究表明，某些抗生素可以在短期内减少癫痫发作的频率。
抗生素治疗对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
•部分抗生素可能也会诱发癫痫
抗生素可能通过干扰肠道菌群和肠-脑轴来诱导癫痫发作或降低癫痫发作频率。然而，某些抗生素也会诱发癫痫：例如，内酰胺类抗生素，包括青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类，最有可能引起癫痫发作。
一些青霉素如第四代头孢菌素、亚胺培南和环丙沙星，可能会导致症状性癫痫发作的风险增加。
因此，在这些患者中使用抗生素时应密切监测血清水平和脑电图。未来还需要进一步研究明确各种抗生素对癫痫的具体作用和机制。
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最近研究了补充益生菌在癫痫发作和癫痫中的效果。一项临床试验中，由43名西班牙耐药性癫痫患者组成的队列接受了益生菌补充剂的治疗。
益生菌补充剂包括每日两剂乳杆菌（嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、瑞士乳杆菌、短乳杆菌和乳杆菌）、乳双歧杆菌和唾液链球菌，持续4个月。
•补充益生菌降低了部分癫痫患者的发作频率
研究报告称，补充益生菌可使28.9%的患者癫痫发作频率减少高达50%。其中76.9%的改善患者在停药4个月后仍保持较低的癫痫发作频率。然而，48.9%的患者对补充益生菌没有反应。
此外，益生菌反应组的生活质量得分显著改善。有趣的是，补充益生菌似乎可以使γ－氨基丁酸血清水平升高和白细胞介素-6水平降低。
•益生菌还可以减轻癫痫发作的严重程度
在戊四氮诱导的化学点燃小鼠模型中，益生菌补充组没有表现出完全点燃，并且小鼠脑组织中的γ－氨基丁酸增加，这表明补充益生菌可以显著降低癫痫发作的严重程度。
化学性点燃是用亚惊厥剂量的兴奋剂连续间隔投药逐渐诱发癫痫发作。
在治疗戊四氮诱导的小鼠癫痫发作时与生酮饮食、合生元或发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum MSK 408） 合用可以减少生酮饮食的副作用，而不影响其抗癫痫作用。
生酮饮食和Lactobacillus fermentum MSK 408均通过调节肠道微生物群来增加γ－氨基丁酸代谢。
补充益生菌对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
这些研究是补充益生菌治疗难治性癫痫的初步观察，还需要在更大规模的安慰剂对照试验和更严格的动物实验中进行进一步的理论验证和机制探索。
益生菌有潜力成为难治性癫痫的补充治疗，并可与生酮饮食疗法联合使用以减少副作用。
扩展阅读：如何调节肠道菌群？常见天然物质、益生菌、益生元的介绍
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粪便微生物群移植包括将健康捐赠者的粪便微生物群溶液注入接受者的肠道中，以恢复正常的肠道微生物群落。
粪菌移植已广泛应用于多种神经系统疾病，包括阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症、多发性硬化症和癫痫，对这些疾病均显示出有益的作用。
•粪菌移植后癫痫发作频率和症状缓解
一些研究评估了粪菌移植对癫痫患者和动物模型的影响。对一名患有慢性病和癫痫的17岁女孩进行3次粪菌移植治疗后，癫痫发作频率得到了有益的影响。粪菌移植20个月后，患者癫痫发作完全缓解，不再需要抗癫痫药物。
此外，衡量这种疾病严重程度的疾病活动指数也从361点显著下降至131点。粪菌移植治疗前（约70天）失调的月经周期在粪菌移植治疗后（约30天）也得到恢复。
粪菌移植对癫痫的影响
编辑
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
扩展阅读：粪菌移植——一种治疗人体疾病的新型疗法
注意
尽管有证据表明健康的粪菌移植对癫痫有益，但仍有一些问题需要在进一步的研究中解决。例如，粪菌移植发挥其抗癫痫作用的机制、其有益作用的持久性以及参与此类结果的细菌属或门。
此外，粪菌移植可能会破坏基线微生物群多样性，导致对多种有害微生物的定植抵抗力崩溃。因此，在大规模临床应用之前，还需要更长期的随访研究来确定粪菌移植对癫痫患者的有效性和安全性。
随着研究的深入，肠道微生物群与癫痫之间千丝万缕的联系逐渐被揭示，人们对它们的功能有了更深入的了解。
目前，一些临床研究已证实难治性癫痫患者、药物敏感患者和健康对照者的肠道菌群存在差异。同时，肠道菌群还在癫痫的治疗中影响生酮饮食、抗癫痫药物等的治疗效果。
总体而言，未来微生物组特异性治疗可能是治疗癫痫的有效选择。发现肠道微生物群和癫痫之间的关系将有助于我们更好地了解癫痫的发病机制，从而提高癫痫患者的生活质量。
相关阅读：
环境污染物通过肠脑轴影响心理健康，精神益生菌或将发挥重要作用
主要参考文献
Wang Y, Zhuo Z, Wang H. Epilepsy, gut microbiota, and circadian rhythm. Front Neurol. 2023 May 18;14:1157358.
Iannone LF, Gómez-Eguílaz M, De Caro C. Gut microbiota manipulation as an epilepsy treatment. Neurobiol Dis. 2022 Nov;174:105897.
Liu T, Jia F, Guo Y, Wang Q, Zhang X, Chang F, Xie Y. Altered intestinal microbiota composition with epilepsy and concomitant diarrhea and potential indicator biomarkers in infants. Front Microbiol. 2023 Jan 11;13:1081591.
Zeng Y, Cao S, Yang H. Roles of gut microbiome in epilepsy risk: A Mendelian randomization study. Front Microbiol. 2023 Feb 27;14:1115014.
Ułamek-Kozioł M, Czuczwar SJ, Januszewski S, Pluta R. Ketogenic Diet and Epilepsy. Nutrients. 2019 Oct 18;11(10):2510.
Dahlin M, Prast-Nielsen S. The gut microbiome and epilepsy. EBioMedicine. 2019 Jun;44:741-746.
Mejía-Granados DM, Villasana-Salazar B, Lozano-García L, Cavalheiro EA, Striano P. Gut-microbiota-directed strategies to treat epilepsy: clinical and experimental evidence. Seizure. 2021 Aug;90:80-92.
Ding M, Lang Y, Shu H, Shao J, Cui L. Microbiota-Gut-Brain Axis and Epilepsy: A Review on Mechanisms and Potential Therapeutics. Front Immunol. 2021 Oct 11;12:742449.
谷禾健康
在过去的几十年里，肥胖患病率的持续快速增长。成为了许多国家的主要医疗保健问题，尤其是在2019年新冠状病毒时代以来。
肥胖是包括心血管疾病在内的一系列疾病不断扩大的风险因素。2型糖尿病、慢性肾病、非酒精性脂肪肝病, 负重过大导致的关节炎，甚至许多癌症都与肥胖有关。
▸ 肥胖的定义
肥胖定义为身体脂肪过度积累到可能对健康产生不利影响的程度。
一般使用体重指数（BMI；体重（千克）除以身高（米）的平方）进行评估。
我国规定的BMI正常范围在18.5-23.9之间，24-27.9为超重，超过28则为肥胖。
肥胖不是单纯的体重增加，而是体内脂肪组织积蓄过剩的状态。肥胖是指一定程度的明显超重与脂肪层过厚，是体内脂肪，尤其是甘油三酯积聚过多而导致的一种状态。
主要原因是由于能量摄入过多或机体代谢的改变而导致体内脂肪积聚过多造成体重过度增长并引起人体病理、生理改变或潜伏。
▸ 引起肥胖的因素
肥胖是一个多因素问题，不仅限于饮食或缺乏运动的原因，还包括遗传、环境和心理社会因素，这些因素通过能量摄入和消耗的生理介质起作用。
肠道微生物组是这些环境因素之一；大约 20年前，在小鼠研究中已经确定了脂肪储存和肠道微生物组之间的联系。粪便微生物群移植研究提供了更切实的证据。
本文结合了最新的学术研究和谷禾健康数据库，涵盖了不同的角度，既关注单个细菌的作用，也特别强调整个微生物组的组成，以试图解开肠道微生物组与肥胖的关系。
让人们更好地了解肥胖以及其发病机制，在此基础上提出一些预防和治疗肥胖的建议，使人们拥有更健康的生活。
本文主要从以下几个方面讲述
●肠道微生物对肥胖发病机制的影响
●菌群代谢物对肥胖的影响
●健康与肥胖人群中的细菌比例
●肥胖与肠道微生物的研究分类
●微生物多样性与人体健康有关
●肥胖与肠道微生物的未来研究方向
●预防和治疗肥胖的一些建议
学术专业用词缩写
PRR—模式识别受体
NOD2—核苷酸结合寡聚化结构域2
FXR—法尼醇X受体
TLR5—TOLL样受体5重组蛋白CDI—复发性艰难梭菌感染
BSH—胆盐水解酶
GLP1—胰高血糖素样肽-1
GPR—G蛋白偶联受体
01
肠道微生物对肥胖发病机制的影响
研究肥胖的发病机制，有助于我们更好地了解肥胖，并以此制定相应的治疗方案。实验研究发现肠道微生物对肥胖的发病机制存在一定的影响。
许多研究已经确定了肠道微生物群与宿主免疫系统之间的关联。其中一个发现是肥胖与肠道微生物引起的慢性低度炎症有关。
肠道微生物群和肠道细胞之间的密切接触是由微生物相关分子模式介导的，这些分子模式可以与上皮细胞和免疫细胞中的模式识别受体 (PRR) 结合。
这些识别受体属于先天免疫系统，控制炎症和免疫反应。PRR还可以检测宿主细胞释放的损伤相关分子模式。
✦革兰氏阴性菌中的脂多糖易引起炎症
脂多糖 (LPS)是革兰氏阴性菌外膜的一种特有成分，由脂质和多糖构成，似乎会引起小鼠的低度炎症。
在这里列举了一些常见的革兰氏阴性菌：
大肠杆菌、变形杆菌、痢疾杆菌
肺炎杆菌、布氏杆菌
需要注意的是，大部分革兰氏阴性菌对人体都有害
在一项人体研究中进行了类似的观察，其中能量摄入与内毒素血症和伴随的炎症有关。
事实上，与健康对照组相比，在患有2型糖尿病的受试者中，革兰氏阴性菌的数量明显更多。
脂多糖通过脂多糖分化受体14(CD14)和辅助受体 toll样受体 (TLR4）引起炎症，这反过来又导致脂肪细胞产生的促炎细胞因子增加。
●饮食在脂多糖中起重要作用
果胶可抑制脂多糖诱导的单核细胞或树突状细胞中的TLR4活化，而果糖或高脂肪饮食导致含有脂多糖的变形菌增加，瘦素信号与饱腹感和能量平衡紊乱有关，因此失调。
在此列举了一些高果糖高脂食物：
1.蜂蜜和市面上一些甜的饮料果糖含量较高；
2.淀粉类：经油炸加工的馅饼、油条、葱油饼、油糕等食物中，含有大量脂肪与糖分；
2、肉类：用糖汁、糖煎、糖烧的方法进行烹调的红烧肉、炸鸡等，也为高糖高脂食物；
3、奶油制品食物：如奶油蛋糕、奶茶、泡芙等甜品，主要原材料为淀粉与黄油等物质，所以也有较高的糖分与脂肪。
同时还表明，分泌型脂蛋白脂肪酶（LPL）抑制剂血管生成素样蛋白4（一种禁食诱导的脂肪因子）可被微生物群抑制，进而导致分泌型脂蛋白脂肪酶活性增加和白色脂肪组织中的脂肪储存。
✦肽聚糖影响体内平衡
另一个例子是肽聚糖，它是细菌细胞壁的一种成分，对人体内平衡很重要。
核苷酸结合寡聚化结构域2 (NOD2) 是肽聚糖的产物，是一种位于上皮细胞和免疫细胞内的胞质 ，能够感知胞壁酰二肽。
这种胞质对于病原体入侵和几种炎症性疾病期间的免疫反应至关重要，从而调节粘膜细菌定植。
// 一些关于NOD2的研究案例
NOD2缺乏的小鼠在高脂饮食期间显示出脂肪组织、肝脏炎症和胰岛素抵抗增加。因此经常用于糖尿病研究。
在具有功能性NOD2受体的肥胖小鼠中，胞壁酰二肽识别显示可减少脂肪炎症和胰岛素抵抗，而不会减轻体重或改变肠道微生物群组成。
上述案例在一定程度上可以说明NOD2对于减轻肥胖和肠道微生物群稳定具有一定作用。
✦Toll样蛋白受体影响免疫
——Toll样受体5（TLR5）重组蛋白是免疫系统的关键成分，还是单体鞭毛蛋白的传感器，可以检测细菌感染并启动宿主抗菌的防卫反应。
肠道微生物群也通过位于上皮细胞上的TLR5与免疫系统相关联。
免疫系统通过TLR5感知肠道微生物群的组成和肠道微生物群的定位，以避免共生肠道微生物群传播到肠外器官、产毒成员的过度生长以及机会性病原体的过度生长和入侵。TLR5检测鞭毛蛋白会导致白细胞介素-22的产生，从而预防与肠道炎症相关的疾病。
// 关于TLR5影响免疫在小鼠中的研究
与野生型无菌小鼠相比，TLR5缺陷小鼠的胰岛素抵抗和肥胖水平增加。肠道微生物群从这些TLR5缺陷小鼠转移到野生型无菌小鼠也导致这些野生型小鼠代谢综合征的相似特征转移。
一项调查缺乏TLR5受体的小鼠的研究，观察到鞭毛蛋白特异性免疫球蛋白的丢失导致鞭毛细菌增加，包括许多变形杆菌，以及粘膜屏障破坏和炎症增加。
肠道微生物影响宿主免疫的推定机制
Levin E,et al.Therap Adv Gastroenterol.2022
部分肠道微生物群的鞭毛蛋白和脂多糖可以与toll样受体重组蛋白结合，而细胞内NOD2感知肽聚糖。几种短链脂肪酸的产生可以与GPR41和GPR43（2种特异性短链脂肪酸受体）结合，导致PYY（肽YY（一种新的胃肠道激素，具有抑制胃肠运动和胃酸分泌等作用））和GLP-1（胰高血糖素样肽-1）的表达增加。
胆汁酸激活TGR5和FXR（一种胆汁酸的受体）），影响脂质和葡萄糖代谢。脂肪酸，如HYA，调节TNFR2，参与上皮屏障恢复。吲哚通过GLP-1调节和AHR的激活以及与PXR 的结合影响宿主。
注意
事实上，与瘦的人相比，肥胖的人往往有的粪便鞭毛蛋白、更少的粪便抗鞭毛蛋白IgA和更高水平的慢性肠道炎症。
02
菌群代谢物对肥胖的影响
短链脂肪酸
短链脂肪酸(SCFA)主要是微生物厌氧发酵的衍生终产物，对宿主具有多种影响。它是一组少于六个碳的羧酸，包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。这些短链脂肪酸及其比例在几种不同的组织中具有多种有益的作用。
✦短链脂肪酸有利于肠道环境的稳态
短链脂肪酸被认为是人类宿主的能量来源和能量调节剂，但它们也有助于维持肠道环境的稳态。短链脂肪酸的细胞外活性主要由G蛋白偶联受体(GPRs)介导。
这些受体在多种细胞上表达，包括肠上皮细胞、脂肪细胞、肠内分泌L细胞、先天免疫细胞和体细胞感觉神经节的神经元。
✦短链脂肪酸会影响饱腹感
短链脂肪酸参与L细胞产生的肽YY和胰高血糖素样肽1(GLP1) 激素的调节。这两种激素都调节神经系统的饱腹感，GLP1在葡萄糖刺激的胰岛素敏感性和分泌中也起作用。
饱腹感也由丙酸盐通过激活脂肪细胞中的游离脂肪酸受体3(FFAR3)来控制，因为这些脂肪细胞会产生瘦素。微生物衍生的丁酸盐和丙酸盐都会诱导肠道糖异生，进而诱导对葡萄糖和能量稳态的有益影响。
✦短链脂肪酸促进能量消耗
研究显示丁酸盐通过游离脂肪酸受体2(FFAR2)的活化刺激棕色脂肪组织的活化，从而显著促进能量消耗。并且脂肪积累被丁酸盐诱导的白色脂肪组织中的游离脂肪酸受体2活化抑制。最后，丁酸盐通过降低肠屏障的通透性来减少上皮细胞中的细菌易位。
在肠道内，短链脂肪酸的产生通过各种中间体发生。不同的物种，在产生这些中间体和最终产物的每个步骤中使用不同的酶，都参与了这个过程。
●2型糖尿病中产丁酸盐菌丰度较低
在2型糖尿病中，许多研究看到的一个共同趋势是，糖尿病患者的丁酸盐生产者（如Roseburia和Faecalibacterium）的丰度低于对照组，这可能取决于饮食。
在肥胖症中也可能如此，短链脂肪酸的过量生产可能会导致更高的能量可用性和摄入量。
事实上，一项比较肥胖与瘦的受试者的研究表明，肥胖者的总短链脂肪酸水平较高，但必须指出，肥胖与丙酸盐水平特别相关。
胆汁酸
胆汁酸是胆汁的重要成分，在脂肪代谢中起着重要作用。 胆汁酸主要存在于肠肝循环系统并通过再循环起一定的保护作用。
许多研究报告了肠道微生物组、胆汁酸和肥胖或肥胖相关疾病之间存在联系。
初级胆汁酸通过两种途径在肝细胞中产生：
产生大部分胆汁酸的经典途径是由细胞色素P450中的胆固醇7α-羟化酶启动的。
替代途径由细胞色素P450中的27α-羟化酶启动。
注：细胞色素P450——一个很大的可自身氧化的亚铁血红素蛋白家族，属于单氧酶的一类，因其在450纳米有特异吸收峰而得名。它参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。
7α-羟化酶和27α-羟化酶都属于细胞色素P450中的成员。
经典途径中的一种中间体胆固醇7α-羟化酶与总血浆甘油三酯浓度相关，表明肝胆汁酸合成对于调节肥胖者的血浆甘油三酯水平很重要。
胆汁酸的作用途径
产生的初级胆汁酸是胆酸、鹅去氧胆酸和猪胆酸。这些初级胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合。餐后，这些结合物被分泌到胆汁中并释放以促进膳食脂肪的溶解和吸收。
此后，肠道微生物群使用胆盐水解酶（BSHs）去结合初级胆汁酸。
Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Enterococcus spp.和Methanobrevibacter spp.，这些细菌中都含有这些胆盐水解酶。
接下来，这些去结合的初级胆汁酸随后被转化为次级胆汁酸。
注：这是通过肠道微生物群的脱氨基作用和7α-羟化酶的脱羟基化来完成的。
在最后阶段，胆汁酸被回肠远端吸收，完成肠肝循环。产生的次级胆汁酸是脱氧胆酸和石胆酸。这些胆汁酸参与调节能量消耗，以及炎症和葡萄糖代谢和脂质代谢。
这表明这些胆汁酸在肥胖的病理生理学中非常重要，因为与肥胖相关的肠道微生物群的改变包括胆汁酸池大小和组成的变化。
✦不同胆汁酸具有不同的作用
不同的胆汁酸对各种肠道受体具有不同的亲和力，例如与膜结合的蛋白偶联受体(TGR)以及法尼醇X受体(FXR) 。
注：TGR5—是一种G蛋白偶联受体,不仅是胆汁酸的受体，也是多种选择性合成激动剂的受体。
法尼醇X受体（FXR）：一种胆汁酸受体，被特定胆汁酸代谢物激活后发挥转录因子作用，参与调控胆汁酸的合成和肠肝循环，影响机体的糖脂代谢。
在小鼠中，已经表明肠道菌群通过FXR受体促进饮食诱导的肥胖。
在脂肪组织中，脂肪细胞分化受FXR通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ活性，进而调节脂肪酸储存和葡萄糖代谢。
在棕色脂肪组织中，能量消耗因胆汁酸与TGR5结合而增加，随后产生的环磷酸腺苷会增加参与能量稳态的甲状腺激素活化。
在巨噬细胞中，胆汁酸激活TGR5会导致抗炎反应，因为抑制了NF-κb通路和NLRP3依赖性炎症小体活性。FXR和TGR5受体都存在于相似的细胞中，例如胰岛β细胞和肠内分泌L细胞。
在胰岛β细胞中，正向调节合成和葡萄糖诱导的胰岛素分泌。在肠内分泌L细胞中，观察到相反的效果。FXR的激活导致GLP-1分泌的抑制，而TGR5的激活诱导GLP-1的分泌。
✦饮食会影响胆汁酸的含量
几项研究已经将特定的肠道微生物群改变以及胆汁酸成分的改变与肥胖联系起来，同时考虑到饮食的类型。
与富含精制谷物的饮食相比，富含全谷物的饮食导致血浆胆汁酸含量显著增加，包括牛磺鹅去氧胆酸、甘胆酸和牛磺石胆酸。
这被假设为激活FXR和TGR5受体并影响葡萄糖稳态。事实上，高膳食纤维的纯素饮食与Prevotella丰度较高相关被证明可以增强法尼醇X受体的信号通路
与杂食动物相比，纯素食者的粪便胆汁酸含量也显著降低。当杂食动物的饮食中膳食纤维增加时，观察到粪便胆汁酸显著减少。
//研究证明高脂饮食胆汁酸水平升高
在小鼠中，高脂饮食引起的肥胖导致粪便中脱氧胆酸水平升高。此外，高脂肪饮食略微增加总胆汁酸池，特别是增加肝脏和血浆中的脱氧胆酸和牛磺脱氧胆酸水平。
这些变化与以下菌群的丰度增加相关：
Blautia ↑↑↑
Coprococcus ↑↑↑
Intestinimonas ↑↑↑
Lactococcus ↑↑↑
Roseburia ↑↑↑
Ruminococcus ↑↑↑
另一项小鼠研究调查了胆盐水解酶对法尼醇X受体胆汁酸拮抗剂牛磺-β-鼠胆酸的影响，因为法尼醇X受体抑制会导致对肥胖的抵抗。他们发现，乳酸杆菌水平降低与BSH水平降低相关，因此与牛磺酸-β-鼠胆酸水平升高相关。
事实上，从小鼠盲肠中分离出的L.johnsonii被发现表达产生胆盐水解酶的基因，这些基因专门针对牛磺-β-鼠胆酸，提供了肠道微生物群变化与调节法尼醇X受体和胆盐水解酶基因表达之间的机制联系。
然而，与其他产生类似胆盐水解酶的肠道微生物相比，乳酸杆菌对法尼醇X受体拮抗剂浓度的贡献仍不清楚。
一项调查肥胖受试者的人体研究发现了毛螺菌科的瘤胃球菌家族与甘氨脱氧胆酸的比例和血浆中次级胆汁酸与初级胆汁酸的比例呈正相关。
除此之外，Faecalibacterium prausnitzii与粪便中的异石胆酸水平呈负相关。
一项调查肥胖受试者的研究发现，该组的非12-OH胆汁酸比例降低。在同一项研究中，高脂饮食抗肥胖小鼠的这些非12-OH胆汁酸水平升高。
在高脂饮食易肥胖的小鼠中，这些胆汁酸减少并与肠道微生物群的改变有关。在这里，梭状芽孢杆菌减少的很明显，肥胖与肠道微生物群通过胆汁酸池的大小和组成有关，但在单个细菌、特定胆汁酸剖面和肥胖表型之间还没有明确的联系。
因此，还需要进行更多的研究，以将肥胖与胆汁酸谱和胆汁酸池大小与特定细菌组成谱联系起来。
脂肪酸
除了产生胆汁酸外，一些细菌，包括Lactobacilli和Bifidobacteria，还通过多不饱和脂肪酸的饱和代谢产生代谢物。这会产生中间脂肪酸，如羟基、氧代、共轭和部分饱和反式脂肪酸。
结果表明，与无菌小鼠相比，无特定病原体小鼠的羟基脂肪酸水平要高得多，这表明肠道微生物组的脂质代谢会影响宿主体内的脂肪酸组成，因此会影响宿主的健康。
✦增强抗炎能力，促进屏障恢复
此外，共轭脂肪酸组中的一些脂肪酸对健康有益。体外对树突状细胞的实验表明，共轭亚油酸的异构体抑制脂多糖诱导的白细胞介素12产生并增强抗炎细胞因子白细胞介素10的产生。
一个例子是10-hydroxy-cis-12-octadecenoic acid（HYA），因为它部分调节肿瘤坏死因子受体2 (TNFR2)，从而促进上皮屏障恢复作用。
注：HYA是不饱和脂肪酸的代谢过程中，肠道微生物产生的中间体游离脂肪酸。HYA能够改善与一些细胞中成熟标志物表达相关的抗氧化/解毒防御能力。
✦保护宿主，减少肥胖
另一项研究展示了HYA如何通过G蛋白偶联受体40（GRP40）和G蛋白偶联受体120(GRP120)分泌胰高血糖素样肽-1来减轻高脂饮食诱导的小鼠肥胖。
此外，他们还证实了几种乳酸杆菌属，如
Lactobacillus salivarius和
Lactobacillus gasseri，能够产生相似水平的 HYA，保护宿主免受高脂饮食引起的肥胖。
吲哚
吲哚是吡咯与苯并联的化合物，细菌产生吲哚对人体健康具有重要意义。
✦饮食类型影响吲哚的产生
吲哚是通过降解肠中芳香族氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸的分解代谢产生的。因此，肠道吲哚水平取决于饮食类型。
富含蛋白质的饮食会促进吲哚的产生。然而，富含糖的饮食可能会降低吲哚合成，因为过度消耗糖可能会导致小肠饱和，从而导致更多剩余的糖进入大肠。
由于碳水化合物发酵优于蛋白水解活性，因此抑制色氨酸酶活性导致吲哚合成速率降低。吲哚通过以下途径影响宿主代谢L细胞对GLP-1分泌的调节，表明在2型糖尿病等代谢疾病中发挥作用。
吲哚丙酸（3-Indolepropionic acid）由Clostridium sporogenes产生，它与膳食纤维摄入量呈正相关。
•2型糖尿病会影响吲哚水平
事实上，一项研究发现较高的血浆吲哚丙酸水平与降低患2型糖尿病的风险之间存在关联。
另一项研究发现，与瘦对照相比，患有2型糖尿病的肥胖受试者的吲哚丙酸水平降低。吲哚丙酸显示通过与孕烷X受体结合并随后下调肿瘤坏死因子α来调节炎症。
✦吲哚具有抗肥胖等特性
研究显示吲哚丙酸可降低饮食诱导的肥胖小鼠的肠道通透性。吲哚丙酸也被证明在小鼠中具有抗肥胖活性。
在肠道中，色氨酸可以被肠道菌群用作底物来产生吲哚，但也可以被宿主代谢。在低度肠道炎症（肥胖的一种慢性症状）期间，巨噬细胞中的吲哚胺2,3-双加氧酶活性增加，导致犬尿氨酸的产生水平升高，从而将生产从微生物衍生的吲哚转移。
注：吲哚胺2,3-双加氧酶是人体内色氨酸代谢中的关键酶,可通过介导色氨酸耗竭及其代谢产物调节机体抗肿瘤免疫。
与正常饮食的小鼠相比，高脂肪饮食的小鼠显示出吲哚胺2,3-双加氧酶活性增加。然而，与高脂饮食的野生型小鼠相比，在这种酶被敲低的小鼠中观察到胰岛素耐受性有所改善。
微生物衍生的吲哚，如吲哚乙酸激活芳烃受体，但犬尿氨酸抑制其激活。微生物衍生的吲哚乙酸进一步限制了巨噬细胞中脂肪酸的积累和炎症标志物的产生。
谷氨酸
除了吲哚，谷氨酸也可以影响人体。
——谷氨酸是一种多功能氨基酸，谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位。除此之外，谷氨酸也是人体兴奋神经递质，不仅参与消化系统和免疫系统，还是大脑健康密切相关。现在强有力的证据表明肠道微生物产生神经活性分子，如神经递质（即去甲肾上腺素、多巴胺、血清素、GABA 和谷氨酸）和代谢物（即，色氨酸代谢物，短链脂肪酸等）维持宿主和细菌之间跨界跨区域交流。谷氨酸代表了在这种跨界交流中活跃的众多神经活性分子之一。
根据对肥胖和瘦受试者的队列进行的全基因组关联分析显示，谷氨酸盐具有潜在危害。
通过进行途径分析，谷氨酰胺/谷氨酸转运系统在肥胖个体中高度富集。这与拟杆菌属（包括B.thetaiotaomicron）的物种呈负相关。事实上，与瘦受试者相比，肥胖者体内这种细菌的数量减少。因此谷氨酸与人体之间也存在一定联系。
•拟杆菌的在高脂饮食中的研究
对多形拟杆菌（B.thetaiotaomicron）在高脂饮食小鼠中的作用的研究表明，编码参与脂肪生成的蛋白质的基因表达较低，而编码参与脂肪酸氧化和脂肪分解的蛋白的基因表达较高。此外，炎症相关标志物的表达也降低。
关于发现与肥胖相关的B.thetaiotaomicron，其效应可能是由于与某些其他物种的相互作用，例如B. uniformis，已知其部分恢复了高脂肪饮食诱导的肥胖效应。
03
健康与肥胖人群中的细菌比例
有研究发现，健康人群和肥胖人群中的拟杆菌门和厚壁菌门比例存在不同。但是将健康受试者与肥胖受试者用拟杆菌与厚壁菌的比例区分开来的一个有争议的话题。
•支持的证据
一项研究调查了遗传易感肥胖小鼠及其接受相同多糖饮食的正常野生型同胞的盲肠微生物群之间的差异。
在肥胖小鼠中，拟杆菌数量减少，而厚壁菌的相对丰度较高。一年后，在比较肥胖和正常时发现了类似的结果。
•反对的证据
然而，同一组在比较正常人和肥胖人双胞胎时观察到了有争议的结果。然而，此处观察到拟杆菌显著减少，与厚壁菌没有关联。
除此之外，使用16s rRNA基因的类似管道和区域重新分析前面提到的文章的数据集和其他公开可用的数据也导致了与拟杆菌与厚壁菌比率相关的矛盾结果。
鉴于人类肠道中这两个门所代表的目、科、属的物种众多，这些门水平上相互矛盾的肠道微生物群结果并不令人惊讶。
另一方面，厚壁菌门是如此广泛，以至于说某个菌属于厚壁菌门，但是不同菌的功能差别很大。
此外，这些门中分类上不同的细菌具有截然不同的属性。拟杆菌门中最重要的例子是普氏杆菌属和拟杆菌属，它们往往相互排斥。当比较多个研究时，将每个门的细菌汇集在一起时，预计会出现相互矛盾的结果。
因此，目前还不鼓励使用拟杆菌与厚壁菌的比例来区分健康人群与肥胖人群。我们在检测实践中也发现部分肥胖人群拟杆菌比例较高。
Prevotella与Bacteroides的比例
在引入肠型后，在拟杆菌门内做出了更合适的区分，即Prevotella和Bacteroides的比率。
与Bacteroides相比，Prevotella个体在食用左旋肉碱时血浆氧化三甲胺浓度较高。
以Prevotella为主的肠道微生物群往往与素食主义或非工业化的富含膳食纤维的饮食有关。这些例子可以在非洲、南美洲或者东南亚狩猎采集者或农村人口进行的几项研究中找到。
✦Prevotella与Bacteroides更利于减肥
研究很好地说明了饮食和环境导致的从普氏杆菌向更为拟杆菌主导的肠道微生物群的转变，来自泰国农村的人移民到了美国。不出所料，这种转变也伴随着体重的增加。
关于减肥方案，这一比例很重要，因为普氏杆菌与拟杆菌比例较高的受试者在膳食纤维含量较高的情况下更容易减肥。
研究发现，给予辣椒素时，拟杆菌量较多的受试者体重减轻更多，在此强调了个性化营养的必要性。
04
肥胖与肠道微生物的研究分类
为了更好更有条理地研究肥胖与肠道微生物之间的关系，需要将微生物进行研究分类。
大多数关于肥胖与肠道微生物群之间关系的研究通常将个体分类群与病理生理途径联系起来，以建立与肥胖的联系。
影响微生物的因素
细菌并不存在于真空中，所以它们的生长速度以及它们能够进行的代谢活动取决于外部环境因素。
这些外部因素包括pH、胆汁酸和底物可用性。所有这些反过来又取决于微生物组分本身；这意味着一种细菌的功能受其周围所有其他细菌的影响。
更直接地说，各种细菌种类依赖于其他细菌种类为它们提供中间底物（其他细菌的废物），并且反过来，依赖于将消耗其自身废物（发酵产物）的其他细菌，以使其从中获得能量的生化转化在能量上有利。
同一物种的不同菌株可能存在很大差异
通常使用不同的分类水平（门/科/属/种）来归因特定的特征和关联，而物种的功能甚至在同一属内，甚至是目前被认为属于不同菌株的细菌。相同的物种，可以有很大的不同。
因此，旨在通过查看更高的分类级别来限制分类组数量的降维策略通常应该优选地限制在类属级别。
同一物种的不同菌株可能具有也可能不具有归因于它们的特定功能，正如在碳水化合物活性酶中观察到的那样。如果高度相似的基因存在于多种细菌中，则可能还会出现冲突模式。
越来越多的研究人员在过去几十年中得出结论，与肥胖相关的有益影响应归因于肠道微生物群中的多个参与者协同工作。而这种关联的紊乱可以被视为生态失调的一种形式。
微生物成员分组
——由于上述个体分类群分析的缺陷使得难以找到特定于健康结果的具有生物学意义的模式，因此创造了两个不同的术语来将个体微生物组成员分组。
▸ 微生物“聚类”
应用了“guild”这个术语，这在宏观生态学中已经众所周知。它包括“以类似方式利用同一类环境资源的一组物种”，后来成为“功能组”的同义词。
通过构建基于微生物丰度协变的共丰度组，给出了一个框架，以更生态有意义的方式解开肠道微生物组与人类健康之间的关系。这将克服目前对基于分类单元的分析和以基因为中心的分析存在问题的各种缺点。
▸ 营养网络
另一个术语称为“营养网络”，营养网络被定义为微生物种群形成代谢相互依赖的生物体的食物网，随着时间的推移以相关的方式稳定地建立。
小结
通过观察微生物聚类或特定的营养网络，可以实现对与健康和肥胖相关的肠道生态学的更有意义的解释。
此外，将数百个分类群聚集到有限数量的微生物聚类或营养网络中将有助于降低维度，从而有可能应用经典统计数据来限制与校正多重测试相关的问题。
尽管基于微生物聚类的方法似乎是一种有前途的方法，在了解肥胖儿童的体重调节方面观察到了附加价值，但与肥胖本身的相关性仍有待阐明。
05
微生物多样性与人体健康有关
α多样性与疾病状态有关
——在区分肥胖受试者和健康受试者时，一个常见的观察结果是他们平均较低的α-多样性。
在许多其他疾病中也观察到相同的情况，例如克罗恩病、肠易激综合征和结肠直肠癌。因此，微生物多样性的丧失通常与各种疾病状态有关。可以说，断奶后肠道α多样性降低是与各种人类状况相关的普遍特征。
在成年人中，较高丰度的细菌（如Akkermansia muciniphila和F. prausnitzii）通常与较高的α多样性相关。
丰富的A. muciniphila与BMI、炎症标志物、脂质合成和总脂肪组织重量呈负相关。
▸ α多样性是什么？
α多样性主要关注局域均匀生境下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性。α-多样性是由扩散、局部多样化、环境选择和生态漂移共同形成的。
多样性本身不仅仅是健康的指标，因为多种高丰度的病原体持续存在一般不会让肠道感觉 “幸福”。
相反，更高的α多样性应该被视为存在发育良好和扩展的微生物营养网络，它们共同导致发酵能力的提高。
✦低α多样性下的肠道微生物
富含拟杆菌的微生物群倾向于具有较低的α-多样性值、较简单的营养网络，并且更容易下降。
这种低α-多样性组合物通常富含诸如肠杆菌科、梭杆菌属、链球菌属、瘤胃球菌属和各种拟杆菌属物种的物种。
这种益生菌组合物在肠型方面与拟杆菌2肠型最为相似，最终会是肥胖和2型糖尿病的危险因素。
营养网络被破坏导致α多样性减低
研究表明营养网络的彻底破坏以及由此导致的α-多样性、基因丰富度和肠道发酵能力的极大降低。
调查了（抗生素治疗）危重儿童的肠道微生物群、粪便短链脂肪酸和胆汁酸谱。由于缺乏代谢和发酵能力，这些儿童的初级胆汁酸与次级胆汁酸的比例较高，但短链脂肪酸的产量极低，而碳水化合物发酵的中间产物，如乳酸盐和琥珀酸盐与健康对照儿童相比含量增加。
后一项发现，加上剩余的未发酵糖组分、较高水平的未接触蛋白质和更松散的粪便，突出了肠道中剩余的发酵仍然处于糖分解阶段。
Christensenellaceae营养网络
——一个与高α-多样性和健康相关的特定营养网络
与肥胖受试者相比，体重指数正常的健康受试者的Christensenellaceae水平更高。
Christensenellaceae和寄主BMI之间的关联被认为是最稳健的关联之一。在无菌小鼠体内移植来自人类供体的富含菊苣科植物的粪便可减少肥胖。在富含瘤胃球菌科或厚壁菌的肠型的人中，Christensenellaceae通常很丰富。
如上所述，不应将Christensenellaceae视为一个独特的独立实体，因为它始终与其他细菌和古细菌形成营养网络。
✦Christensenellaceae与古细菌的关联
Christensenellaceae与一种古细菌——Methanobrevibacter smithii 的关联可能是这一营养网络最典型的部分。
M.smithii 从微小梭菌产生的氢气中产生甲烷。如果这种营养网络与低BMI之间存在因果关系，则仍然相当不确定。
除了M. smithii是这一营养网络的一部分外，一项比较意大利瘦弱和肥胖老年人的研究发现，Christensenellaceae、Rikenellaceae和Porphyromonadaceae之间存在相关性。
在日本的一个队列中，调查了不同地区健康成年人的粪便样本，Christensenellaceae与各种其他细菌也与BMI呈负相关。
注意
鉴于α-多样性、瘦弱性和Christensenellaceae细菌营养网络之间的紧密联系，未来将继续从机制上研究这种联系。还应注意的是，该营养网络对于短链脂肪酸生产的重要性尚未确定。
虽然Christensenellaceae和Methanobrevibacter可能仅占总微生物群的一小部分，但它们所代表的核心指示物种的营养网络在不同种族中绝不是一个小角色。这种营养网络，其中各种物种彼此之间非常密切相关，具有肠型定义潜力。
Prevotella stercorea营养网络
另一个营养网络，通常在工业化国家的人们中代表性不足，是Prevotella stercorea营养网络，它可以被视为Prevotella肠型组成中的一个重要因素。
这个营养网络的建立首先是通过观察冈比亚儿童正在发育的肠道微生物群来广泛描述的。P. stercorea与Succinivibrio dextinosolvens和Paraprevotella xylaniphila等形成一个大型营养网络，并且类似地与高α-多样性相关。
✦肠道Prevotella的特征
肠道普雷沃氏菌是一个完美的例子来展示微生物“聚类”和营养网络之间的区别。
在人群范围内的研究中，例如使用多民族队列研究的数据，被定义为肠型普氏杆菌的人通常具有非常高的P. stercorea水平和与P.stercorea营养网络相关的高水平物种。
当在分层聚集的热图中可视化时，P.copri和P.stercorea营养网络中的物种聚集在一起。然而，这种共同发生主要是由于粪便中的Prevotella（包括P.copri、P.stercorea和其他许多普氏杆菌属）和Bacteroides/Phocaeicola.之间的强烈拮抗作用。
P.copri和P.stercorea营养网络在同一环境中表现良好（Bacteroides贫乏），但P.copri的高丰度完全独立于P.stercorea营养网络发展，这可以通过跟踪儿童在前3个年的肠道微生物群成熟情况看出多年生活在一个每个人都会发展出富含Prevotella的肠道微生物群的环境中。
12个月后，P.copri成为优势种并保持优势，而与P.stercorea营养网络相关的物种丰度在生命的前30个月以相互依赖的方式缓慢增加，直到达到稳定水平。推测在P. stercorea的营养网络中存在着各种代谢产物的交换，值得进一步研究，特别是与Prevotella肠型生产短链脂肪酸的能力增加有关。
✦Prevotella与健康相关
与肥胖率上升最快的工业化国家相比，肠型拟杆菌相关的拟杆菌和种类在冈比亚并不多见。
肠道中的Prevotella本身也与较低的BMI相关，并且已观察到低密度脂蛋白胆固醇与肠道Prevotella呈负相关，这表明在非工业化国家，肠道Prevotella与健康有关。
06
肥胖与肠道微生物的未来研究方向
尽管使用大型队列的关联研究对于试图解开与肥胖相关的肠道微生物组的极端复杂性至关重要，但其他几种研究途径也具有潜力，其中一种是粪菌移植。
粪菌移植
▸ 定义
粪菌移植，是将粪便从瘦供体转移到受体。也称为“人类肠道微生物群转移”、“粪便移植”和“粪便细菌疗法”。
✦粪菌移植的作用
粪菌移植已被证明是比抗生素更有效的复发性艰难梭菌感染 (CDI) 治疗方法。然而，与肥胖不同，从病理学的角度来看，CDI是一种相对简单的疾病，其中肠道微生物群的因果关系是明确的。
在一项对患有胰岛素抵抗的肥胖受试者进行的粪菌移植试验中。受试者接受自己的粪便（自体）或瘦供者粪便（同种异体）。短期内在接受瘦供体粪菌移植的受试者中观察到对胰岛素敏感性的有益影响。
进一步研究表明基线肠道菌群有利于粪菌移植的成功。在这里，当接受同种异体粪菌移植时，在α-多样性降低的受试者中，粪菌移植成功率更高。
总的来说，与那些肠道微生物组组成尚未严重恶化的受试者相比，那些α-多样性较低的受试者有更大的改进空间。
✦其他影响粪菌移植的因素
一项研究，其中包括几个调查不同疾病的粪菌移植队列，显示生态变量（如低α-多样性）与临床变量（如抗生素治疗和灌洗）一起在植入成功中发挥作用。
他们进一步表明，通过合并供体样本来增加α-多样性预计不会增加供体菌株的植入，这表明合并供体样本在功能上并不等同于单个高α-多样性供体样本。
对队列进行的分析表明，P.copri对接受同种异体粪菌移植的受试者具有有益的影响。P.copri与BMI、C反应蛋白和空腹胰岛素水平进一步呈负相关。
此外，肠道微生物群的变化可能与特定血浆代谢物水平和血浆单核细胞中DNA甲基化的变化有关，为肠道微生物群影响肥胖相关疾病的机制提供了额外线索。
验证细菌植入的生物学工具
最近开发了几种工具来帮助解开粪菌移植中肠道微生物组与肥胖之间的关系。
为了验证来自瘦供体的菌株是否已移植到受体中，需要进行菌株跟踪分析。比较了七种不同的生物信息学工具，用于在数据集上进行应变跟踪。
减轻肥胖和相关疾病负担有前景的方法
Levin E,et al.Therap Adv Gastroenterol.2022
分析健康瘦供体粪便的微生物组成，以选择具有高 α 多样性（以及其他）的供体，这可以被视为存在复杂的健康相关营养网络的标志。
如果合适，然后将高α多样性供体的粪便转移到肥胖的接受者身上，这可能会减轻低度炎症。在粪菌移植之后，使用菌株追踪在接受者的粪便中追踪肠道微生物群基因组中特定位置的特定SNP的供体菌株验证。
在这里，观察到概率工具在宏基因组测序数据上表现最好。然而，随着最近开发的两种新的应变跟踪工具，这一技术领域仍在快速发展。
其中一个工具是基于物种特异性标记基因中的单核苷酸变体跟踪菌株，另一个是先前发布和改进的进一步构建工具，应用应变跟踪方法。
在接受粪菌移植后调查了受体中的菌株植入，观察到供体和受体特异性菌株可以共存。与此同时，发现肥胖受试者的粪菌移植胶囊会导致微生物群落组成发生变化，从而导致受试者从一种肠型转变为另一种肠型。这随后改变了菌群的代谢潜力。微生物组向供体的转变与α多样性呈正相关。
此外，肠道微生物群组成的变化在治疗后持续26周。本研究结合了多个供体的粪便，并表明一些供体具有用于移植的高效微生物群，这意味着供体粪便的组成和整个营养网络的转移，而不是添加单个分类群的重要作用。
07
预防和治疗肥胖的建议
预防肥胖
——鉴于肥胖症如此普遍，并且考虑到治疗的难度，预防尤为重要。
为预防超重和肥胖，人们应该根据自己的营养需求进食和饮水，定期锻炼，定期检查体重。
•少吃高热量食物
就营养而言，他们应该少吃高能量密度的食物，多吃低能量密度的食物。由于水分或纤维含量高而能量密度低的食物，如全麦制品、水果和蔬菜，相对来说更能饱腹，能量含量也较低。地中海饮食有助于预防超重和肥胖。
还应减少酒精、快餐和含糖饮料的消费。快餐通常含有高比例的脂肪和糖，因此能量很高。不仅是加糖的饮料，还有果汁和果汁饮料，含糖量也很高。
•避免久坐或不活动
经常坐着看电视或上网和类似活动的不活跃生活方式会促进体重增加。在日常活动和休闲活动中进行锻炼具有预防作用。这个目标最好通过每周2小时以上的以耐力为重点的体育锻炼（使用大肌肉群）来实现。
肥胖的治疗方法
✦饮食疗法
为了减轻体重，目标应该是遵循减量饮食，这将产生约500kcal/天的热量缺口，或在个别情况下更多。
每天500至600kcal的能量缺口将使体重减轻，以约0.5kg/周的速度发生，持续12周最多24周。
低碳水化合物饮食在开始时会比其他饮食导致更剧烈的体重减轻，但一年后就看不到差异了。过去几年的几项大型研究表明，常量营养素组成（脂肪、碳水化合物和蛋白质的比例）与减肥无关。各种减脂饮食可在1至2年内减掉约4公斤。个人经验、知识和资源比营养关系更重要。
✦益生菌帮助减肥
已经证明几种益生菌，单独使用或以共生混合物的形式使用，能够通过物种和菌株特异性机制（例如，肠道微生物群调节、降低胰岛素抵抗、更强的饱腹感）来治疗肥胖。
更具体地说，乳酸杆菌和双歧杆菌物种由于其低致病性和低水平的抗生素耐药性而已成功用于成熟的肥胖动物模型。
益生菌对减肥作用的一些实验
Abenavoli L, et al. Nutrients.2019
与安慰剂组相比，这些治疗导致不同程度的体重增加减少和脂肪累积减少。
所以在一些时候，我们可以利用例如乳酸杆菌等益生菌来帮助我们减肥。
✦增加运动
有效的减肥需要>150分钟/周的运动，能量消耗率为1200至1800kcal/周。单独的力量训练对于减轻体重作用不大。
运动中消耗的能量常常被高估。当使用大肌肉群，强度适中到高，运动时间长时，体重减轻是可以预期的。对照良好的研究和荟萃分析显示，在6至12个月内体重减轻了约2公斤，腹部脂肪减少了约6%.
应该向超重和肥胖的人解释运动的健康益处（代谢、心血管和社会心理），无论体重减轻如何，这些益处都会产生。即使在肥胖个体中，增加运动的健康价值也不仅仅体现在体重减轻上。
✦行为矫正干预
在团体或个人中，基于行为方法的干预应成为减重计划的一部分。
干预的主要目的是改变营养和运动方面的生活方式，并且可以由合格的非心理治疗师进行。如果伴随超重或肥胖的症状更严重，精神科医生或心理治疗师应参与患者管理，并应支持患者进行饮食治疗和锻炼。
08
结语
肥胖和肠道微生物群以多种方式交织在一起。饮食的类型及其数量会影响能量的可用性并因此影响肥胖，但也会强烈影响肠道微生物组，这反过来又可以放大饮食的致肥胖特性，或另一方面提供各种保护性益处。
许多微生物衍生的代谢物，包括短链脂肪酸、胆汁酸、吲哚和其他氨基酸，对健康同样至关重要。过量或缺乏这些，或者更具体地说，在任何这些方式中改变的整体组成，都可能是致肥胖的。
通过本文更好地了解肥胖以及其发病机制与微生物组之间的关系，有助于在日后的生活中更好地应对肥胖，使人人都有一个健康的身体。
主要参考文献
van der Vossen EWJ, de Goffau MC, Levin E, Nieuwdorp M. Recent insights into the role of microbiome in the pathogenesis of obesity. Therap Adv Gastroenterol. 2022 Aug 9;15:17562848221115320. doi: 10.1177/17562848221115320. PMID: 35967920; PMCID: PMC9373125.
Canfora, EE, Meex, RCR, Venema, K, et al. Gut microbial metabolites in obesity, NAFLD and T2DM. Nat Rev Endocrinol 2019; 15: 261–273.
Abenavoli L, Scarpellini E, Colica C, Boccuto L, Salehi B, Sharifi-Rad J, Aiello V, Romano B, De Lorenzo A, Izzo AA, Capasso R. Gut Microbiota and Obesity: A Role for Probiotics. Nutrients. 2019 Nov 7;11(11):2690. doi: 10.3390/nu11112690. PMID: 31703257; PMCID: PMC6893459.
GBD 2015 Obesity Collaborators . Health effects of overweight and obesity in 195 countries over 25 Years. N Engl J Med 2017; 377: 13–27.
Chauhan, S, Jena, KK, Mehto, S, et al. Innate immunity and inflammophagy: balancing the defence and immune homeostasis. FEBS J. Epub ahead of print 26 November 2021.
Beukema, M, Faas, MM, de Vos, P. The effects of different dietary fiber pectin structures on the gastrointestinal immune barrier: impact via gut microbiota and direct effects on immune cells. Exp Mol Med 2020; 52(9): 1364–1376.