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2型糖尿病是一种血糖水平升高(高血糖)的慢性代谢疾病,主要由胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足引起。2型糖尿病全球患病率在不断上升。
截止到2020年,根据美国糖尿病学会评估标准,糖尿病患病率已达到12.8%。其实在我国成年人中,已经有将近一半的人存在血糖异常,未来极有可能发展为2型糖尿病。如果不加干预治疗,会引发许多不良后果。

很多研究表明,肠道菌群在宿主的代谢和疾病状态中起着重要的作用。特别是2型糖尿病,其病因复杂,包括肥胖、慢性低度炎症,受肠道微生物群和微生物代谢产物的调节。
本文将从肠道菌群的角度了解其与2型糖尿病的关系;肠道菌群及其代谢物对葡萄糖代谢、免疫系统的影响;
从影响肠道菌群变化的因素来了解各种干预措施,包括药物,饮食,益生菌/益生元,粪菌移植,间接性禁食等方式。
葡萄糖主要通过食用的食物和饮料进入人体。胰腺会产生一种叫做胰岛素的激素,以帮助血液中的葡萄糖进入肌肉、脂肪和肝脏,用作能量。
胰岛素通过血液循环进入不同组织。组织大多数细胞表面有一种结构,叫胰岛素受体。当胰岛素流过时,会附着在胰岛素受体上,就像钥匙打开锁一样,糖可以进入细胞内,细胞获得能量维持正常运作,血液中糖分就会回落到正常水平。
在2型糖尿病患者身上,细胞对胰岛素没有反应,这种情况就叫胰岛素抵抗。胰岛素没有了“钥匙”的作用,不能有效开启细胞上的“锁”,或者“锁”的数量也减少了,由此,糖分就不能进入细胞有效利用,被挡在了细胞外面,只好在血液中积累,血糖就升高了。
刚开始的时候,胰腺会觉得自己使不上力,于是不甘心开始拼命工作,产生更多的胰岛素来克服这种抵抗。

随着时间的推移,胰腺开始累了,力不从心,不能产生更多的胰岛素,这时候就是2型糖尿病开始了。

肠道微生物群可以直接或间接地影响人类健康,肠道微生物群失调可能会增加促炎疾病的患病率,如肥胖、炎症性肠病、2 型糖尿病、关节炎和癌症。
2型糖尿病人群中个体微生物群的差异


Cunningham A L et al., Gut Pathog, 2021
在2型糖尿病患者普遍具有相对高丰度的特定属:Blautia、Coprococcus、Sporobacter、Abiotrophia、Peptostreptococcus、Parasutterella、Collinsella。
2型糖尿病患者中,产生丁酸菌特别缺乏,特别是梭菌目,包括:
Ruminococcus、Subdoligranulum,Eubacterium rectale、Faecali prausnitzii、Roseburia intestinalis 、
Roseburia inulinivorans
2型糖尿病患者中,其他明显较少的菌属有:
拟杆菌属、普雷沃氏菌属、双歧杆菌属
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曾经,央视网也有过类似的报道 ↓↓↓

军团菌到底是什么?
军团病为什么会这么严重?
夏季吹空调怎样才能避免?
今天我们就详细了解一下
——“军团病”

是一种由军团菌引起的严重肺炎。大多数病例都是由嗜肺军团菌引起的,但其他种类的军团菌也能引起这种疾病。它之所以被命名为军团病,是因为1976年,在宾夕法尼亚州费城参加美国退伍军人大会的人群中爆发肺炎后,首次发现了这种疾病。
军团菌是一种小型,水性的,未被包裹的芽孢杆菌,革兰氏阴性菌,过氧化氢酶呈阳性,专性需氧菌。该菌通过雾化水颗粒传播,不会在干燥的表面上存活。

军团菌科有超过42种,其中嗜肺军团菌L. pneumophila 是最常见的,已鉴定出嗜肺军团菌的15个血清群,其中血清组1、4和6被确定为人类疾病的病因。血清组1被认为是造成80%报告病例的原因。
军团菌广泛存在于自然水系统中,例如河流和池塘。然而,人们从这些来源感染疾病的情况很少。
最有可能发生感染的情况,包括淋浴器、水龙头、浴缸、装饰喷泉、游泳池或通过大型建筑(如酒店、办公楼、医院、游轮)通风系统的水滴。

还有当喝水时咳嗽或意外呛到,这时候如果吸入的水含有军团菌,那么也有可能发展为军团病或庞蒂亚克热。
注:庞蒂亚克热是一种比军团病更温和的感染,类似流感。症状主要是发烧和肌肉酸痛。症状可在接触细菌后数小时至 3 天内开始出现,通常持续不到一周。庞蒂亚克热通常会自行痊愈,但军团病需要治疗。
大多数接触军团菌的人不会患上军团病。生病的人通常在接触后2~10天内出现症状,但也可能需要更长时间(20天)。最初的症状可能包括头痛、寒战、肌肉疼痛和温度可达40℃或更高的发烧。
其他症状通常在最初症状后1~2天出现,可能包括咳嗽、气短、胸痛、关节疼痛、食欲不振、腹泻、恶心和呕吐,甚至意识混乱、协调性丧失。军团病主要影响肺部,但有时也会导致身体其他部位的感染,如心脏或身体伤口。
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围产期营养是健康生长和长期发育轨迹的早期决定因素。关键发育时期的营养不良可以显著、持续地改变许多身体系统的发育过程,包括神经系统。
营养不良 是指热量、大量营养素或微量营养素的缺乏、过量或差异比例的改变。
研究表明,肠道微生物组可以调节饮食对宿主生理的影响,且调节神经系统的发育和功能。
本文围绕营养不良、肠道微生物群和神经发育三者之间的关系,讨论了围产期营养不良改变孩子大脑发育的证据,并研究了母体和新生儿微生物群作为一个潜在的促成因素,介导营养不良和大脑发育之间的关系。
常量营养素
生命早期蛋白摄入:与运动,智商,抑郁等都有关
营养不良的幼儿在社会行为上有缺陷。尤其是出生后早期蛋白质摄入与早产儿的运动和认知评分以及总脑容量呈正相关,与髓鞘形成相关缺陷、脑萎缩和心室扩张、皮质树突发育不良以及枕大池扩大和室周白质异常呈负相关。
出生后第一年低蛋白摄入的青少年表现出认知功能下降,包括儿童时期的智商和注意力下降,青春期抑郁症状增加。
生命早期脂肪摄入:影响大脑发育,甚至持续到成年
其他常量营养素也同样至关重要:在早产儿中,出生后早期脂肪摄入与更大的小脑、基底神经节、丘脑和全脑有关,此外还有内囊、辐射状晕、丘脑放射、后纵束和皮质脊髓束的分数各向异性增加。重要的是,大脑发育与后来的精神运动功能有关。
一些神经缺陷可能会持续到成年:在荷兰饥荒出生队列的118名成员中,暴露于产前营养不良与成年后期脑白质灌注减少,男性扣带皮层血流量减少,与男性衰老相关的大脑特征相关。
来自巴巴多斯的成年人在出生后第一年受到蛋白质限制,有持续的注意力缺陷,执行功能下降,包括认知灵活性、工作记忆和视觉空间整合。
微量营养素
出生后早期缺乏微量营养素,如维生素B12、叶酸和维生素K,也与脑萎缩和胼胝体变薄、精神疾病和颅内出血风险增加有关。
营养过剩
母亲营养过剩(怀孕前和/或怀孕期间的高BMI)与婴儿在认知和语言发展领域得分下降、视觉运动技能受损、社交和学习能力下降(尤其是男孩)、胎儿丘脑和皮质连接性改变有关。
实际上,营养需求以及这些需求得不到满足的后果可能比以前的模型所显示的更加复杂和相互依存,可能构成一个连续体,而不是营养不足和营养过剩的二元对立现象。
为了进一步了解营养不良作为一个连续体,研究产前营养不良的特定亚型破坏大脑和行为发育的基本机制至关重要。
肠道微生物群是饮食对宿主生理影响的关键决定因素,具有调节大脑发育和行为的能力。
饮食和营养的变化,改变了肠道微生物群的结构和功能,尤其是在发育的关键时期。
营养不良——α多样性下降:
孟加拉国2岁以下儿童出生后严重急性营养不良与微生物α多样性(物种丰富度和均匀度)下降相关,表明菌群不成熟的情况即使在饮食干预后也持续存在。在一个类似的队列中,α多样性降低的原因是发育迟缓和非发育迟缓儿童之间噬菌体(细菌病毒)的差异。
营养不良不同亚型,α多样性下降程度不同:
在塞内加尔和尼日尔的幼儿中,出生后营养不良亚型之间的微生物多样性差异显著:
不同亚型之间的菌群构成差异:
出生后严重急性营养不良儿童体内的微生物群减少,代谢和营养吸收相关的功能途径减少,毒力相关基因增加。还显示肠道氧化还原电位增加,这可能是微生物群落组成改变的功能结果。
营养不良——α多样性升高:
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肠道微生物群在癌症中发挥免疫调节和抗肿瘤作用,肠道微生物失调可诱导有毒代谢物的释放,并在宿主体内表现出促肿瘤作用。肠道微生物群也能调节标准化疗药物和天然抗癌药物的疗效。
本文列举5种常见的癌症(结直肠癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胃癌),以及肠道微生物群在癌症中的复杂作用。
肠道微生物群与癌症发病的关系概览


在进入具体的5种癌症章节之前,我们先来了解一下,微生物群与癌症的关系。有研究人员将微生物群和癌症之间的关系分为三个层次: 一级、二级和三级相互作用。


一级相互作用(主要)
主要的相互作用考虑了肿瘤微环境和微生物群之间的直接联系。几项体内和体外研究主要从两个方面支持了这种关系:
a) 肠道微生物群可通过生物失调导致致癌
b) 肠道微生物可通过调节肿瘤活性干扰化疗药物的疗效
二级相互作用(次要)
次要的相互作用考虑了组织或器官系统的微生物群和同一大体分区内的肿瘤之间的联系。这种相互作用水平有助于识别用于筛选不同癌症类型的潜在生物标志物。特别地,来自局部组织或器官环境的次级微生物群可包含来自肿瘤微环境和初级微生物群落的痕迹,其可用作癌症的生物标志物;但这些诊断过程往往很复杂。
三级相互作用
肠道微生物群和肿瘤之间的三级相互作用解释了位于体内不同部位的肿瘤上的微生物群的影响。对这种相互作用水平的研究对于确定生理上遥远的微生物种类和感兴趣的肿瘤之间的关系具有重要意义,这对于确定癌症患者中潜在治疗选择的功效也具有临床相关性。
这些三级相互作用可以通过以下方式影响癌症:
肠道微生物群可以通过启动代谢过程(包括水解和还原)来调节口服药物代谢,这直接影响药物毒性,并可以增强或抑制药物活性。微生物群与肿瘤之间的三级相互作用也可以帮助诊断不同类型的癌症。
肠道微生物群的促肿瘤、抗肿瘤和免疫调节作用


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罗氏菌属是共生细菌的一部分,在世界各地的人群中都有代表,占健康肠道细菌总数的 2-31%(谷禾数据库)。产生短链脂肪酸,特别是丁酸,影响结肠运动,具抗炎特性。


罗氏菌属(Roseburia),专性革兰氏阳性厌氧菌, 轻微弯曲,杆状,并通过多个亚末端鞭毛运动。
罗氏菌属包括5种:

罗氏菌属代谢膳食成分,刺激其增殖和代谢活动。
罗氏菌属可以分泌各种分子,与宿主和消化道的其他细菌相互作用。
罗氏菌属可以改善肠道生物多样性,提高葡萄糖耐受性,帮助减肥,使结肠细胞恢复活力。
罗氏菌属的失调(过少)可能影响多种代谢途径,并与多种疾病相关(包括肠易激综合征、肥胖、2型糖尿病、神经系统疾病、过敏、肝病等)。
Roseburia也可以作为症状性病理(如胆石形成)的生物标志物,或作为益生菌修复有益菌群。
研究人员利用16S rRNA测序技术研究早产儿肠道菌群的多样性,并对早期肠道定植模式进行了监测。在新生儿中没有发现Roseburia,但在母乳中发现了,可能通过食用母乳获得。
Roseburia在老年人中降低,提示衰老可能导致肠道菌群的改变。 相反,与较年轻的老年人相比,百岁老人的肠道菌群中有更丰富的Roseburia。
罗氏菌产生短链脂肪酸(乙酸,丙酸,丁酸),分解不可消化的碳水化合物。短链脂肪酸在碳水化合物和脂肪等重要营养素的代谢中发挥重要作用。
典型的Roseburia菌株特别喜欢生产高水平的丁酸盐。这些化合物通常参与能量产生,可以保护肠道免受病原体和疾病的侵害。
目前,发现只有Roseburia inulinivorans产生丙酸,但不是从葡萄糖中产生的。在Roseburia中,乙酸辅酶a转移酶是进行丁酸合成最后一步的主要酶。丁酸盐的形成可通过底物水平的磷酸化和质子梯度导致肠上皮能量产生和细胞反应调节。丁酸是罗氏菌属与寄主相互作用的关键因子。
前面小节我们知道,Roseburia从可发酵的膳食碳水化合物中产生了大量的丁酸盐。R. intestinalis主要寄生在粘蛋白层,并确保丁酸盐的生成。Roseburia作为一种高产丁酸菌,可能对控制炎症过程,尤其是肠道炎症过程具有重要作用。
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瘤胃球菌(ruminococcus)在消化抗性淀粉方面起着重要作用,但也与肠道疾病(IBS,IBD,克罗恩等)、免疫性疾病(过敏、湿疹、哮喘等)、神经系统疾病(自闭症,抑郁症等)相关。
瘤胃球菌の基本特性
瘤胃球菌属,革兰氏阳性菌,厌氧,呈球状,不产生孢子。
瘤胃球菌是最早发现的胃部细菌之一,在新陈代谢中起着至关重要的作用。瘤胃球菌通过分解宿主消化系统的纤维素来获取营养。也能够发酵葡萄糖和木糖。
瘤胃球菌对健康的益处
瘤胃球菌作为细胞生成器
瘤胃球菌能形成细胞是因为它是分解碳水化合物最有效的细菌属之一。我们知道瘤胃球菌是“降解抗性淀粉的关键菌”。
*抗性淀粉是在小扁豆、豆类和未加工的全谷物等高纤维食物中发现的复杂碳水化合物。
瘤胃球菌能有效地分解坚硬的植物物质,如细胞壁,这样消化蔬菜不太可能引起胃痛。除此之外还对健康有很多好处,包括:
瘤胃球菌属在以下疾病中丰度降低,显示其有益菌的功能。
溃疡性结肠炎
多直肠活检标本取自33例活跃的溃疡性结肠炎患者,为期1年。高临床活性指数和乙状结肠镜评分与白色瘤胃球菌Ruminococcus albus呈负相关。
婴儿过敏
当婴儿和毛茸茸的宠物一起长大时,他们肠道中的oscillospira和ruminococcus菌株会增加一倍(P < 0.05)。这两种菌株可以保护宝宝免于过敏和肥胖。
脑瘫
对25例脑瘫癫痫患者和21例健康儿童的粪便样本进行16S rDNA测序。
脑瘫癫痫患者的瘤胃球菌(Ruminococcus)显著减少。
这里介绍一下,白色瘤胃球菌。它的出现往往伴随着健康。
白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)是一种被认为在瘤胃纤维分解中发挥重要作用的纤维素降解细菌,它能够降解和发酵纤维素和半纤维素。
然而,虽然大多数瘤胃球菌菌株都能有效地解决消化问题,但不是所有的瘤胃球菌属都是有益健康的,过量的某些菌株可能会引起不适,尤其是Ruminococcus gnavus.
瘤胃球菌与疾病
一项关于瘤胃球菌炎症特性的研究发现,它以葡甘露聚糖多糖的形式产生代谢物。瘤胃球菌多糖可以激发免疫系统细胞,如肿瘤坏死因子TNFα。而TNFα是克罗恩病症状的炎症生物标志物。
消化道疾病
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拟杆菌(bacteroides)——重要的基石菌属,存在于人类肠道中,它们与人类具有共生关系。它们有助于分解食物并产生身体所需的营养和能量。然而,当拟杆菌进入到除胃肠区域以外的身体部位,可引起或加剧脓肿等感染。
拟杆菌是革兰氏阴性、不形成孢子、厌氧和杆状细菌,是人类常驻菌群。它们具有外膜、肽聚糖层和细胞质膜。无氧呼吸的主要副产物是乙酸、异戊酸和琥珀酸。
结构——外膜囊泡OMV
拟杆菌的外膜囊泡 OMV可能对人类宿主的健康和疾病都有贡献。OMV 的水解酶在肠道微生物生态系统中发挥着关键作用。
拟杆菌外膜囊泡 (OMV) 的结构

Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021
利
OMVs的成分有助于分解复杂的多糖、蛋白质和脂质,从而支持其他细菌的生长和维持肠道内稳态。
弊
这些囊泡可以成为致病性载体,长距离储存和运输毒力因子。
代谢特性
拟杆菌参与人体结肠中许多重要的代谢活动,包括碳水化合物的发酵、含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化。大多数肠道细菌是糖酵解的,也就是说它们通过碳水化合物分子的水解获得碳和能量。此外,拟杆菌可以提供一定程度的保护,以免受侵入性病原体的侵害。
儿童肠道
在新生婴儿中,拟杆菌的流行程度取决于出生方式和前五个月饮食类型。在6-12个月间,拟杆菌是最普遍的菌群;其他菌群数量可能在幼年时期增加。
出生方式:拟杆菌在阴道分娩的婴儿的肠道中普遍存在。
饮食:与母乳喂养相比,用配方奶喂养的婴儿中拟杆菌属的百分比较高。
通过 16S rRNA 测序分析了美国德克萨斯州 7-12 岁儿童的肠道微生物组,健康儿童中,拟杆菌属平均占近 40%.
而在成年人肠道中,普通拟杆菌Bacteroides vulgatus和溶木聚糖拟杆菌Bacteroides xylanisolvens 比在儿童中更多。
下面我们来看成年人肠道中拟杆菌会怎样变化?受哪些因素影响?
成年人肠道
多种因素会影响成年人肠道中拟杆菌丰度,例如饮食、环境、抗生素的使用等。
饮食模式:
纯素、素食和杂食饮食模式下,拟杆菌丰度不同。

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一般在肠道菌群健康检测报告中,会有主要菌属构成比例,类似下图:
图源:谷禾肠道菌群健康检测报告我们可以看到图中列举了拟杆菌门,厚壁菌门…等。很多小伙伴拿到报告之后,对于这些细菌门表示困惑。
这些细菌门都代表了什么意思?
某个细菌门比例高了会怎么样?
某个细菌门比例高,是好是坏?
是不是与某些疾病相关?
…….
实际上,这几大类门的丰度和构成比例变化与人类健康和疾病发生息息相关。
两个主要门类,拟杆菌门和厚壁菌门,构成人类肠道细菌的大部分。七岁以后,拟杆菌和厚壁菌之间的比例相对稳定,而它们比例紊乱可能会导致肥胖和糖尿病等代谢综合征。
本文,我们就给大家详细介绍一下这其中最常见的几大细菌门:
拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门。
为什么选这四大细菌门?
依据自然属性分类,人类肠道菌群已经鉴定出细菌的几十个门,包括:拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、疣微球菌门、梭杆菌门、蓝藻菌门、螺旋体门等。 但是其中98%的肠道菌可以归属为前四类,拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门,大多数人这4个门的菌占据肠道细菌数量的99%。 了解这四大细菌门,可以说你对大部分人体内肠道菌群的有了一定的了解。
▲ 拟杆菌 :革兰氏阴性菌
不形成孢子 厌氧菌 杆菌 ▲
它们具有外膜、肽聚糖层和细胞质膜。它们无氧呼吸的主要副产物是乙酸、异戊酸和琥珀酸。
包括碳水化合物的发酵、含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化。大多数肠道细菌是糖酵解的,这意味着它们通过碳水化合物分子的水解获得碳和能量。
据估计,只有约 2% 的单糖通过上消化道到达结肠。因此,单糖可能不是拟杆菌的主要能量来源。然而,来自植物纤维的多糖,如纤维素、木聚糖、阿拉伯半乳聚糖和果胶,以及植物淀粉,如直链淀粉和支链淀粉,在结肠中更为普遍。
多糖还被证明可以诱导来自拟杆菌的多种葡糖苷酶活性,包括负责海带多糖降解的 β-1,3-葡糖苷酶活性以及多种 α、β-1,4 和 α、β–1,6 木糖苷酶和葡糖苷酶活性。大部分拟杆菌成员蛋白质组包括水解这些多糖的蛋白质。
表现出相当大的营养灵活性和对宿主和肠道环境施加的压力做出反应的能力。很难说肠道拟杆菌是否对宿主产生负面或正面影响。拟杆菌能够通过预防可能定植和感染肠道的潜在病原体感染来使宿主受益。由但是,在短链脂肪酸存在下,弱酸性 pH 值会抑制生长。诸如脆弱拟杆菌之类的致病物种已经开发出逃避宿主免疫系统的策略。
作为多糖降解联盟的成员,它们有助于从膳食纤维和淀粉中释放能量,它们很可能是丙酸盐的主要来源;然而,它们也参与了蛋白质分解过程中有毒产物的释放,这个群体的成员有一些可能有助于抑制炎症的活动,但他们也有可能促进炎症,有些是已知的机会性病原体。
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便秘是世界范围内高度流行的功能性胃肠道疾病,患病率为 2-20%.
根据罗马 IV 标准,慢性便秘的典型症状是排便困难、不频繁或不完全排便。便秘的症状总是连续不断、反复出现,严重影响患者的身心健康和生活质量。


慢性便秘与多种因素有关,如肠道神经细胞的变化、菌群改变、肌病、神经递质和生态失调。此外,部分原因是其久坐的生活方式,情绪、饮食方式和液体摄入偏少,用药物(例如磷酸盐结合剂)和多种合并症(例如糖尿病,甲状腺疾病等),
而长期便秘会使人心情烦躁、容貌衰老,还可能造成肛肠疾患、胃肠道功能紊乱、心血管疾病和性生活障碍等,同时还会增加溃疡性结肠炎、患结肠癌等疾病的患病率。
最近的流行病学研究表明,便秘与许多不良临床结局相关,例如结直肠癌、肝性脑病、乳腺疾病、阿尔茨海默病、终末期肾脏疾病(ESRD),心血管(CV)疾病和死亡率等。
便秘严重影响生活质量,耗费大量金钱与医疗资源,但目前临床治疗效果却不尽如人意,往往停药便复发,因此寻找新的治疗方法或改进现有的治疗方法,可改善患者生活质量与减少社会医疗负担。
临床上认为一周小于3次的排便就叫便秘,尽管很多患者想力求每天一次才舒适。此外,判别便秘的其他特征和症状还包括:
