发育迟缓/营养不良不容忽视，问题很有可能在肠道

谷禾健康  原创

孩子出现偏瘦小，不太会说话等状况有可能是发育迟缓的信号。

调查显示，有97%的家长不知道宝宝生长发育的基本规律；30%的家长即使发现宝宝出现生长发育迟缓时，也会盲目乐观；还有部分家长甚至认为发育迟缓太少见，根本不会发生在自己孩子身上。

但其实孩子出现发育迟缓的概率比我们想象的更高，关于目前发育迟缓的人数，我们来看一组最新的统计数据：

也就是说，世界上有大约四分之一的五岁以下儿童受发育迟缓的困扰。

此外，儿童营养状况与死亡率的变化也有着密切的关系。据世界卫生组织报告，全球5岁以下儿童死亡归因于营养不良的比例达35%，急性重度营养不良儿童的死亡风险是非营养不良儿童的9倍。

那么发育迟缓究竟是什么？会带来什么后果？所谓的最关键时期是哪个阶段？与哪些因素有关呢？

发育迟缓/矮小

发育迟缓/矮小是指在生长发育过程中出现速度放慢或是顺序异常等现象。生长发育迟缓表现往往是多方面的，多有体格发育、运动发育及智力发育落后但也可以某一方面为突出表现。

如果家长不引起重视，有可能导致错过了最关键的时期。

《中国0-6岁儿童营养发展报告》指出：儿童早期特别是从胎儿期到出生后2岁（生命早期1000天），是决定其一生营养与健康状况最关键时期。

在这个关键时期的营养不良，可能导致儿童不可逆转的生长和认知发育迟缓，影响智力潜能的发挥，降低学习能力和成年后的劳动生产能力，导致成年后患肥胖、高血压、冠心病、糖尿病等诸多慢性疾病的风险增大。

发育迟缓的评判标准与检测手段

判断营养状况指标：

MAZ——微生物群 / 年龄 Z评分

HAZ（LAZ）——身高 / 年龄 Z评分

WHZ——体重 / 身高 Z评分  

WAZ——体重 / 年龄 Z评分 

世界卫生组织定义的生长发育标准：

发育迟缓：年龄在0-59个月的儿童中低于身高/年龄中位数两个标准差的百分比，HAZ ≤ -2.

消瘦：年龄在0-59个月的儿童中低于体重/身高中位数两个标准差的百分比，WHZ ≤ -2.

严重消瘦：年龄在0-59个月的儿童中低于体重/身高中位数三个标准差的百分比，WHZ ≤ -3.

临床评估

母亲怀孕妊娠史、生产过程、新生儿健康指标、家族史、发育史、体格检查、神经系统检查等。

量表评估

从运动、语言、社会适应能力、社交能力等多维度评估。

另外还可以结合影像学评估、基因评估、代谢评估、肠道菌群评估等。

注：早期如需自行观察评估，可对照参考文末附录——发育健康表。

孩子发育迟缓由什么因素导致？

发育迟缓的原因有很多，牵涉到比如母体子宫内生长迟缓、神经内分泌和激素因素、儿童早期腹泻和其他感染频繁、环境肠道功能障碍、环境毒素和遗传因素等。

母体子宫内生长迟缓

在20%到25%被认为“发育不良”的婴儿和儿童中，生长发育不良始于母体子宫内：早产和宫内生长受限，尤其是两者的结合，会使产后孩子发育迟缓的风险增加2倍到7倍。

低出生体重（LBW，<2500克）与发育迟缓有关

母亲的健康程度、成熟度、经济和社会地位在LBW发病中起着核心作用，并且伴随着孩子出生后的成长。易导致LBW和儿童发育迟缓的因素包括：

有中度或重度产妇营养不良、发育迟缓病史或早孕的病史；

妊娠体重增加不理想；

产妇吸烟；

不合适的婴儿喂养等。

肠道感染

肠道感染带来的影响包括明显的腹泻，以及一系列潜在的长期影响，如生长衰竭、认知障碍和后来的生活代谢综合征，这些可能伴随着‘无症状’（指没有明显的腹泻）或症状性肠道感染。

除了腹泻与认知受损的潜在关联之外，平克顿等人在巴西东北部的研究也报告了腹泻对生长的显著影响。Kvestad等人同时也描述了北印度儿童腹泻与独立于生长发育的认知障碍的关系。

导致这种感染的几种特定的肠道原生动物和细菌病原体包括肠凝性大肠杆菌、隐孢子虫、弯曲杆菌和贾第虫。

肠道感染，腹泻等状况不能忽视，有可能发展为发育迟缓，从而损害认知功能，甚至伴随着肥胖和慢性病的风险。

肠道炎症

即使在没有腹泻的情况下，小肠对碳水化合物和α1-抗胰蛋白酶的通透性也会增加，营养素吸收不良。 许多患有环境肠道功能障碍的儿童也缺乏被小肠吸收的微量营养素，如铁和锌，如果耗尽，会降低食欲、减少绒毛表面积和胃肠吸收能力。

小肠炎症与C反应蛋白水平高有关，伴随细胞因子的释放，从而降低食欲和食物摄入量，并阻碍软骨细胞生长因子的产生和作用。发育迟缓儿童白细胞介素6(IL-6)水平升高，锌的摄入不足和吸收不良也可能减弱线性生长。因此适当进行锌的补充也是有必要的，具体关于食物的干预将在后面的章节详细阐述。

1岁宝宝发育迟缓的例子

小A —— 1岁，发育迟缓

——本案例数据取自我们的肠道菌群健康检测数据【谷禾健康数据库】

对应的和发育迟缓相关的最主要因素从疾病风险中可以看到，肠炎和过敏性腹泻提示较高风险。其中过敏性腹泻是导致营养不良的很重要因素，提示存在较为严重的过敏情况，需要进行过敏原检查。

肠炎部分通过对照炎症指标发现降钙原素PCT和高敏C反应蛋白都超标，提示存在炎症情况。

针对过敏的情况，检查肠道屏障和LPS等指标并未发现异常，表明免疫状况并未有异常，主要的可能是之前经历过病原物感染，且肠道炎症一直存在。

炎症本身也会改变肠道菌群，这在后面章节会详细阐述。

在婴儿期或幼儿期出现环境肠道功能障碍（EED）可能会放大宫内和围产期持续的生长缺陷。

环境肠道功能障碍(EED)会导致儿童发育迟缓

环境肠道功能障碍(EED)是一种以绒毛萎缩和隐窝增生为特征的获得性小肠亚临床疾病，病因不明，可能占所有发育迟缓病例的40%以上。

在生活在不卫生条件下的发育迟缓儿童中普遍存在环境肠道功能障碍，与食品和水中的微生物和寄生虫污染有关。对患有环境肠道功能障碍的儿童进行的生物标记研究表明，存在亚临床炎症，这可能是由于暴露于病原体、饮食变化或微生物群的干扰所致。除了炎症，微生物引起的厌食症也可能是一个因素。

决定环境肠道功能障碍的因素

发育迟缓的儿童LAZ值从出生到18至24个月之间通常会下降到最低点，这可能是因为快速成长的婴儿和蹒跚学步的孩子特别容易受到营养、感染和有毒的环境毒害。

结合胎儿、围产期和产后早期的营养缺陷，环境肠道功能障碍可能会限制营养的传递和利用，从而损害小肠上皮细胞、肾单位、胰腺β细胞、骨骼肌细胞和生长板软骨细胞的成熟和增殖。

导致发育迟缓的因素可能包括肠道微生物群的不成熟和某些肠道微生物和/或母乳成分的缺乏，如唾液化低聚糖，这些低聚糖促进肠道屏障完整性、营养利用和组织合成代谢。

发育迟缓儿童的肠道微生物群

肠道微生物群代表了几十万亿个微生物，这些微生物在生命早期是从母体和其他来源获得的，被长期保留，并在生命的第一年经历一种生态演替。这些微生物对宿主生物学有广泛的影响，包括对膳食成分代谢、胆汁酸转化和保护肠道病原体的影响。 在没有腹泻的情况下接触微生物可能会对吸收上皮造成直接损害，从而损害热量的吸收。

最近的一项研究表明，贾第虫感染可能导致肠道异常通过直接破坏肠道微生物群。多项研究表明，一个不成熟的微生物群可能导致生长迟缓。尤其是，肠杆菌科的异常高患病率持续超过6个月的似乎与生长迟缓有关。已发表的研究表明，其中一些细菌可能直接损伤上皮。肠杆菌科以外的细菌，如链球菌，也可能直接造成伤害。越来越多的证据表明，不同的常驻微生物群对宿主既有有益的影响，也有有害的影响。

此外，微生物群培养免疫系统并诱导粘膜IgA的产生。

一项来自美国弗吉尼亚大学的研究，在271名0-24个月的出生队列中，每月对生长、腹泻发病率、疾病、病原体感染和抗生素接触情况进行评估。通过对6、12、18和24个月粪便样本进行16s rRNA测序，来量化肠道菌群多样性和特定菌群的丰度。

腹泻频率、持续时间和严重程度与细菌多样性和丰富性呈负相关（P<0.05）。

出生时发育不良的儿童（LAZ ≤ -2）在取样时也严重发育不良（LAZ ≤ -3），其腹泻相关的细菌多样性减少程度最大，腹泻后菌群多样性恢复最慢。菌群多样性的增加预示着6-18个月后腹泻的减少。

营养不良的儿童与非营养不良儿童的肠道菌群落有显著差异

我们来看一项来自印度南部对发育迟缓幼儿肠道微生物群的纵向分析：

该研究针对印度南部 每3个月至2岁出生队列中10名低出生体重和发育迟缓儿童（病例）和10名出生体重正常、无发育迟缓儿童(对照组）检测其肠道微生物群落组成和粪便微生物多样性。

发现所有儿童的多样性指数均随年龄增长而增加（P<0.0001），但发育不良的儿童的拟杆菌门相对丰度百分比高于对照组（P=0.043）。对照组儿童的微生物群中富含益生菌，包括双歧杆菌和粘膜乳杆菌，而发育不良儿童的微生物群中富含致病菌群，包括脱硫弧菌属和弯曲杆菌目。

在营养不良的情况下，特定细菌群的比例表达发生了改变——致病菌增加，有益菌减少

再来看一组87名6-59个月的儿童的粪便检测数据。

营养不良的两个队列的粪便微生物群落，包括肠杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏菌和志贺氏菌在内的变形菌中致病菌群比例增加，在其他地方也已得到证实。不过需要注意与炎症性肠病的区分。

另一方面，在营养不良的肠道中潜在有益菌属被耗尽。在营养不良儿童肠道中缺乏罗斯氏菌、粪杆菌和丁酸梭菌（结肠细胞丁酸的重要来源）以及乳酸杆菌和双歧杆菌（在某些条件下可以减少炎症、增强肠道屏障功能、抑制病原体和介导其他有益作用）。

1岁宝宝发育迟缓的例子

小A —— 1岁，发育迟缓

——本案例数据取自我们的肠道菌群健康检测数据【谷禾健康】

还是小A的报告，可以看到其有害菌比例偏高。

主要菌群中,正常菌以普通拟杆菌为主,此外他的双歧杆菌水平偏低一些。其他的菌均不是健康人的常见菌，且肺炎克雷伯氏菌也存在一定比例，需要对肠道菌群进行一定的干预。

中度或重度急性营养不良与肠道微生物群有因果关系，并与肠道微生物群的持续不成熟有关

美国华盛顿大学基因科学与系统生物学中心的Michelle Smith及其同事对非洲东南部内陆国家马拉维的317对双胞胎婴儿进行了研究，观察到3岁后发现，恶性营养不良(kwashiorkor)的病因除了营养摄入不足，还与肠道菌群有关。

为了验证肠道微生物群正常发育中的干扰与营养不良有因果关系的假设，研究人员首先将随机森林（RF）这一机器学习方法应用于16SrRNA数据集，该数据集是从健康马拉维婴儿和儿童在他们出生后的头三年内的粪便中连续采集的细菌。

基于该模型的指标MAZ用于定义营养不良程度不同的婴儿和儿童粪便微生物群的发育（成熟）状态。

将从6个月和18个月大的健康生长模式或不同程度营养不良的儿童身上获得的粪便样本移植到喂食代表性马拉维饮食的无细菌幼鼠体内。

结果发现：马拉维出生队列中营养不良的儿童肠道微生物群不成熟。与健康儿童的微生物群不同，未发育成熟的微生物群能将生长受损、骨形态改变和肌肉、肝脏和大脑中的代谢异常传递给无菌小鼠。

（A） 马拉维婴幼儿正常肠道微生物群落发育模型，基于25个细菌类群的相对丰度，它们提供了定义个体（粪便）微生物群“年龄”或成熟状态的微生物特征

（B）健康（H）或发育不良和体重不足（Un）的婴儿和儿童的粪便样本移植到喂养马拉维饮食的无菌幼鼠的单独组中。营养不良捐献者的未成熟微生物群向小鼠传递了受损的生长表型。

（C）不成熟的微生物群的其中一部分也有生长发育迟缓的证据。接受了6个月宝宝的健康或营养不良的菌群的小鼠们不久后混在一起同居，导致健康供体微生物群（HCH）中的菌群群侵入营养不良供体在受体动物中的菌群，并防止生长障碍。

肠道菌群通过代谢影响生长发育

肠道菌群的能量收获对宿主代谢有很大的贡献。其影响食物中能量的获取、新的微量营养素合成和胆汁酸的稳态。

菌群通过将不可消化的饮食成分转化为上皮细胞可能吸收的能量形式，微生物群对成人热量需求的估计为10%。然而，体重不足的印度儿童粪便缺乏发酵复杂植物低聚糖和肽聚糖的微生物基因。 同样，在新生小鼠蛋白质-能量营养不良模型中观察到盲肠和结肠细菌的丰度下降，以及它们能够代谢肽聚糖的基因丢失。因此，菌群失调会导致饮食中能量提取效率较低。

从头合成微量营养素的合成

一些微生物可以通过从各种饮食或内源性来源（如尿素、氨）中回收氮来合成氨基酸，尽管这些微生物对个人总蛋白质需求的贡献程度尚不清楚。然而，氨基酸代谢是严重营养不良儿童和营养不良小鼠、大鼠和猪代谢组学分析中最严重干扰的生物途径之一。

同样，维生素k和水溶性b族维生素的一部分是由肠道菌群合成的。这些菌株的耗竭在理论上可能影响宿主的维生素状态。营养不良儿童中发现了大量的维生素缺乏症，和蛋白质-能量营养不良的多项研究中的代谢组学分析表明，维生素代谢途径中中间体的浓度发生了变化。

调节胆汁酸库来影响宿主生理

当甘氨酸或牛磺酸结合胆汁酸进入小肠时，其乳化特性促进了膳食脂类和脂溶性维生素的摄取，其抗菌性能调节肠道微生物群落。 一些细菌基因组编码增强其在胆汁中生存能力的酶。这些酶包括胆盐水解酶(BSH)，将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸。这些微生物活动可能对宿主生理产生深远的影响，包括胃肠道转运和脂质代谢。

姜黄通过增加共轭胆汁酸、牛磺去氧胆酸和牛磺-胆酸硫酸盐的浓度来减缓无菌小鼠的胃肠道转运。此外，克隆BSHs的肠道表达改变了血浆、肝脏和粪便中胆汁酸的浓度，影响了参与脂质代谢的宿主基因的转录，降低了血清胆固醇，肝脏甘油三酯和体重增加。

肠道微生物可以通过降低牛磺酸结合的β-鼠胆酸的浓度来影响回肠胆汁酸转运和代谢相关基因在肝脏中的表达，这是一种核芳烃类x受体拮抗剂。虽然目前尚不清楚改变的微生物种群在多大程度上导致儿童和儿童胆汁酸谱异常，但随着蛋白质-能量不足或环境肠道功能障碍的出现，改变的胆汁酸可能影响能量代谢、膳食脂肪和脂溶性维生素的吸收，并最终影响体重增加。

肠道微生物群和粘膜IgA在儿童健康中的作用

研究人员熟悉使用标准化生长曲线来评估儿童生长与正常轨迹相比的进展。 Planer博士指出，类似的方法可以应用于肠道微生物的发展，产生一个Z评分(MAZ)。 通过对三组健康孟加拉婴儿和儿童的粪便取样，验证了这一假设。

为了阐明哪些细菌是健康婴儿和儿童IgA反应的靶点，居住在圣路易斯地区的40对双胞胎和他们的母亲被招募为健康对照组，从这些母亲和儿童中获得多个粪便样本。结果表明，儿童IgA靶向性的成熟，24个月大时，儿童的模式与母亲的模式相似。

然后将该方法应用于恶性营养不良综合征（蛋白质缺乏）的马拉维双胞胎，数据显示，与健康的双胞胎相比，患恶性营养不良综合征的双胞胎肠杆菌具有很强的IgA靶向性。给药后，肠杆菌科的IgA靶向性降低。

此外，阿克曼菌(Akkermansia)是健康儿童微生物群中IgA的靶点。进一步的研究表明，从营养不良儿童的肠道微生物群中纯化的IgA阳性细菌群的转基因小鼠受体表现出肠道组织病理学，其特征是肠上皮屏障破坏和体重减轻；可通过从一个健康的微生物群中给药两种IgA靶向细菌来防止这些影响。

共生微生物在儿童生长中的作用

如上所述，随着儿童年龄的增长，肠道微生物群落存在着相当可重复的演替。普雷沃菌属在发展中国家正常儿童出生后的头五年中数量普遍增加。相比之下，肠杆菌科减少，是生命前六个月最丰富的。在最初的两年后，韦荣球菌属、链球菌和乳酸杆菌同样减少。

一项研究中对1300名中重度腹泻儿童的粪便中的微生物进行了分析，与来自1735名无腹泻对照儿童的样本相比。这些儿童年龄不到60个月，来自肯尼亚、冈比亚等。 研究表明，某些特定的菌群与生长不良有关。最引人注目的是链球菌和大肠杆菌与生长发育不良的关系。 此外，普雷沃菌属和粪杆菌属在所有年龄类别中都与良好的生长有关。在定植志贺氏菌严重的患者中，发现某些乳酸菌对腹泻有保护作用。唾液乳杆菌菌株在体外培养时抑制了所有志贺氏菌和腹泻大肠杆菌的生长。

此外，唾液乳杆菌的丰度升高与感染志贺氏菌时出现症状的风险之间有很强的相关性。具体来说，粪便中没有唾液乳杆菌的儿童有很高的感染志贺氏菌症状的风险；只要唾液乳杆菌存在，甚至丰度较低时，儿童也会受到保护，免受志贺氏菌引起的疾病。有趣的是，对照组粪便中唾液乳杆菌的水平并不影响微生物群中其他属的丰度，这表明可能产生直接抗菌作用。此外，乳酸菌对其他病原体有预防保护作用。

肠道失调与营养不良

国际著名临床诊断实验室创始人Stephen Barrie博士对肠道失调定义为“具有有害影响的肠道菌群的生存状态”。

肠道失调有四种类型：腐败、发酵、缺陷和致敏

参考自：Stephen Barrie ND. Intestinal Dysbiosis and the Causes of Disease. healthy.net 

一、 腐败

腐败失调是由于饮食中高脂肪和动物肉，低不溶性纤维。这种饮食结构会使粪便中拟杆菌的浓度升高，双歧杆菌的浓度降低。增加胆汁流量，诱导细菌脲酶活性。这种饮食引起的菌群动态变化主要发生在厌氧菌之间，但其影响可通过胆汁或尿胆素原中粪便pH值的升高（部分原因是氨生成量升高）和短链脂肪酸（特别是丁酸）的减少来衡量。

腐败失调有关的菌与疾病风险：

1、拟杆菌、变形杆菌和克雷伯氏菌中发现尿素酶，由高肉含量的饮食诱导，将尿素水解成氨，提高粪便pH值。相对较高的粪便pH值与结肠癌的发病率较高有关。

2、氨基酸的细菌脱羧作用产生血管活性和神经毒性胺，包括组胺、八胺、酪胺和色胺；这些胺通过门静脉循环吸收并在肝脏中脱氨。在严重的肝硬化中，它们进入系统循环，导致脑病和肝功能衰竭低血压。

3、细菌色氨酸酶将色氨酸降解为致癌酚类物质，与脲酶一样，是由高肉类饮食引起的。

4、细菌酶如β-葡萄糖醛酸酶能水解结合的雌激素和胆汁酸。肝脏结合和胆汁排泄是调节体内雌激素水平的重要机制。细菌去连接增加雌激素的肠肝循环。西方饮食会增加粪便中去结合酶的水平，降低粪便中的雌激素水平，提高血液和尿液中的雌激素水平，可能会导致乳腺癌的发生。

5、β-葡萄糖醛酸酶和其他水解细菌酶也能解结合胆汁酸。去结合胆汁酸对结肠上皮有毒并引起腹泻。它们或其代谢物似乎致癌，被认为有助于结肠癌和溃疡性结肠炎的发展。肠道菌群也会将原代胆汁酸（如胆酸和鹅脱氧胆酸盐）还原为次级胆汁酸（如脱氧胆酸（DCA）和石胆酸）。继发性胆汁酸的吸收效率低于原发性胆汁酸，更有可能导致结肠癌的发生。结肠癌的患病率与粪便中DCA的浓度成正比。

二、 发酵

这是由于内源性细菌在胃，小肠和盲肠中过度生长而引起的碳水化合物不耐症。小肠细菌过度生长的原因和影响已得到很好的表征。

胃酸过少，运动异常，手术盲环引起的淤滞，免疫缺陷或营养不良都会促进细菌的过度生长。小肠寄生虫病也可能导致细菌过度生长。小肠细菌过度生长引起的某些损害是由细菌蛋白酶的作用引起的，这些蛋白酶降解胰腺和肠道刷状缘，导致胰腺功能不全，粘膜损害和吸收不良。

在更严重的情况下，肠绒毛变钝变宽，单核细胞浸润固有层。细菌过度生长引起的内毒素血症会导致实验动物的肝损害。

胃细菌过度生长会增加全身感染的风险。胃细菌可以将饮食中的硝酸盐转化为亚硝酸盐和亚硝胺。因此，胃酸过少的人患胃癌的风险增加。小肠的一些细菌感染会增加肠的通透性。

碳水化合物不耐受可能是细菌过度生长的唯一症状，无法与肠道念珠菌病区分开。无论哪种情况，都可以将膳食糖发酵产生内源性乙醇。小肠长期暴露于乙醇本身可能会损害肠道通透性。糖的细菌发酵的另一产物是D-乳酸。小肠发酵可能是这些患者D-乳酸性酸中毒的原因。

根据治疗结果，研究肠道发酵综合症的英国医生初步得出结论，多数病例是由于酵母菌过度生长引起的，大约20％的细菌起源于细菌。症状包括腹胀，碳水化合物耐受不良，疲劳和认知功能受损。

三、 缺陷

缺乏接触抗生素或饮食中的可溶性纤维不足可能会导致正常粪便菌群（包括双歧杆菌，乳杆菌和大肠杆菌）的绝对缺乏。缺乏症和营养不良是相辅相成的疾病，通常一起发生并接受相同的治疗。

四、 致敏

对正常本地肠道菌群成分的异常免疫反应的加剧可能会导致炎症性肠病，脊椎关节病，其他结缔组织病和皮肤病（如牛皮癣或痤疮）的发病。负责任的细菌成分包括内毒素，它们可以激活替代补体途径和抗原，其中一些可能与哺乳动物抗原发生交叉反应。对强直性脊柱炎和炎症性肠病的治疗研究表明，致敏作用可以补充发酵过量，类似的治疗方法对这两种情况都可能有益。

临床研究表明细菌性营养不良与肠内或涉及皮肤或连接组织的多种炎症疾病有关。

炎症可能通过三种关键机制破坏微生物群。

首先，炎症触发免疫反应，将抗菌肽释放到肠腔；这种反应内在地防御病原体，但也可以针对共生微生物群。

第二，炎症增加腔内氧气水平。 氧气通常从粘膜毛细血管网络向管腔扩散，形成一个氧梯度，严格调节氧、微氧和缺氧区内的微生物。这一梯度有助于塑造微生物生态，粘膜表面附近有兼性厌氧菌，缺氧腔中有严格的厌氧菌，并影响细菌转录。炎症过程中腔氧的增加选择性地促进耐气微生物的生长，特别是肠杆菌科及其病原体的生长。

第三，炎症产生活性氧和氮物种，通过促进某些细菌之间的呼吸来塑造微生物群。活性氧与腔内硫化合物结合形成四硫酸氧化产物。 如斑疹伤寒杆菌等能利用四硫磷酸盐作为呼吸电子受体的细菌，比不能利用四硫磷酸盐的细菌具有选择性生长优势。鉴于炎症是环境肠道功能障碍的标志，这些机制可能有助于塑造营养不良儿童观察到的微生物失调。

营养不良是一个“恶性循环”的核心

在这个恶性循环中，肠道微生物群（通常含有来自不卫生环境的肠道病原体）的改变，会引发包括炎症、屏障功能障碍、易受病原体侵袭、转运改变等在内的肠道亚临床病理群，以及营养吸收不良。

这些病理学促进生长衰竭和持续性失调。当这种恶性循环出现在一个关键的早期发育期时，儿童的终身共病风险增加，包括身材矮小、健康和收入潜力下降、认知障碍、肥胖、2型糖尿病和心血管疾病。

饮食与营养

首先，从饮食习惯来说，宝宝在断奶后，食物供应情况和饮食传统在世界范围内各不相同。发展中地区的个人饮食习惯通常会选择食用富含复杂植物多糖的谷类和植物饮食，而不是西方饮食中的那些动物衍生食品和加工碳水化合物。

来自撒哈拉以南的非洲和欧洲的健康儿童之间的粪便微生物群落差异可能是饮食中碳水化合物的类型和数量的部分原因。与健康的意大利儿童相比，布基纳法索（非洲国家）健康儿童的粪便中含有更大比例的拟杆菌门，具有特定富集的属（普雷沃菌和木聚糖），它们含有代谢不可消化的膳食纤维素和木聚糖的酶，这是布基纳法索饮食中的关键成分。因此，一个培养物的饮食碳水化合物成分可以驱动含有基因组库的细菌的选择，将这些营养物质作为能量来源进行代谢。

2岁宝宝发育迟缓的例子

小B —— 2岁，发育迟缓

——本案例数据取自我们的肠道菌群健康检测数据【谷禾健康数据库】

小B的报告，营养饮食部分提示的问题更大一些，首先主要营养中蛋白质摄入不足。

此外，膳食纤维摄入严重不足，这也是双歧杆菌和其他正常菌群占比不高而变形菌门占比很高的主要原因之一。顺带的也导致短链脂肪酸部分出现了两种缺乏。

干预措施

发育迟缓的治疗充满困难。首先，在缺乏生物标志物的情况下，在单个儿童中识别环境肠道功能障碍是有难度的。 此外，临床试验没有强有力的证据表明，特定的干预措施可以治愈或改善。不过好在我们发现有很多相关因素，可以着手干预加以改善。比如说上面的例子我们看到营养饮食部分的问题（主要是三大类营养素），肠道菌群检测报告中的内容则可以提示我们再从更细微的层面去了解缺乏的状况，结合微量元素甚至代谢产物，更容易找到问题的核心所在。

饮食干预

为什么可以通过饮食干预？

从机理上讲，沿着肠道纵轴建立微生物群落是一个多因素甚至部分随机的过程，并在一定程度上受膳食碳水化合物的影响。

简单的碳水化合物被小肠吸收，留下不可消化的复合多糖，多糖是作为结肠微生物群的关键决定因素。膳食多糖、宿主和肠道微生物之间形成复杂的相互作用，它们代谢的多糖类型差异很大。例如，拟杆菌属含有大量的多糖降解酶，将抗性淀粉、植物细胞壁多糖、菊粉和纤维素代谢成短链脂肪酸和其他肠道可吸收的产物。

拟杆菌是结肠中动物源性糖蛋白最有效的降解菌之一，这就可以解释为什么该属在食用西方动物性饮食的个体中富集，而在食用植物性饮食的个体中富集较少，同时增加了这样一种可能性：如果缺乏拟杆菌，那么微生物群无法将不可消化的膳食成分转化为宿主可利用的能量形式，对生长产生不利影响。

母乳低聚糖（HMO）可以塑造婴儿肠道微生物群

HMO是有益菌的代谢基质。研究人员分析了88名马拉维母亲的母乳，与严重发育不良的6个月的婴儿相比，健康婴儿的母亲母乳中的总HMO、岩藻糖基HMO和唾液酸HMO浓度更高，在215名母亲的第二个队列中，健康婴儿和中度发育不良婴儿的母亲的母乳中总的HMO和唾液化的HMO浓度增加。作者又用小鼠模型将唾液酸化乳低聚糖与瘦体重增加联系起来。

不同膳食淀粉类型的影响

膳食淀粉酶抗性淀粉(RS)的健康益处来自肠道微生物发酵和短链脂肪酸(SCFA)的产生，研究人员比较了印度南部发育迟缓和非发育迟缓（“健康”）儿童的肠道发酵能力，使用两种类型的RS：高直链淀粉玉米淀粉(HAMS)和乙酰化HAMS(HAMSA)。

这两种类型的RS导致健康和发育迟缓的儿童粪便pH值显著降低，粪便中乙酸和丙酸增加，但健康儿童在服用HAMSA后的乙酸和丁酸明显高于发育不良儿童。这表明这些儿童的结肠生理发生了改变。HAMS能增加发育不良儿童的粪便丁酸，丁酸对结肠健康，特别是对结肠上皮细胞，非常重要。（这在我们之前的文章里也有详细讲过  你吃的膳食纤维对你有帮助吗） 。

可以看到发育不良儿童发酵某些类型RS的能力受损，这种发现为改善儿童发育迟缓的生理影响而补充RS类型的选择具有重要意义。RS干预被认为是可以改善肠道健康的一种方法。

如何干预？

腐败失调通常是通过高可溶性和不溶性纤维，低饱和脂肪和低动物蛋白的饮食来解决的。

乳制品

乳制品的影响是可变的。发酵乳制品，如新鲜酸奶有时会有所帮助。这些饮食变化有助于降低结肠中拟杆菌的浓度，增加乳酸产生菌（双歧杆菌、乳酸杆菌和乳酸链球菌）的浓度。

定期摄入酸奶可降低粪便中脲酶阳性菌和拟杆菌的浓度可能有助于致癌的RIA酶。发酵乳制品和嗜伊乳杆菌制剂被证明在治疗和预防沙门氏菌病、志贺氏菌病、抗生素引起的腹泻和抑制肿瘤生长方面是有用的。

纤维

在饮食中补充一定来源的纤维可以对结肠失调产生不同的影响。不溶性纤维降低细菌浓度和微生物酶活性。另一方面，可溶性纤维在提高有益的短链脂肪酸水平的同时，往往会提高细菌浓度和酶活性。这种差异可能解释了不溶性纤维在预防结肠癌方面的优越性。

低聚糖

在洋葱和芦笋等蔬菜中发现的含有果糖的低聚糖，已经发展成为一种食品补充剂，用于提高双歧杆菌的粪便水平和降低粪便pH值。在一些蔬菜中发现的低聚糖，特别是胡萝卜，能抑制肠道细菌与肠粘膜的结合。胡萝卜汁和浓缩胡萝卜低聚糖在欧洲用于细菌性腹泻已有近一个世纪。

其他

相比之下，在发酵失调中，淀粉和可溶性纤维可能会加剧肠道生态的异常。当上小肠受累时，单糖也是禁忌。不吃谷类食品和加糖的饮食通常是最有益的。水果、脂肪和淀粉类蔬菜在不同情况下都有不同程度的耐受性。

菌群干预

微生物群重塑可以很快帮助治疗儿童期的环境肠道功能障碍和营养不良。以代表性马拉维饮食为基础并由严重营养不良的马拉维儿童粪便微生物定植的侏儒小鼠中，通过将这些小鼠与接受健康微生物群的动物共住、通过共食促进微生物转移或通过灌胃五种菌群来改善生长障碍。

这就提示了我们可以从益生菌益生元的角度去思考干预措施。

益生菌

在一项研究中，含有益生菌德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜热链球菌和干酪乳杆菌DN-114-001的发酵乳

改善营养不良小鼠的生长。益生菌混合剂也改善了肠道组织病理学和在营养不良状态下改变的各种免疫反应。

正如施瓦泽等人的一项研究所证明的那样，个别益生菌菌株也可以改善体重增加。无菌小鼠轻度体重不足与常规饲养的小鼠相比发育迟缓，胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和IGF-1结合蛋白3的浓度降低。表明肠道微生物群通过生长激素轴促进生长。

长期以来，乳酸菌给药一直被用于改善肠道微生物生态。

双歧杆菌是结肠的主要乳酸菌，其浓度是乳杆菌的1000倍。人和动物服用短双歧杆菌可降低粪便中梭状芽孢杆菌和肠杆菌种类、氨和产毒细菌酶（包括β-葡萄糖醛酸酶和色氨酸酶）的浓度；尿液指标也会降低。在欧洲，为了改变肠道菌群而使用特定的大肠杆菌和肠球菌菌株已经很流行了。

侧孢芽孢杆菌（Bacillus laterosporus）是一种新的非致病性微生物，具有独特的代谢产物，具有抗菌、抗肿瘤和免疫调节活性。这种菌在美国作为食品补充剂已经有5年了。我们发现它是一种有效的辅助治疗方法，可以控制一些患者的小肠功能障碍相关症状。

几十年来，欧洲一直在使用酵母布拉氏酵母菌（Saccharomyces boulardii）来控制非特异性腹泻，这一点同样值得关注，而且研究得更为深入。布拉氏酵母菌最初是从印度荔枝果中分离出来的，在法国作为药物进行种植和包装。对照研究已证明其在预防抗生素相关性腹泻和艰难梭菌性结肠炎方面的有效性。

酿酒酵母（S. boulardii）还被证明可以刺激大鼠分泌性IgA的产生。患有反应性关节炎和其他疾病的患者应禁用此类免疫增强疗法，以防过度的肠道免疫反应疾病。

益生元

以代表性马拉维饮食喂养的无菌小鼠接受了发育不良的马拉维婴儿中分离的25个菌株群落（其中19个菌株成功定植）。与未添加益生元或添加菊粉的小鼠相比，添加唾液酸化牛乳低聚糖（S-BMO）的小鼠体重增加、消瘦改善和骨骼形态改善。然而研究人员同样给无菌小鼠添加S-BMO之后并没有增重效果，这就说明了其促进生长的作用机制是依赖菌群的。

抗菌药物

抗生素药物可能导致或有助于控制失调，这取决于药物和失调的性质。如果厌氧菌污染小肠是问题所在，甲硝唑或四环素类药物可能是有益的。当肠道细菌过度生长占优势时，环丙沙星通常是首选药物，因为它倾向于保留厌氧菌。

草药抗生素可能是首选，在细菌过度生长综合征中需要长期的抗菌治疗，它们相对更安全。柑橘种子具有广谱的抗菌、抗真菌和抗原生动物作用，可能是理想的一线治疗手段。

草药药典列出了许多具有天然抗生物活性的物质，草药治疗肠道失调的潜力实际上是无限的。

其他潜在干预措施包括：

(1) 通过改善水、环境卫生和个人卫生等方案减少粪便接触和与动物接触；

(2) 母乳喂养和增强饮食多样性；

(3) 营养补充剂，包括锌、多不饱和脂肪酸和氨基酸；

(4) 抗炎剂，如5-氨基环酸；

(5) 急性营养不良和感染情况下的抗生素；

(6) 注意疫苗的使用，减毒活细菌疫苗可能以与非致病性亚临床感染相同的方式诱发生长迟缓；此类疫苗的临床试验应将生长作为一项结果指标。

结 语

考虑到可能导致生长障碍的饮食、环境和宿主因素的范围，在所有儿童营养不良的情况下，单一的治疗剂不太可能完全恢复微生物功能、全身代谢物以及微量和微量营养素的健康平衡。

从饮食、环境卫生条件等各方面去完善，结合肠道微生态的最新研究，特别是其发病机制和潜在原因，了解为什么某些菌群在某些个体中的代表性过高或过低，以及它们如何影响肠道健康。从这些研究中获得的信息来指导未来新疗法的发展。

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主要参考文献

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肠道菌群组成影响肾细胞癌患者肿瘤免疫治疗的应答

谷禾健康 原创

转移性肾细胞癌(RCC)长期以来被认为是一种“免疫性恶性肿瘤”，对不同的免疫疗法敏感。免疫检查点阻断疗法(ICB)的发展，使肾细胞癌(RCC)的临床预后发生了革命性的变化。虽然如此，但治疗响应的持续时间以及预测的改善仍旧没有满足医疗需求。虽然人们已经认识到抗生素(ATBs)会降低ICB在各种恶性肿瘤中的临床活性，但对于不同的肠道非致病菌(共生菌)对ICB在肾细胞癌中的疗效的直接影响却知之甚少。

近日，来自法国科学家的一项发表在《Eur Urol (欧洲泌尿学杂志)》期刊的一篇题为“Gut Bacteria Composition Drives Primary Resistance to CancerImmunotherapy in Renal Cell Carcinoma Patients” 研究发现：微生物群的组成受TKI和ATB的影响，并影响免疫治疗的成功， 未来研究人员表示在开始治疗前对粪便的分析可能可以指导临床医生用药，以防止肾细胞癌患者对免疫治疗的原发性耐药。

简称/名词介绍：

ORR：客观缓解率，指肿瘤缩小达到一定量并且保持一定时间的病人的比例，也就是在任何时候完全缓解和/或部分缓解的患者数量。

PFS：无进展生存期，指从随机分组开始到第一次肿瘤进展或死亡时间。

BOR：本文中，研究者评估的从nivolumab开始治疗之日到治疗结束的最佳肿瘤反应(完全缓解、部分缓解、疾病稳定或疾病进展)。

文章中使用RECIST疗效评价标准1.1评估肿瘤反应

完全缓解【complete response，CR】：除结节性疾病外，所有目标病灶完全消失或所有目标结节须缩小至正常大小(短轴<10mm)

部分缓解【partial response,PR】：所有可测量目标病灶的直径总和低于基线≥30%。目标结节总和使用短径，而所有其它目标病灶的总和使用最长直径。

疾病进展【progressive disease,PD】：可测量目标病灶的直径总和增大≥20%超过观察到的最小总和，如治疗期间未观察到总和降低，则定义为超过基线。

疾病稳定【stable disease,SD】：介于PR和PD之间。

摘要

文章的主要目的是评估在晚期肾细胞癌患者中，其肠道菌群组成对ICB疗效的预测价值。研究人员收集了69例晚期肾细胞癌患者的粪便样本和2994例健康志愿者的粪便样本。同时，研究人员还进行了临床前研究，将对ICB具有抗性的肾细胞癌患者粪便微生物移植到荷瘤小鼠上，以此证明了肠道细菌组成与ICB临床结果之间的因果关系。研究人员还评估了在开始nivolumab治疗前使用TKl对微生物群组成的影响。通过WGS-MG测序分析识别其微生物群组成。研究发现，近期抗生素使用可改变肠道菌群组成，并降低患者的客观缓解率，促进了不同优势物种类群的形成，如Clostridium hathewayi菌在肾细胞癌患者的粪便中较为富集。还有一个重要的点，就是在接受nivolumab药物前服用酪氨酸激酶抑制剂（TKI）能够改变肠道菌群的组成。最后，研究人员表示微生物群的组成受TKI和ATB的影响，并影响免疫治疗的成功。未来的研究将有助于提高这些特定细菌的作用，以及它们作为新的生物标志物的潜力。

实验设计

受试者纳入标准：

对IV期肾细胞癌患者和疾病进展的患者每2周注射3mg/kg的nivolumab(纳武单抗)，直到疾病进展或在NIVOREN

GETUG-AFU 26第二阶段试验中出现无法忍受的毒性为止。

细节：

第一年在基线和每8-12周进行一次CT扫描，然后每12-15周进行一次CT扫描直到疾病进展。根据国际人体微生物组标准指南(SOP_03_V1) 进行粪便样本收集，在第一次注射nivolumab前(T0,<1mo)；第二次(T4,4wk)；第四次(T8,8wk)；第12次(T24,24wk)

宏基因组学和统计学分析：

从粪便标本中提取总DNA，并按照MetaGene Polis(INRA)工作流程使用IonProton技术进行测序。从丰度矩阵开始，只考虑在所有样本中至少有20%存在的分类群，然后对原始数据进行归一化和标准化。监督偏最小二程判别分析(PLS-DA)和随后的变量对模型的重要性图(VIP)找出与BOR相关的组中的差异物种。双尾Mann-Whitney U和Kruskal-Wallis检验分别评估成对比较和多重比较的意义，p<0.05。计算用于网络相关分析的Pearson矩阵。所有的p值都经过FDR矫正。

主要结果

1. ATBs影响了ICBs对肾细胞癌患者的临床疗效，并改变了肠道菌群的β多样性和组成

ATB：抗生素；noATB：未使用抗生素；NR：无肿瘤反应；PR：部分缓解；PD：疾病进展；

PFS：无进展生存期；R：有肿瘤反应；SD：疾病稳定；ORR：客观缓解率

(B).使用和不使用抗生素肾细胞癌患者人数占总患者人数的比例以及不同RECIST疗效结果占使用或不使用抗生素肾细胞癌患者人数的比例。ATB组11例，在抗PD-1阻断后2个月内服用抗生素；noATB组58例，未服用抗生素。接受ATBs治疗的患者的ORR低于未接受ATBs治疗的患者（9%

vs 28%, p < 0.03，p值采用双尾卡方检验）

(C). 基于PCoA分析的预处理样品粪便微生物群组成标准化和归一化数据的β多样性排序图。95%置信度。ANOSIM指标通过999次置换来评估ATB组和noATB组之间的差异。ATB个体与noATB个体的从粪便中分离出的细菌种类有显著差异。

(D).

Lefse图，基于LDA得分为每个组识别出差异物种。在这些差异物种中，如Eubacterium rectale菌在noATB粪便中富集，而其他细菌类群，如Erysipelotrichaceae bacterium_2_2_44A和Clostridium hathewayi在ATB粪便中富集。

2. 在noATB队列中，肠道菌群组成可以预测ICBs的临床结果。

利用粪便中的微生物组成的Alpha和Beta多样性结果可以对肾细胞癌患者人群中的R和NR个体进行分层，并可用于预测PFS>

12个月的患者。

mAb：单克隆抗体；MGS：metagenomic species；SEM：标准误

(A).对noATB基线样本(n=58)中的粪便微生物使用鸟枪法测序，图中展示了PFS<12个月和PFS>12个月的所有癌症患者的基因丰富度和MGS计数。ICBS开始后12个月，丰富度计数(GC)或MGS水平与以无疾病进展为标准的临床反应相关。

(B). noATB预处理样本的PCoA分析(使用细菌流行率>=20%的阈值)的β多样性排序图。95%置信度。ANOSIM和PERMANOVA指标使用999次置换，评估R（完全缓解或部分缓解或病变稳定>6个月）和NR（死亡或疾病进展或病变稳定<6个月）之间的差异。两组间有明显的分离。

(C).使用偏最小判别分析的变量对模型的重要性图，按重要程度由大到小描述了35个组间差异物种。箭头突出重要物种。条形填充颜色表示物种平均相对丰度最高的队列，条形框颜色表示物种平均相对丰度最低的队列。条形的宽度表示FR的高低。*表示Mann-Whitney

U检验的显著性。Akkermansia muciniphila, Bacteroides

salyersiae,和 Eubacterium siraeum菌种比例过高。

(D).被选中的Akkermansiamuciniphila和Bacteroides salyersiae菌种的相对丰度和流行率条形图。在肾细胞癌患者粪便中这两种菌的流行率和相对丰度在R和NR队列中都较高。相对丰度的p值由双尾Mann-Whitney U检验得到，流行率的p值由卡方检验得出。

3.在肾细胞癌患者中，在使用nivolumab前先使用TKI和ATB药物与肠道菌群组成改变密切相关。在69个RCC队列中，R和NR的细菌比较分析，弥补了用NR-FMT在小鼠中观察到的反应性的不足，建立了粪便中有利的细菌组成与临床结果之间的因果关系。

CICB：联合ICB治疗；D0：随机日期；Dx：最后一次IVIS测量；

(A). 在无特定病原体(SPF)的BALB/c小鼠体内注射ATB3天后进行粪便微生物移植(FMT)。2周后，原位接种荧光素酶工程肾癌(Luc+RencA)，从第7天开始每4天腹腔接种抗PD-1+抗CTLA-4单抗(CICB)或同型对照单抗(Ctrl)。此外，在第4天，每隔3天给接受CICB的受体小鼠口服Akkermansia muciniphila菌(Am)、Bacteroides salyersiae 菌(Bs)细菌B.xylanosolvens(Bx)或应答者患者(R)的粪便。

(B). 15份FMT供体粪便的比例. (人类有肿瘤反应者[HR]和人类无肿瘤反应者[HNR])在BALB/c小鼠(小鼠有肿瘤反应者[MR]和小鼠无肿瘤反应者[MNR])。观察到患者的反应和小鼠受体对ICBS的反应之间有27%的一致性：只使用了4份高于15FMT的粪便样本。

(C)(E).使用荧光素酶活性的生物发光成像监测ATB治疗小鼠在FMT后的Renca进展。在每个ICB周期前口服具有免疫刺激作用的Am或Bs或R-FMT来补偿NR-FMT(不含Am或Bs菌)，恢复了对治疗的敏感度(牺牲时的肾脏重量)且荧光亮度降低。

(C)(D).使用肿瘤重量的生物发光成像监测ATB治疗小鼠在FMT后的Renca进展。在每个ICB周期前口服具有免疫刺激作用的Am或Bs或R-FMT来补偿NR-FMT(不含Am或Bs菌)，恢复了对治疗的敏感度(牺牲时的肾脏重量)。

4. TKIs诱导肠道菌群改变。TKIs诱导了显著的和典型的微生物群落改变，包括免疫刺激共生物种，可以利用这些共生物种来提高肾细胞癌患者ICBS的疗效。[if !vml]

(A).接受TKI一线治疗的患者与对照成人粪便菌群的差异。按LDA分值排序的组间差异物种。观察到在TKI一线治疗组中Akkermansia muciniphila和Alistipes senegalensis富集。

(B).对接受TKI治疗(阿西替尼、舒尼替尼和卡博替尼)的BALB/c小鼠进行分析，利用偏最小二乘判别分析，差异物种按重要性从大到小排序。在BALB/c小鼠中，随着时间的推移，所有三种TKI都显著地诱导了菌群的α和β多样性的变化。

箭头表示相关的细菌种类。

柱状条形图分别描述了TKI治疗组中最具判别意义的两个菌种的相对丰度和流行率，即Akkermansia muciniphila和Alistipes senegalensis. 其中，观察到在人类和小鼠身上，Sunitinib和Cabozantinib有效的刺激了Alistipes senegalensis的丰度增长。对于三种不同的TKI(axitinib(阿西替尼)、sunitinib(舒尼替尼)和Cabozantinib(卡博替尼))，使用Mann-Whitney U检验来评估统计学差异. (*p<0.05，**p<0.01，*p<0.001)

结论

通过应用不同的生物信息学和组间差异分析手段(LEfSe, PLS-DA, VIP, and networks)，研究人员确定了一组与原发耐药相关的物种（厚壁菌门，梭菌科，Clostridium clostridioforme种和Clostridium hathewayi种），并且由于使用ATB和癌症转移的状况。这些物种变得丰富。据以往的一些研究报告，Clostridium hathewayi菌种是与结肠癌诊断相关的致病因子的一部分，并且可以减轻小鼠的抗原特异性T细胞反应。

研究人员还发现了一些与预后良好和肠道稳态状态相关的共生物种，它们分别属于优杆菌科(Eubacterium

rectale和Eubacterium siraeum种)，毛螺菌科(Dorea longicatena种)，Verrucomicrobioaceae科(Akkermansia muciniphila种)，而且都属于拟杆菌目。

结果表示微生物群的组成受TKIs和ATBs的影响，并影响免疫治疗的成功。ATB显著影响微生物群的β多样性，导致如前所述的优杆菌科家族成员(如Eubacterium rectale)的优势不突出，而有利于致病菌种(Erysipelotrichaceae bacterium_2_2_44A和Clostridium hathewayi)。这种微生物群的改变与ICB治疗期间ORR的降低有关(ATB组73%的原发耐药，noATB 33%，p<0.03)。在使用nivolumab之前使用TKI也可导致肠道菌群组成的变化，可能抑制ICB的疗效。该研究的局限性在于，比如研究的结论依赖于69名肾细胞癌患者的单一队列，其中只有11名患者服用ATBs和二线治疗，并受到许多混杂因素(既往治疗、发病和其他因素，如血红蛋白)的干扰。

展望

研究人员表示在开始治疗前对粪便的分析可能可以指导临床医生用药，以防止肾细胞癌患者对免疫治疗的原发性耐药。而更好地了解肠道菌群组成与局部、全身和肿瘤免疫系统之间的机制联系，将有助于为肾细胞癌患者的肠道菌群失调设计最佳的补充治疗方案。

营养不良和口服万古霉素对人体肠道菌群和营养吸收的影响

肥胖和营养不良是普遍面临的健康问题，而肠道菌群在其中扮演的什么样的角色？最近一项研究通过交叉过量、过低饮食干预以及随机双盲万古霉素抗生素实验，揭示了不同热量摄入和抗生素会破坏肠道菌群特定代谢产物（如：丁酸和其他短链脂肪酸）影响肠道屏障，并改变特定微生物群落（如阿克曼菌），这种变化是粪便热量流失的原因，表明肠道菌群在饮食能量吸收中起着因果的作用。

单位：美国国家卫生所

期刊： Nature Medicine 《自然医学》

摘要

文章揭示了营养不良和口服万古霉素对人体肠道菌群和营养吸收的影响。以往的研究发现，营养不良显著增加粪便热量损失，且降低了拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度，这是人类肠道中的两个主要门。还有各种证据表明，早期使用抗生素与儿童体重增加有关，在营养不良中，抗生素促进生长的证据好坏参半。在本文中，研究人员进行了一项长期的住院研究，使用了两种干预措施。在每个实验中，研究人员都测量了过量饮食和饮食不足期间的粪便卡路里流失，这是营养吸收的直接表征，第一阶段是随机交叉饮食干预，所有受试者按随机顺序接受3天的过量和不足饮食喂养。第二阶段是随机、双盲、安慰剂对照的药物干预，使用万古霉素或安慰剂（NCT02037295）。研究人员观察到，肠道菌群结构在营养不良和饮食过量的情况下有轻微的变化，但口服万古霉素后群落结构伴随着多样性降低发生了更显著的变化。两种干预措施中嗜粘蛋白艾克曼菌的丰度都增加了，这导致了更多的粪便热量流失。这些结果表明，营养吸收对环境扰动敏感，并与临床前模型相关，表明肠道菌群在饮食能量吸收中可能起因果作用。

背景

全球肥胖症的流行促使人们努力确定影响能量平衡的环境和宿主因素，能量平衡的定义是能量摄入和消耗之间的平衡。虽然卡路里消耗是能量摄入量的关键决定因素，但个体消化和吸收所消耗的饮食底物的能力的不同程度也可能影响能量平衡。在过去的十年中，利用啮齿动物模型得到的研究成果，支持了数以万亿计的微生物在人类胃肠道（肠道菌群）的因果作用，由于它们对能量摄入和消耗的广泛影响，形成了能量平衡的个体间变化。但可惜的是，尚无直接证据表明微生物群对营养吸收有影响.

实验设计

实验对象：

选取了除葡萄糖耐受和肥胖症以外的27名健康志愿者（男17名，女10名，年龄35.1±7.3，BMI 32.3±8.0），其中25名完成了整个实验。在整个研究过程中，参与者都是住院患者，每天都接受监测，没有被报告过副作用，特别是腹泻或腹部症状。

设计方案：

第一阶段：随机的交叉饮食干预

所有受试者均以过量（OF）和节食（UF）三天的随机顺序进行饮食，期间会有3天的洗脱期。OF为WMD的150%的饮食，UF为WMD的50%的饮食。

第二阶段：药物干预

同样的受试者被随机分为安慰剂组和口服万古霉素组

注：

(WMD)体重维持饮食【20%大卡蛋白质；30%大卡脂肪；50%大卡碳水化合物】；(DXA）双能X线吸收法，用于骨密度测定；(OGTT) 口服葡萄糖耐量试验；(Dye marker)表示粪便收集所使用的染料标记物；(CH) 间接量热法，用于评估24小时能量消耗；(HPN,LPL) 肝素诱导的LPL测定；(CBC) 全血细胞计数

主要结果

1. 营养不良和抗生素都会损害养分的吸收。与摄入的热量相比，营养不良和万古霉素都导致粪便(在粪便中测量的热量百分比更高)有更多的热量流失。

“ Δ ”表示组间的平均差异；“ P ”表示双边配对学生t检验； 红点表示开始饮食阶段为OF的受试者，白点表示开始饮食阶段为UF的受试者

a)：过量饮食组（4,446.5 ± 547.8 kcal d−1）的每日摄入热量显著高于营养不良组（1,494.2 ± 211.0 kcal d−1），

b)：与营养不良的人相比，过量饮食的人每天消耗的卡路里绝对数量明显更高。

c)：当以每天摄入的卡路里的百分比来表示时，UF期间的粪便热量流失相对于OF明显更大，且有很强且显著的体内相关性（Pearson’s r = 0.70, P = 0.004）

d)：UF比OF转运时间快，转运时间被定义为每次干预期间染料标记第一次出现和最后一次出现之间的时间(以h为单位)。

Δ ”表示组间的平均差异；“ P ”表示双边非配对学生t检验；误差条表示95%置信区间的均值

a)：3天的平均摄入热量。安慰剂组（Placebo）和万古霉素组（Vancomycin）每天摄入的热量是相当的。

b)：万古霉素导致粪便热量流失显著增加。

c)：粪便平均热量流失百分比。

d)：万古霉素组和安慰剂组的转运时间没有差异（P=0.2）

2.使用扩增子和宏基因组测序相结合的方法，评估了饮食干预和药物干预对肠道微生物群落结构的影响。在饮食干预组间分析中发现了几种对饮食敏感的细菌物种。在药物干预组间分析中也发现了几种显著富集的物种。且扩增子和宏基因组测序结果具有一致性。尽管存在这些差异，但在这两种干扰下，有两种细菌的种类都发生了一致的变化。嗜粘蛋白艾克曼菌和一种隶属于Lachnospiraceae NK4A136群的一个未确认的种。

饮食干预：

a)：整体肠道菌群在OF和UF期间的定植。在UF期间，肠道菌群由于相对地缺乏营养，这可能导致细菌定殖的减少。但是在UF期间与OF相比，总的定殖水平显著增加（P=0.01，双边配对的Wilcoxon检验）。

b)：两种饮食措施的Bray-Curtis距离的PCoA第一主坐标的差异。受试者按饮食顺序分开；c)：在两种饮食措施期间每天从10个受试者中取样，其PcoA分析结果。每个点代表一个样本，其中颜色表示受试者身份，形状表示饮食方式（WM，保持体重）；d)：随着时间的推移，微生物群落到基线样本(第一天)的距离。颜色代表饮食，每个点代表一个样本字母表示受试者身份。发现在整个3天的UF和OF干预过程中，总体微生物群落结构保持不变，在基线上保持显著的个体间差异。

e)：在被评估的10个个体中，有2个个体被发现在UF组中的微生物群落总体结构上有显著差异，这可能表明肠道菌群的基线关系到其对饮食干预的敏感性。（对每个受试者进行Adonis分析，R2值量化不同饮食上的方差，“*”表示P<0.05，纵坐标的字母表示受试者身份）

f)：在整个第一阶段的16天内，微生物的总体Shannon多样性相对稳定。

g)：通过16SrRNA鉴定出的4个与饮食显著相关的物种：嗜粘蛋白艾克曼菌、Bacteroides coprocola、毛螺旋菌、瘤胃球菌。纵坐标为相对丰度，横坐标为时间（d）。

 (经FDR调整后的P值，Q < 0.1，双侧Wald检验的DESeq2)。线代表mean ± s.e.m.

h)：基于宏基因组测序的物种分类，发现了9种细菌在不同饮食组间的显著差异（FDR < 0.05, 配对的Wilcoxon检验），每个点代表一个样本，纵坐标表示相对丰度。这与16S rRNA基因测序的分析一致。

药物干预：

a)：不同治疗组的肠道菌群的定植水平无明显差异（P = 0.26，双侧非配对Wilcoxon检验）。每个点代表每个受试者样本的平均值。

b)：不同治疗组的微生物群落Shannon多样性。（P <0.0001，双侧非配对Wilcoxon检验）。每个点代表每个受试者样本的平均值。

c)：不同治疗组间的基于Bray-Curtis距离的PCoA分析。发现万古霉素对肠道微生物群落结构也有显著影响，超过了先前存在的个体间差异。（每个数据点都显示了每个受试者样本的平均值和标准差）

d)：通过宏基因组测序得到的不同治疗组间差异丰富物种的热图。横坐标代表受试者样本，纵坐标代表物种(FDR<0.05，双侧非配对Wilcoxon检验)。其中万古霉素组的物种相对丰度有下降的趋势，31种下降，10种增加。与16SrRNA基因测序数据一致，在万古霉素处理的个体中，有3个Veillonella菌属显著富集，还检测到多种乳杆菌和克雷伯氏菌以及感染乳杆菌的强毒噬菌体(LcNu)的富集。

e)：万古霉素和安慰剂与UF和OF之间的16S rRNA序列变异的Venn图。

3. 对UF和OF组、万古霉素组和安慰剂组与代谢疾病相关的宿主-微生物相互作用的机制研究。丁酸盐是肠道细菌代谢的主要终产物。脱氧胆酸，一种次级胆酸，较低的浓度可能意味着肠道屏障的保护和较低的营养吸收。

通过分析KEGG代谢途径，发现了三条在万古霉素和安慰剂之间差异丰富的代谢途径。其中的两条(丙酮酸发酵为丁酸和乙酰丁酸梭菌产酸发酵超途径)与糖发酵为主要短链脂肪酸丁酸盐(又名丁酸)有关。说明万古霉素治疗期间肠道菌群可能会减少丁酸的产生或细菌代谢。

“ Δ ”表示组内干预措施前后的差异

a)：OF和UF期间丁酸盐的平均浓度；b)：万古霉素组和安慰剂组的丁酸盐的平均浓度。UF和万古霉素处理组的丁酸盐平均浓度均显著下降，这支持肠道菌群在这些干预过程中获取营养的能力下降的说法。

c)：OF和UF期间脱氧胆酸的平均浓度；d)：万古霉素组和安慰剂组的脱氧胆酸的平均浓度。脱氧胆酸的平均浓度在UF和万古霉素处理组也显著降低了。

结论

在这项分两个阶段的研究中，研究人员直接测量了摄入的和粪便的卡路里，证明了限制热量摄入和口服万古霉素都会导致粪便热量流失增加，血浆丁酸水平降低。这种影响的幅度约为摄入卡路里的2.5%，这将转化为100公斤受试者在1年内体重减轻约1.2公斤。另一方面，研究人员观察到UF和OF对肠道微生物群落结构的轻微干扰，而口服万古霉素引起了广泛的变化，降低了肠道细菌的多样性，并使肠道细菌的相对丰度发生了显著变化。这两种扰动都导致了嗜粘蛋白艾克曼菌的相对丰度增加。而在人一项基于人体的随机、双盲、安慰剂对照的先导研究显示，补充嗜粘蛋白艾克曼菌有降低体重和脂肪量的趋势。此外，体外研究表明，丁酸和其他短链脂肪酸可以刺激肠道屏障的形成，从而保护肠道免受LPSs的破坏。根据研究人员的观察表明，热量摄入和抗生素可能会破坏这些代谢产物和其他调节屏障功能的微生物代谢产物之间的平衡，导致营养吸收的改变。研究中也有一些局限性，比如尽管肠道微生物群落结构和代谢物浓度发生广泛变化，但未发现口服万古霉素对粪便热量的影响、不知道其他抗生素是否会对粪便卡路里产生影响、任何关于营养吸收的机制都是推测出来的，因为没能直接评估营养在肠道中的传输等。

体重增长：目前为止我们所知道的一切

肥胖到底美不美？ 我不知道。

我只知道肥胖有可能会影响到健康。

肥胖威胁到健康的范围很广，包括2型糖尿病、冠状动脉疾病、中风、睡眠呼吸暂停和诱发某些癌症等严重疾病，甚至加速衰老，影响寿命。

肥胖不仅会产生这些生理上的不良影响，也会对患者心理造成一定影响，比如说由于行动不便导致无法工作，无法正常社交，甚至抑郁…

肥胖给很多人的生活带来困扰。但是，我们会发现这样一些现象，有些人是所谓的“吃货”，却不怎么胖，而有些人说自己“连喝水都会胖”。

看来肥胖背后的原因恐怕不简单。

今天，我们来详细讨论一下关于肥胖。

首先来看一下，肥胖的定义。

肥胖给很多人的生活带来困扰。但是，我们会发现这样一些现象，有些人是所谓的“吃货”，却不怎么胖，而有些人说自己“连喝水都会胖”。

看来肥胖背后的原因恐怕不简单。

今天，我们来详细讨论一下关于肥胖。

首先来看一下，肥胖的定义。

01

用什么来衡量肥胖

世界衡量标准

BMI全称身体质量指数，是世界卫生组织（WHO）确认的，衡量成人肥胖/超重的金标准。我们平常知道的都是以 BMI>25 算超重。

但由于人种差异带来的体脂比、肥胖形态的不同，亚洲许多国家和地区有自己的标准。

亚太地区标准

亚太地区肥胖和超重的诊断标准：

*亚太地区肥胖和超重的诊断标准专题研讨会依据亚洲人的情况制定。在BMI相对较低时，就易出现腹型或内脏肥胖，并显示患者高血压、糖尿病、高脂血及蛋白尿的危险性明显增加。

02

肥胖的现状

《中国成人肥胖患病率的地理变化：2013-2014年国家慢性病和危险因素监测调查》（以下简称《肥胖调查》）中有写到我国肥胖现状。

*《肥胖调查》由中国疾病预防控制中心张晓博士及其同事们共同完成。

该团队利用了中国慢性病和危险因素监测数据库，评估了2013-2014年全国和各省肥胖率。

将“中国肥胖标准”定义为：

普通型肥胖：BMI ≥28；

腹型肥胖：女性腰围大于85cm，男性腰围大于90cm

按照这个标准，该调查报告显示：2004年-2014年间，中国肥胖症患病率增加3倍多。腹型肥胖增长超50％。

从地区来看，“京津冀”的肥胖发生率很高。以天津为例，女性腹型肥胖率达49.4%，男性为54.4%。

儿童肥胖率也在日趋上涨

据经济合作与发展组织的调查数据显示：

至少有五分之一的儿童患有肥胖和超重。

《中国儿童肥胖报告》显示：

1985-2014年，我国7岁以上学龄儿童超重肥胖率：

肥胖已经是一种全球流行病，而且肥胖人数正越来越多。

03

哪些因素影响肥胖？

3.1 能量摄入/消耗

我们知道，要维持健康的体重，需要保持食物摄入和能量消耗的平衡。

而这种平衡是由控制进食行为和能量代谢的中枢神经系统来负责。

饮食

饮食是影响体重非常重要的因素。饮食通常与饥饿感和饱腹感有关。我们饿不饿并不是自己能决定的，而是听大脑发出的信号，告诉我们饿了（产生饥饿感），该吃东西了，也就产生了食欲。那么这个食欲是怎么调节的呢？

这里有一个理论叫作“葡萄糖稳态理论”，这也是短期调节食欲的基础。

这就好比是特定脑区是一个指挥中心，它整合来自大脑、外周循环和胃肠道的信号，以调节能量的摄入和消耗。

神经元

在下丘脑弓形核（ARC）中，含有两类调节能量代谢的神经元：促进食欲神经元和抑制食欲神经元。

此外，pvn神经元进一步处理信息投射到其他回路，从而控制能量摄入和消耗。

小分子信号

当我们吃东西之后会诱发一系列的信号，包括肠道激素、肽、代谢物和营养素，进而影响能量摄入。大脑又会激活身体的不同机制，来控制食欲，或利用吃的食物和营养来开启发酵过程，合成代谢产物。

图1 体重调节的关键代谢机制

此外，在大脑中，传出信号被产生并发送到不同的组织，以促进产热和/或能量储存，并有助于能量消耗。（对应图中红线部分）

胃肠激素调节——饱腹感的生理介质

胃肠激素通过对胃肠运动和分泌的局部影响来优化营养物质的消化和吸收过程。在这方面研究最多的是胆囊收缩素（CCK）、胰腺多肽、肽YY、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、氧调节蛋白和胃饥饿素ghrelin。

它们通过各种不同的机制来增加你的饱腹感，让你别再吃了（具体方式在后面碳水化合物的小节展开）。

神经递质

许多肠肽既是激素又是神经递质。CCK和GLP-1等肽在投射到中枢神经系统内外对能量平衡至关重要的区域的神经元中表达。

大脑皮层高级神经活动，通过神经递质影响下丘脑食欲中枢，在调节饥饿感和饱腹感方面发挥一定作用。神经递质种类很多，包括五羟色胺、多巴胺等。

基于谷禾人群队列，我们选择了146例超重和肥胖人群，以及179例对照正常体重人群。其中超重标准为BMI>28，队列年龄分布为35~75岁。

根据菌群测序数据和相关营养及代谢调查进行KS统计检验，发现：

神经递质的检测数据显示与神经兴奋有关的多种神经递质和代谢物质肥胖人群普遍偏高，包括:

谷氨酸、五羟色胺、色胺和多巴胺。

而神经抑制类的γ-氨基丁酸（GABA）则偏低：

这些结果与食欲和饮食产生的神经兴奋是否有直接联系还需要进行更深入的生理分子机制的研究。

短链脂肪酸

短链脂肪酸影响与之相关的短期途径，调节食欲和食物摄入。能量收集上的差异似乎是由细菌产生的短链脂肪酸引起的，它提高了消化残余物的能量利用率。

短链脂肪酸有助于血糖稳定以及饥饿和饱腹激素的平衡。结肠输注短链脂肪酸混合物增加血浆PYY水平，这是由上皮G蛋白偶联受体（GPR41和GPR43）的激活触发的。

[具体关于短链脂肪酸的文章：你吃的膳食纤维对你有帮助吗？点此复习]

睡眠改变会影响饱腹感

这就涉及到“生物钟系统”。饮食脂肪和碳水化合物与生物钟系统相互作用，在生物钟系统中，特定的脂肪酸和葡萄糖可以影响行为和分子的昼夜节律，通过改变能量状态传感器影响中枢神经系统、非中枢神经系统和外周器官。这一假设符合葡萄糖稳态理论。

代谢的昼夜节律振荡受日常喂养模式和能量利用模式的影响，影响内分泌系统(瘦素、胰岛素或ghrelin分泌)与睡眠模式之间的昼夜节律排列。睡眠改变（如睡眠不足）可以改变内分泌昼夜节律，影响饱腹感和/或饥饿感，以及与主观幸福感有关的其他方面。

运动改善肥胖者的代谢灵活性

代谢灵活性的程度，即在骨骼肌和脂肪组织中将葡萄糖和脂肪酸之间的燃料选择转移的能力。

体育锻炼已被证明在改善肥胖患者的代谢灵活性方面具有关键作用。研究报告说，随着饮食脂肪的增加，肥胖者开始运动后增强了肌肉脂肪酸氧化。

3.2 三大类营养物质

人体摄入的营养物质中，有包括碳水化合物、脂肪、蛋白质在内的宏量营养素，也有微量营养素诸如维生素和矿物质等。但人新陈代谢的最核心内容是三大营养物质的代谢及其相互转化。

我们先看看这三大营养物质是如何直接或间接产生热量。注意热量不等同于能量。能量加上氧气参与，转化为热量。

在三大营养物质的代谢中，起枢纽作用的是糖类代谢，蛋白质（身体携带氧气的关键）要转变成为热量，需要先转变成为糖类，才能够燃烧产生热量，脂肪的燃烧，也需要糖类的参与才能够顺利完成。也就是说，蛋白质、脂肪是能量的两个储藏仓库，而糖类，会直接释放热量。

接着我们具体来看每种营养素与肥胖之间的关系。

 3.2.1 碳水化合物

碳水化合物包括不同类型的分子，从复杂的多糖和淀粉到单糖，如单糖或双糖，以及不同的纤维，能量值和消化率不同。

这些结构差异导致它的物理性质、消化率和功能的不同。碳水化合物对食物摄取和饱腹感的影响是通过与胃肠-脑神经内分泌信号、肠道发酵（由短链脂肪酸或其他代谢物诱导）和碳水化合物的物理或化学性质（如膨胀和粘度）相关的几种途径介导的。

碳水化合物通过调节胃肠道肽释放来影响饱腹感

与维持血糖水平有关的食欲和饱腹感调节由胰岛素和胰高血糖素调节，胰岛素和胰高血糖素由胰腺分泌，分别导致导致糖原生成和糖原分解。 事实上已证实，包括纤维在内的碳水化合物，对饱腹感相关胃肠道肽（CCK，ghrelin，GLP1，PYY和GIP）餐后释放有影响。单糖和双糖，如蔗糖、果糖和乳糖，是人类消耗的最常见的糖，它们在食欲和食物奖励中的作用与甜味受体有关。

纤维和淀粉是饮食中最复杂的碳水化合物结构。 

它如何产生饱腹效应？

纤维通过调节胃肠道转运、葡萄糖吸收和粪便膨胀起作用。

低能量密度(2kcal/g)和水化能力产生饱腹效应，它们提供粘度和膨胀，影响肠道中的机械感受器，影响血糖反应和饱足信号，增加肠道蠕动能力，并作为肠道微生物的主要底物。

3.2.2 脂肪

脂类具有较高的能量密度，其消耗可能通过间接机制直接影响食物摄入和能量消耗以及代谢，从而影响肥胖和相关疾病。

脂类在能量积累中起着核心作用，在内分泌系统中起着重要的作用。 它在食欲和饱腹感调节中的作用包括通过感觉受体和化学感受器。

「瘦素」——脂肪与下丘脑饱腹调节中心沟通的桥梁

瘦素是由脂肪组织分泌的一种激素，分泌过程依赖胰岛素。

当体内瘦素水平较高时，会告诉大脑身体有足够的能量储备，不要再吃了。瘦素和胰岛素共同作用于下丘脑和其他脑区，从而抑制食物摄入，增加能量消耗。

可想而知，当瘦素长期处于低水平时，往往伴随着肥胖。低水平的瘦素在不断告诉大脑，身体正处于饥饿状态，那么很有可能出现暴饮暴食，且身体在不停地储存能量。

脂肪的质量比数量更重要

越来越多研究表明，除了饮食中的脂肪或碳水化合物的数量外，膳食脂肪的质量（主要指天然不饱和脂肪而不是反式或饱和脂肪)比数量更能决定饮食对维持体重的影响。

具体来看，目前研究的重点是脂肪质量与脂肪酸饱和度之间的关系。饮食中omega-6脂肪酸与omega-3脂肪酸比例的增加与通过脂肪生成、脂肪组织稳态、脂肪褐变和炎症机制增加体重，和肥胖的风险增加有关；这种增加是由脑-肠-脂肪轴通过二十烷类代谢物和大麻素系统的多动介导的。

在这种情况下，高脂肪消耗在与脂肪沉积有关的胃肠道调节喂养途径上的调节作用影响脂质的吸收和利用，减弱饱腹信号并促进超重，其中CCK、ghrelin、GLP1和其他神经肽与食欲和/或饱腹有关。此外，中链甘油三酯、共轭亚油酸和多不饱和脂肪酸引起不同的饱腹和胃排空效应。

多不饱和脂肪酸导致能量摄入和消耗变化

此外，多不饱和脂肪酸在调节身体成分中起着重要作用；它们导致能量摄入和支出的定向变化，以及脂质周转和脂肪生成的改变，这是由神经内分泌系统介导的。 此外，一些饮食脂质可能通过促进棕色和米色脂肪的生成来刺激产热功能。脂类也在食物质地中起作用，这可能会使食物更可利用。

当然，脂肪也可能表现出不受欢迎的口感，这可能导致食物的排斥，从而干扰能量的摄入，而不是餐后机制。

肥胖也与诱导的食物偏好和减少底物氧化、酮体保留糖代谢机制以及脂溶性和/或脂肪生成活动或炎症途径的变化有关。

要想躲避肥胖，建议多选不饱和脂肪酸

单不饱和脂肪酸摄入量与BMI呈负相关，突出了脂肪分布的重要性，而不仅仅是脂肪总量，而且影响的差异取决于遗传背景。

食用不饱和油不易导致肥胖，这表明脂肪质量比数量更重要（例如，在那些遵循地中海饮食模式的人中观察到的或食用树坚果）。

平时食用油的选择，动物油脂，橄榄油，菜籽油等都要好于色拉油、调和油。

3.3.3 蛋白质

蛋白质分子结构的多样性，决定了蛋白质分子有多种重要功能，它们也负责酶的功能，并具有内分泌调节作用。

膳食蛋白质和蛋白质衍生分子表现出食欲和厌食效应，这些效应是由不同的神经肽和肠道激素介导的，如胃饥饿素、CCK、GLP1、PYY、瘦素、胰岛素和特定氨基酸。

蛋白质有助于保持无脂质量和骨骼肌，从而促进能量消耗的维持。

高蛋白饮食对食欲抑制作用

蛋白质在饮食中的比例影响食欲调节和饱腹感的诱导。例如，干预性研究显示了高蛋白饮食对食欲抑制的饮食作用。富含蛋白质的饮食导致饥饿感减少，能量消耗和β-羟丁酸水平增加，这可能有助于食欲下降。

蛋白质具有明确的产热性质，由氧化磷酸化过程、尿素合成、糖异生和能量产生的中间代谢途径介导。然而，对于特定的蛋白质，如明胶gelatin，在食欲抑制中也有独特的作用。

此外，与蛋白质诱导饱腹感有关的机制已被归因于氨基酸（如酪氨酸、色氨酸或组氨酸）、影响胃迷走神经传入的鲜味物质（包括味精）或来自甜味剂的阿斯巴甜(asp-phe)氨基酸有关的钙传感受体，它们调节食欲和餐后发生热。

长期动物蛋白的摄入对体重的维持有不利的影响

然而，一些长期的纵向分析表明，动物蛋白的摄入对随访5年后体重的维持有不利的影响。 事实上，每天食用250克肉类，与肉类含量较低的等热量饮食相比，每年增加422克体重。因此，以动物蛋白和糖为代价增加植物蛋白的摄入量，可能是在人群水平上对抗超重和肥胖的一种方法。

这些结果突出了营养素比例的重要性。但进一步的研究还应侧重于蛋白质来源和血糖指数的体重维持。

04

同样的饮食，不同的肥胖机制

4.1 遗传机制

些人哪怕吃正常量的食物就是比一般人容易发胖，这可能与肥胖基因有关。

接下来我们来看看遗传因素在决定个体对肥胖的易感性方面起了什么样的作用。

不同的研究报道了总脂肪比例与食物摄入调节相关基因（如FTO）、脂肪代谢相关基因（如APOA5）和脂肪细胞分化相关基因（如PPARG）在不同人群中的相关性。

肥胖基因——FTO基因（减弱饱腹感）

与没有风险等位基因的参与者相比，那些具有FTO变异型rs9939609的风险等位基因的人报告显示，主观饱腹感较低，能量密集的食物消耗较高，这表明具有遗传风险的个体已经损害了中枢神经系统的饱腹感。

此外，有FTO危险等位基因的个体也会消耗较高比例的能量作为脂肪，显示出肥胖风险的加剧。

APOA2等位基因的存在通过调节参与支链氨基酸和色氨酸代谢的途径，在饱和脂肪酸摄入时增加的肥胖风险。

与之相反，APOA5基因变异rs662799的C携带者，在饮食中消耗更多的脂肪，则可避免肥胖。

然而需要注意的是，即便是检测出了携带肥胖基因，也不意味着必然会永久肥胖下去；反之，不携带肥胖基因，也不意味着可以胡吃海喝不运动。要知道决定肥胖的不止基因这一个因素，例如还有肠道微生物群的影响。如果说基因难以改变，那么肠道菌群是你可以改变的。

4.2 菌群介入，影响肥胖

易患肥胖的个体的肠道微生物群可以通过饮食、益生菌等来改变。

碳水化合物（即纤维）、蛋白质和脂肪的摄入会影响肠道微生物群，从而使宏量营养素与微生物群相互作用。具体在前面 深度解读|饮食、菌群和健康 一文有详细阐述。

个体微生物群的组成是独特的，是个体代谢和体重状况的代表性特征。

人体摄入宏量营养素、肠道菌群与肥胖的关系

↑, 增加；↓,减少；NA，不可用；第三列：营养物质和/或饮食基质与肠道微生物群之间的关系

4.2.1 菌群和肥胖之间的关系

菌群丰度和种类

菌群丰度和多样性与肥胖呈负相关

开创性的研究已经描述了微生物群与肥胖之间的关系。数据显示肥胖小鼠的厚壁菌数量增加，拟杆菌数量减少，这表明这些微生物对宿主代谢可能有影响。这些结果随后在人类研究中得到证实，研究人员在研究中比较了来自瘦弱或肥胖人群的样本。

一些研究描述了肥胖者从食物中获得的能量的增加，并确认了这些人粪便样本中的普雷沃氏菌科和古细菌的增加。此外，菌群丰度和多样性与肥胖呈负相关，即菌群丰度低的人会提高肥胖、胰岛素抵抗和血脂异常，以及低度全身炎症风险。

基于谷禾人群队列数据发现：

肠道菌群的种类数量肥胖人群要显著低于对照人群（下左图），均值分别为850比1150，这一现象与之前的研究是符合的。

有害菌

在有害菌属的丰度水平分布上，肥胖人群也要高于对照人群（上右图）。进一步对具体菌属进行分析，发现肺炎克雷伯氏菌的丰度水平肥胖人群更高（下左图）。

有益菌

而双歧杆菌属的水平肥胖人群普遍较低。

一项调查同卵双胞胎脂肪摄入质量的研究发现，单不饱和脂肪酸与双歧杆菌和拟杆菌的丰度正相关，以及n-3多不饱和脂肪酸和乳酸杆菌之间存在正相关关系，而n-6多不饱和脂肪酸与双歧杆菌是负相关。

一些学者认为在饮食中添加益生菌可以减轻饮食中脂肪对体重维持和脂肪积累的有害影响。

4.2.2 菌群如何影响肥胖

肠道微生物群影响超重和肥胖个体体重和代谢的两种可能机制。

（1）肠道微生物群将不可消化的膳食纤维发酵为短链脂肪酸，这些脂肪酸可能由肠道上皮代谢或是葡萄糖和脂质从头合成的一部分。

（2）由于紧密连接处的薄弱导致肠道通透性增加，来自肠道细菌表面的脂多糖（LPS）能够进入循环，并可能在包括肌肉、肝脏和脂肪组织在内的多个组织中引起免疫反应、炎症、巨噬细胞浸润和胰岛素抵抗。胰岛素抵抗和厌食激素（包括胰高血糖素样肽1[GLP-1]和肽酪氨酸[PYY]）在下丘脑的表达降低刺激了食物摄入的增加。

此外，微生物蛋白水解可产生支链氨基酸和芳香烃氨基酸，可通过微生物交叉喂养（微生物物种的营养相互依赖性）进一步代谢。这些交叉喂养途径的紊乱导致这些氨基酸的吸收增加，并与肠道完整性和胰岛素抵抗的损害有关。

糖化和蛋白水解代谢物生产中涉及的微生物群落和微生物网络

肠道微生物的功能群、主要代谢途径和生产碳水化合物和蛋白质发酵产生的代谢物的中间体，包括糖解产物短链脂肪酸，琥珀酸盐和乙醇以及蛋白质水解代谢产物，包括氨、吲哚和酚类化合物、硫化氢、胺和支链脂肪酸（BCFAs）。

4.2.3 饮食干预菌群

越来越多的研究者开始对饮食模式感兴趣，以研究食物营养素、肠道微生物群组成和遗传背景之间复杂相互作用。

对人类的一项观察研究表明，肥胖人群中存在小肠细菌生长，他们的饮食中富含碳水化合物和精制糖，缺乏纤维。饮食蛋白质和碳水化合物对肠道微生物群的调节作用改变了蛋白质消化的衍生物。这些衍生物通过改变芳香族和支链氨基酸的发酵以及作为短链脂肪酸的前体而影响能量代谢。

基于谷禾肠道菌群的营养量化算法可以有效反映和量化饮食及营养元素的摄入状况。数据显示，主要饮食结构中精制糖摄入肥胖人群显著偏高，而乳制品摄入普遍偏低。

低聚果糖调节菌群，与短链脂肪酸相关

膳食宏量营养素发酵产生的代谢产物对肥胖及合并症的影响已被广泛研究。此外，碳水化合物的摄入被认为是调节肠道微生物群的主要因素。纤维通过调节胃肠道转运、葡萄糖吸收和粪便膨胀起作用，影响血糖反应和饱足信号。

可发酵膳食纤维在调节微生物方面具有关键作用肠道菌群。益生元，如低聚果糖，对肠道微生物群的影响已经被一些研究证明，因为低聚果糖调节了粪便细菌和其他细菌的丰度，并与丁酸盐的产生相关，通过降低下丘脑神经肽Y的表达而减少食物摄入。

还研究了富含糖和人工甜味剂的“西方”饮食对肠道微生物组成的影响。不幸的是，甜味剂和人体肥胖的肠道微生物群之间的联系仍然不清楚。

富含脂肪的饮食可以通过抗菌作用影响肠道微生物群

其他研究者认为，饮食中脂肪摄入对体重增加的影响，除了燃料正平衡外，还有其他作用。富含脂肪的饮食可以通过抗菌作用影响肠道微生物群，从而促进与肥胖相关的全身促炎症状态相关的失调的发展。对健康人进行的横断面研究发现，在习惯性饮食中，拟杆菌和放线菌与脂肪摄入呈正相关。此外，与体重指数相关的现有分类群也与饱和脂肪酸的热量摄入相关。

一些作者认为在饮食中添加益生菌可以减轻饮食中脂肪对体重维持和脂肪积累的有害影响。

饮食干预后的菌群改变与脂肪改变有关

一项包括一组健康人的对照喂养试验发现，在饮食干预24小时后，肠道微生物群的组成发生了变化，这些变化在10天内保持稳定。

研究人员还报告了长期饮食模式和菌群之间的关系。更具体地说，他们报告了拟杆菌与蛋白质、动物脂肪之间的关系，普雷沃菌与碳水化合物之间的关系。同样，其他营养干预措施也发现，大鼠高脂高糖和低脂高糖饮食后，菌群多样性下降。这些饮食与肠道炎症的增加和迷走神经-肠道-大脑连接有关，与身体脂肪沉积的增加有关。

综合分析，健康饮食模式下菌群丰富，炎症减少

以往有多项研究显示肥胖人群在一些炎症指标上较高，存在长期的炎症反应，我们针对主要炎症指标的统计检验同样发现以下炎症指标确实存在偏高：

一些作者强调了使用肠道微生物群的综合分析和代谢组学分析，客观评估对坚持健康的饮食模式，帮助阐明这些模式的明确饮食组成，如地中海饮食模式，以及它们在心脏代谢紊乱的复杂相互作用中的假定作用。例如，一项试验报告了肥胖人群中与健康饮食模式相关的肠道微生物群组成的差异。更具体地说，那些饮食摄入更健康的人微生物丰富，炎症标志物浓度降低。

在这些研究的基础上，数据表明饮食因素之间的相互作用，如宏量营养素分布、肠道微生物群组成和遗传背景，与肥胖中发现的代谢障碍有关。对个体特征和对肠道菌群代谢物相关敏感性的整体研究有助于制定新的策略，提高肥胖防治效果。

05

结 语

现在我们知道各种因素会改变肠道微生物，肠道微生物的改变会导致代谢功能的改变，从而导致肥胖。

要精确的了解每个人具体的问题所在，就要了解自己的肠道微生物，请进行肠道菌群检测，不仅了解肠道菌群，更重要的是能找出肥胖背后的真正问题，确定适合你身体的方式，科学减肥。

相关阅读：

饮食习惯与疾病风险

主要参考文献：

San-Cristobal R, Navas-Carretero S, Martínez-González M Á, et al. Contribution of macronutrients to obesity: implications for precision nutrition[J]. Nature Reviews Endocrinology, 2020: 1-16.

de Clercq, Nicolien C., et al. “Gut microbiota in obesity and undernutrition.” Advances in Nutrition 7.6 (2016): 1080-1089.

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Hou X, Lu J, et al. Impact of waist circumference and body mass index on risk of cardiometabolic disorder and cardiovascular disease in Chinese adults: a national diabetes and metabolic disorders survey. PLoS One. 2013,8(3): e57319.DOI: 10.1371/journal.pone.0057319.

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20种有效改善肠道健康的科学方法

本文由谷禾健康整理编译自：VICTORIA FRANKEL, Give Your Gut a Chance: Microorganisms and Your Immune System和VIOME,19 Science-Backed Ways to Improve Your Gut Health

每当一种传染病威胁到许多人的健康时，免疫系统如何运作的话题就经常出现。

从整体上看，人类的免疫反应有助于对抗病原体。在生病的时候适当地使用免疫系统是保持我们健康的一个重要部分。由于我们的免疫系统很大一部分位于肠道内，肠道微生物群在决定我们的免疫反应何时以及如何运作方面起着关键作用。

大家都希望保持自身免疫系统的最佳运作，特别是随着呼吸道疾病的流行和病毒感染影响我们的生活。随着人们对季节性传染病如流感和新近出现的新型冠状病毒（又名COVID-19）的日益关注，许多人正在寻找是否有办法提高自身持续免疫能力。

但最新的科学表明，你的肠道微生物群、你吃的食物和整体免疫力之间可能存在持续的有益关系。

01

我们生活在一个微生物的世界里

商店里或者仓库中，衣服上，书桌上…到处都是微生物。只要正常生活，身体就不可能处于一个无菌的环境。

事实上，我们的身体内充满了细菌，这些微生物帮助我们维持体内平衡和免疫酶活性——通常是通过与我们的免疫细胞相互作用。这已经被证明会影响自身免疫、炎症、癌症和我们对疾病的易感性。

读过我们前面文章的小伙伴都知道，体内的微生物群对人体而言十分重要，例如肠道微生物群对我们的消化系统、神经系统、免疫系统等等都有重要影响。

肠道微生物群

把你的肠道微生物群想象成一种工具。当功能失调时，它会在执行正常任务时造成无意伤害，就像一把刀。然而，当保持在合适的条件下，它可以精确地执行。

一个健康的肠道微生物群功能良好，不太可能损害你的肠道。这个薄薄的屏障可以保护微生物在它们喜欢的环境中安全健康，并且防止它们出来探索我们不愿看到的其他领域，比如你的血液。

当肠壁受损时，我们的肠道微生物群就可以逃逸到不属于它们的地方，就像其他器官一样。当它们在这些区域累积时，它们分泌的毒素和代谢物会导致炎症反应，损害这些组织并导致慢性疾病的发展。

因此，我们需要重视肠道微生物群健康平衡。它也在感染时控制我们的免疫反应中发挥作用。

排除病原菌

许多共生或有益的微生物有助于保持肠粘膜的健康。

当我们的肠道微生物群能正常产丁酸（关于短链脂肪酸详见之前的文章 你吃的膳食纤维对你有帮助吗？），它有助于我们的肠道保持强大和完整。相反地，我们的肠壁在感应到病原体时，通过保护这些共生细菌群落而得到回报。事实上，我们的免疫细胞可以非常“聪明”地识别特殊的肽。

可见，肠道微生物组在人体对感染的免疫反应和维持整体健康中起着至关重要的作用。

02

如何判断肠道健康

从排便看肠道健康

“定期”是描述良好排便习惯或正常排便功能的一种方式。

我们经常谈论排便要规律，但这常常被误解为需要每天上厕所排便。有些人两天排便一次就很焦虑，觉得好像不健康，其实没必要过于担心。

但只要保持规律，轻松的排便，每天排便1-3次至每周3次都是正常的。饭后约30分钟内排便（通常是早餐），但是这可能因人而异。

怎么知道我是否有肠道健康问题？

导致日常生活中许多因素导致肠道微生物群失衡。这些包括睡眠质量差，压力大，不健康的食物以及过度使用抗生素。肠道健康问题有很多物理指标。这些包括：

胃部不适

腹胀，腹泻，便秘等都是肠道健康问题的明显症状。当肠道微生物群达到平衡时，人体可以更有效地消化食物。

自身免疫问题

一些科学家认为肠道健康不良会加剧体内炎症。这会阻止免疫系统正常运行。结果可能是自身免疫性疾病。

对甜食的渴望

如果你总是想吃甜食类食物，那么肠道细菌可能会失衡。高糖饮食和加工食品会减少肠道的有益菌，然后你会渴望更多的糖分，从而导致炎症，而炎症会导致多种疾病，甚至被证明会导致癌症。

体重变化

在没有改变运动习惯或饮食习惯的情况下，体重是否正在增加或减轻？

肠内失衡会阻止人体适当调节血糖水平，储存脂肪和吸收营养，从而影响体重变化。

睡眠质量差

如果你有患有失眠症，那么长期疲劳是不可避免的结果。要知道90％的血清素是肠道产生的，而不是大脑。由于血清素是调节睡眠所必需的，因此肠道不健康就会影响你的睡眠质量。

皮肤问题

如果患有湿疹或其他皮肤疾病，则可能源于肠道不健康。肠道内部发炎可能导致蛋白质泄漏到您的体内。这会刺激您的皮肤并引起皮肤问题。

食物不耐受

如果您的身体无法消化某些食物，则可能是由于肠道中有害菌所致，可能导致腹痛，腹胀，恶心和腹泻。肠道菌群问题也可能引起食物过敏。

呼吸困难 / 哮喘

不同的肺部疾病会受到肠道微环境变化的影响，反之亦然。由此研究人员提出了“肠-肺轴”连接的概念。

在哮喘中，微生物群是导致这两者之间相互作用的重要因素。在人类和小鼠的研究中，肺和肠道之间的联系已经被反复证明。这种相互作用可以是双向的；肠道微生物可以影响肺部的免疫反应，而肺部刺激可以导致肠道反应。来自肠道菌群的短链脂肪酸对肺部的促炎反应有抑制作用。

详细可见之前的文章「哮喘」最新研究已逐步渗透到更精细层面

口臭

如果患有口臭（长期口臭），则可能会导致肠道菌群不平衡。口臭是微生物在牙龈，舌头和牙齿之间生活的结果。这些微生物产生难闻的气味。有时，这可能是由于牙龈疾病引起的。

心情变化

肠道和大脑通过迷走神经相连。肠道微生物组会产生或消耗大量的神经递质。微量营养素缺乏会损害您的肠道功能，并导致肠道渗漏。

除了许多其他慢性疾病外，肠漏也被认为是抑郁症和焦虑症的潜在病源。认为肠漏是因为肠道没有健康的边界。发生这种情况时，可能会出现疾病。当肠道屏障破裂时，它会开始连锁反应，引起低度的慢性炎症。

肠道功能受损也会影响您的身体利用多巴胺和血清素的能力。这些激素对你的快乐感知是必不可少的，也是积极精神态度中的另一个关键要素。肠道可以产生大约一半的人体多巴胺和90％的血清素。因此维持肠道健康平衡可以直接支持你的心理健康。

详细可见之前的文章 深度解读 | 肠道菌群和中枢神经系统的关系

另外，还可以通过粪便的颜色，形状，频率等去判断，详细了解可移步文末附录部分。

03

20种科学方法有助于改善肠道健康

如果你在搜索引擎或者网站上搜索改善肠道健康时，会发现大量建议。遍历所有内容时，你会发现大多数内容都是模棱两可的，甚至是冲突的。所以我们需要基于更科学的方法来改善。

完美的饮食神话

我们有时候往往会有这样一种想法，一种饮食方式比另一种饮食方式更好，其实对于个人的肠道微生物群来说是不可取的。同样，某些食物可以改善每个人的肠道健康的想法也不是完全正确的。

肠道微生物组科学揭示出一个事实，那就是没有普适的健康饮食。每个人（及其肠道微生物群）都需要不同的食物。 所以不要想着光吃某几种所谓的健康食物来拯救你的肠道健康。

在改善肠道微生物组方面，适用于所有人的唯一饮食建议是，每个人都应尝试食用多种食物。这是因为饮食多样性更有利于菌群维持健康平衡。

试想一下，你的微生物就好比一群挑剔的孩子，每个孩子都会去吃自己喜欢的食物。当您吃各种食物时，就相当于喂食了各种微生物。 

有时候，谷禾的消费者会对拿到的报告中的饮食建议感到不可思议。

比如说他们发现自己的列表里不推荐的有类似酸菜和泡菜这样的食物，这些食物对他们来说是非常传统，家常，甚至不可或缺的食物。为什么是不推荐的呢？这可能是因为这两种食物中的组胺含量都很高，而他们的肠道无法很好地处理。

什么肠道健康建议适用于大多数人？ 

你可以采取多种措施来改善肠道健康。下面列出的20种是以科学为基础的方法。这些结果不仅基于科学文献，而且还基于我们在大数据检测内容。 

我们将建议分为两部分。首先，您可以通过避免破坏性因素来改善肠道健康。 

避免这8种破坏肠道的食物和行为

1. 糖

很多女生爱吃甜食，实际上甜食对肠道微生物组不是很友好，因为像白色念珠菌这样的有害细菌和真菌会增多，已显示高糖饮食可改变肠道微生物组的组成和功能。

2. 人造甜味剂

人造甜味剂也不是一个很好的选择，因为它们会导致代谢异常，生物失调或生态系统失衡。

人造甜味剂会改变肠道微生物组的组成和功能，从而促进葡萄糖不耐症，从而导致疾病。尽管它们似乎可以代替糖，但最好是避免使用人造甜味剂。 

3. 转基因生物（GMO）食品

许多人都知道转基因生物不好，但并不知道为什么。这很大程度上与肠道微生物组有关。

对转基因食品进行了改良，使其能够在草甘膦等苛刻的杀虫剂中存活下来。本质上，当食用转基因食品时，是在增加这些化学药品的摄入量，这些化学药品会损害肠道。杀虫剂是专门为清除细菌而开发的，因此它们在肠道中起到一定作用也就不足为奇了。 

4. 防腐剂

我们知道加工食品对我们的健康不利，它也会影响肠道微生物群。具体来说，防腐剂，比如聚山梨酯80和羧甲基纤维素（CMPF），它们是许多加工食品中常见的乳化剂，直接改变了肠道微生物群的组成。所以尽可能避免吃加工食品，以改善肠道健康。

5. 抗生素

抗生素会导致肠道微生物群发生很大变化，因为它们无法区分有益菌和致病菌。有些情况其实没必要使用抗生素。总的来说，在服用抗生素时，我们需要格外小心。

详细可见之前的文章 细菌的天敌抗生素，如何用好这把救命的双刃剑？

6. 非甾体抗炎药

非甾体抗炎药（NSAID），例如某些药物，会改变肠道微生物群的组成，并导致肠道渗漏。当胃肠道内壁在其连接处有缝隙时，会发生漏肠，这会使颗粒泄漏到血液中。这可能导致炎症，最终导致自身免疫性疾病。 

当我们受到轻伤或不适时，我们会习惯性地拿出这些药物。在知道它们会损坏肠道的情况下， 是否值得用药需要慎重考虑。

7. 压力

肠道和大脑通过迷走神经不断交流-通过肠道激素信号传导，神经递质产生以及其他微生物代谢产物。压力会影响肠道微生物群，而肠道微生物组会影响压力，因此这是双向的。 也许你知道减轻压力对健康有益，但更具体地说，它对肠道健康有益。

8. 吸烟

有研究表明吸烟会改变肠道菌群的组成。研究人员发现，吸烟者的肠道菌群与肥胖者相似，并具有炎症性肠病等症状。

因此建议不吸烟。

增强肠道健康的12个技巧

1. 肠道微生物群检测

肠道健康在整体健康中起着关键作用。它会影响免疫系统，神经系统，皮肤和大脑。随着科学家对微生物群的了解越来越多，他们越认识到找到平衡是必不可少的。

每个人都有自己独特的肠道菌群，处于自己独特的平衡中。不同的食物将以不同的方式影响我们所有人。

也许令你感到不适的食物会使别人充满活力和健康，对你有效的药物对别人无效。因此，通过肠道微生物检测，可以更加准确了解自己的肠道健康状况并制定营养计划以满足自身需求。人们会越来越倾向于采用更加个性化的健康方法。

2. 出去接触大自然

在过去的几十年中，人们普遍从农村搬到城市。这意味着我们不再像以前那样接触大自然。平时生活里，我们不会经常在户外玩耍或在农场工作。因此，生活中遇到大量菌的机会减少了。 

你可以在户外玩耍时有意地将自己暴露于多种微生物中，从而使菌群加以平衡。安排远足，海滩时间和自然之旅，以扩大对不同生态系统的接触，尤其是在旅行时！（当然疫情期间，还是建议大家尽量减少出行或者戴口罩去人少的地方）

3. 尝试间歇性禁食

间歇性禁食对肠道微生物组非常重要。虽然9到12个小时不吃东西可能听起来是很长一段时间，但如果在晚上9点左右停止进食并且直到早上9点才吃早餐，就可能已经很接近了。某些细菌在卡路里密集的环境中繁殖，而另一些细菌在卡路里缺乏的环境中繁殖。

因此，偶尔可以在晚餐和早餐之间适当延长些时间不吃东西——这样你的微生物组可能会感谢你。

4. 充足的睡眠

没有充足的睡眠是一件很糟糕的事，不良的睡眠也会影响肠道微生物组的组成。

每晚7~8个小时睡眠很重要，但保证睡眠质量也同样重要。高质量意味着你正在进入深度的恢复性睡眠阶段。如果你每天醒来时感到不安，或者每天下午很困，那么就值得考虑一下您的睡眠质量，因为它会影响健康的许多方面。

5. 运动适量

锻炼对肠道微生物组也非常有用。运动被证明可以丰富多样性，并增加有益菌。

可以尝试通过快步走，慢跑甚至是瑜伽来提高整体肠道健康。不过凡事需要有个度，别把自己当成是极限运动员那样疯狂运动，过量的运动可能会带来不利影响。

6. 尊重自然规律

许多肠道菌群都以24小时昼夜节律运行。遵守自然规律可以帮助一切顺利进行。我们知道轮班工作和时差会导致疾病，这可能就是原因之一。 

7. 养宠物

研究发现，养宠物的孩子过敏和肥胖的几率反而较低。普遍认为这是因为动物身上的微生物会增加孩子的整体微生物多样性。这意味着你那些心爱的宠物也可能有助于保持肠道健康。听信谣言盲目抛弃宠物不可取。

8. 保持家庭微生物组健康

有些家庭非常爱干净，用洗碗机洗碗，经常对屋子全面消毒，包括孩子的玩具，衣服等等。在这样的环境下长大的孩子出去后反而更容易过敏。

在家里接触的微生物太少，菌群多样性下降。实际上孩子的生长发育过程中，在不断构建起自身免疫系统，需要有外界的微生物参与刺激体内的免疫细胞。过度清洁相当于干涉了免疫系统的正常构建，脆弱的免疫系统抵御不了外界的细菌，一出家门便容易生病。

9. 选择当季的有机蔬菜

当季的有机蔬菜不仅可以避免农药，而且还可以吸收土壤中的污物，产生有益的微生物。而且，其实用各种清洁剂洗那些蔬菜没有必要。

10. 有针对性的吃对自己有益的食物

每个人都是独特的，所以我们都有不同的营养需求，无法一劳永逸地解决所有饮食问题。有时候可以相信直觉，它知道哪些食物会帮助您，哪些食物现在对您有害。

没有普遍的健康饮食，可能普遍认为“健康”的食物实际上对您不健康。比如说建议您多吃蔬菜，蔬菜和坚果具有抗炎作用。但不一定适合你。

菠菜，麸皮，大黄，甜菜，坚果和坚果黄油都含有草酸盐。你体内如果没有那些能够将草酸盐代谢成无害物质的微生物，那么这些含草酸盐的食物对你来说就可能是有害的。

换句话说，像菠菜这样的“健康食品”实际上对这类人来说并不健康。同理，食品中的多酚通常被认为非常健康，但对某些人来说也不一定合适。

11. 如果可能，选择自然分娩

婴儿出生时会获得第一批微生物。当婴儿通过阴道出生时，其最初的微生物与母亲的阴道相似。通过剖腹产出生的婴儿，其微生物组中有来自母亲的皮肤微生物，这与以后生活中某些疾病的高风险相关。

当然有些危急时刻，剖腹产是必须的。这里要表达的是：阴道分娩对建立强大的健康微生物群很重要。当然，研究人员寻找能够抵消剖腹产负面影响的解决方案也很重要。

12. 母乳喂养超过配方

母乳喂养有助于婴儿的微生物群的构建，并奠定坚实的基础。有趣的是，母乳中含有人乳低聚糖，科学家最初认为这是没用的，因为婴儿无法消化它们。现在我们知道它们是专门用来滋养微生物的。

毫无疑问，肠道微生物群几乎在您健康的各个方面都可以发挥作用。这意味着我们必须开始照顾微生物群。

04

结 语

疫情面前首先要遵循国家预防COVID-19的指导方针：出门戴上口罩，避免聚众，勤洗手，避免触摸脸部，以减少感染病毒的机会。

同时，通过增强免疫系统从内部增强防御能力。而一个健康的肠道微生物组不仅能对冠状病毒等传染性病原体做出反应，而且还有助于防止潜在的具有危险性的过度免疫反应。

适当选择合适的措施，科学改善肠道健康。也许在防新冠的同时，也悄悄预防了某些慢性疾病的发生。

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附录一： 粪便颜色和性状

你吃的食物会影响大便的颜色。例如，如果你正在吃很多深绿色的多叶蔬菜，则您的大便可能看起来有点绿色。根据你的便便，需要注意以下几点：

浅色便便

如果您发现浅色的，几乎是粘土或黄棕色的便便，则可能是粪便中脂肪浓度较高的迹象。这可能与胆囊，肝脏或胰腺的炎症有关。它也可能与胆汁释放不足有关，胆汁用于帮助饮食中的脂肪处理。

黑色便便/红色便便

假如你最近没有吃过几份黑甘草或蓝莓、黑莓或甜菜等深色食物，则可能表明肠道出血。这可能是由多种不同的原因引起的：直肠或肛门出血，胃壁肿胀，食物或消化系统中附着的异物或癌症迹象。尽管原因可能有所不同，但如果您发现粪便中有血迹，最好咨询医生。

通常，健康的排便应该呈现出自然的棕色阴影。但是，大便的形状也可能表示饮食或健康状况下降。

附录二： 粪便形状和大小

比较便便的最简单方法之一就是查阅“布里斯托尔粪便图表”，这是一种易于理解的图表，可帮助您直观地观察便便的变化。该图表已在全国各地的医生办公室使用，可以通过描绘您可能遇到的7种不同类型的粪便，可靠地帮助您评估消化过程中健康指标的普遍差距。

便秘（1-2型）

类型1：单独的硬块

如果您发现肠蠕动似乎很小，粪便呈硬块状，很可能是您患有严重的便秘。这可能是由于脱水或低纤维饮食引起的。许多不同的药物也会引起便秘，与医生讨论如何减轻便秘症状可能会有所帮助。

类型2：香肠状但块状

比严重的症状好一级，但很可能您仍在遭受轻度的便秘。大便比小肿块大是一个明显的指标，表明您已接近足够的水分，但仍有改善的空间。增加运动量，水分摄入和吃富含纤维的食物可能会改善粪便的硬度，并有助于调节肠蠕动。

普通（3-4型）

类型3：香肠形但有裂纹

定期排便的一个很好的例子，可以保持其形状并易于通过。这表明您的饮食相对稳定，消化过程相当正常。

类型4：像香肠或蛇

理想的例子：易于通过并保持其形态。最佳排便。

可能表明腹泻（5-7型）

类型5：柔和的斑点

随着大便开始软化，这可能是营养吸收不良，消化道中气体过多或大便中脂肪浓度升高的迹象。如果持续存在，也可能是胃肠道感染或胰腺炎的征兆。它本身可能并不重要，但是如果同时有任何其他症状，寻求专业医护人员可能会有所帮助。

类型6：蓬松的碎片

在这种情况下，这可能是食物不耐受或过敏的迹象。此外，如果您正受到胃部感染或在使用通便药的情况下，可能会遇到这种糊状的大便。

近期服用抗生素也可能导致大便稀疏。如果症状持续，请寻求专业帮助。

类型7：水状，无固体碎片

腹泻的经典症状会对您的健康造成严重影响，并增加您脱水的风险。这不是正常的大便，长时间的剧烈腹泻不只是令人不舒服，还可能是有害的迹象。

腹泻表明您的消化系统正在排斥某些东西，并且可能与您可能遇到的细菌或寄生虫或病毒或近期旅行相关。此外，长期症状可能提示其他疾病，例如肠易激综合症，克罗恩氏病或其他消化系统疾病。如果您长时间腹泻，请立即就医。

相关阅读：

关于微生物群与胰腺癌，你想知道的都在这里

【部分参考文献】

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肠道微生物群与心血管疾病：机遇与挑战

冠状动脉疾病是世界范围内最常见的健康问题，也是导致发病率和死亡率的主要原因。肠道菌群在人类新陈代谢、免疫力等方面扮演重要角色，与冠状动脉疾病之间也存在相关性。

 本 文 要 点

1、肠道微生物群与CAD发展之间的因果关系尚未得到证实。

2、必须通过微生物代谢产物和与免疫系统的相互作用，了解肠道微生物群与CAD发展之间潜在的直接和间接因果关系。

3、动态因素包括我们的饮食和人口因素，如年龄、性别和种族，也会影响我们的肠道微生物群和CAD的发展，并使这一问题复杂化。

4、需要跨学科的方法来揭示肠道微生物群的调节所涉及的因素及其与CAD发展的关系。

5、阐明系统层面的多方面因素参与微生物介导的机制和人类健康与疾病，可以进一步指导新的预防和治疗CAD的干预措施。

01

冠状动脉疾病是什么

高血清胆固醇（高胆固醇血症）是最常见的心血管疾病（简称CVD，下同）的危险因素，称为冠状动脉疾病（简称CAD，下同）。

动脉壁内胆固醇沉积（斑块）的累积可导致动脉粥样硬化。

高胆固醇血症可能有遗传来源，并影响主要负责体内胆固醇稳态的身体功能，包括从头合成、肝脏分解代谢和胆汁分泌，以及肠道吸收。

胆固醇的来源

人体内的胆固醇来源于两种来源，在肝脏中从头合成，或通过饮食和富含胆固醇的食物进入人体。人体内大约四分之一的胆固醇来自膳食摄入（外源性），其余的是通过甲羟戊酸途径从头合成（内源性）。

冠状动脉疾病的形成

体内合成的胆固醇分为高密度脂蛋白胆固醇（简称HDL，下同）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL），后者可进入循环系统，成为冠状动脉疾病的重要标志。

我们看看LDL如果多了会发生什么：

可以看到它聚积在动脉壁动脉，随着时间的推移脂肪沉积形成斑块，使动脉狭窄。

高密度脂蛋白胆固醇与CAD呈负相关，也就是说它在阻止CAD的形成。通过发挥抗炎和抗氧化作用以及促进反向胆固醇转运（RCT）而具有抗动脉粥样硬化的功能，RCT可以消除低密度脂蛋白胆固醇。

然而，在炎症、糖尿病和氧化应激等条件下，高密度脂蛋白可能会失去其抗动脉粥样硬化特性，并成为促动脉粥样硬化（功能失调）物质。此外，低密度脂蛋白胆固醇升高是冠状动脉疾病的危险因素，这可能是由于巨噬细胞摄取低密度脂蛋白胆固醇颗粒导致泡沫细胞和动脉粥样硬化。

肠腔在控制体内胆固醇平衡方面起着重要作用，并通过胆固醇吸收负责外源性摄入。管腔内胆固醇可以来自不同的来源，主要来源于（i）我们的饮食，（ii）通过肝胆途径的胆汁，（iii）通过经肠胆固醇流出途径的新胆固醇。

图1  腔内胆固醇的外源性和内源性来源

在肝脏中，胆固醇被代谢成胆汁酸，并通过肝胆途径分泌到胆汁中，其中ATP结合盒转运体G5/ATP结合盒转运体G8（ABCG5/G8）在胆固醇从肝细胞流出到胆汁中起关键作用。

TICE是肝胆通路的另一种途径，血液中的胆固醇可以通过低密度脂蛋白受体（LDL-R）直接进入肠细胞，并通过ABCG5/G8和ATP结合盒转运体B1（ABCB1a/b）进入肠腔。

然后，肠腔中的胆固醇通过Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）被吸收到肠细胞中，并与乳糜微粒结合进入循环系统，或者被肠道微生物群还原为低吸收的粪烷醇（5B胆固醇-3B-ol），大部分排出体外。

其他因素影响胆固醇平衡和CAD发展

除了体内多种胆固醇来源的复杂相互作用外，还有许多其他因素可以影响胆固醇平衡和CAD的发展，包括肠道微生物群。

到目前为止，已经有人认为肠道微生物群的改变与代谢紊乱如肥胖、糖尿病和心血管疾病（与年龄、性别和宿主遗传学无关），包括动脉粥样硬化、血脂异常、高血压和心力衰竭之间的关系。

这种联系可以通过直接（通过代谢物）和间接途径（通过免疫系统）实现。

肠道微生物群在维持宿主健康方面发挥着多重关键作用，包括帮助宿主获得营养和能量、肠上皮内稳态、药物代谢和毒性、免疫系统反应以及抵御病原体。

微生物代谢产物影响

这些微生物还可以产生微生物产物，如尿毒症毒素、胆汁酸、氧化三甲胺（TMAO）、短链脂肪酸（SCFA）、脂多糖（LPS）、一氧化氮、维生素K、维生素B复合物、肠道激素和神经递质，它们可以改变宿主的新陈代谢和在健康和疾病状态下影响身体功能。例如，对动脉粥样硬化的易感性已经被证明可以通过小鼠模型中的微生物群移植进行转移。

迄今为止，许多传染源与动脉粥样硬化有关，包括幽门螺杆菌、巨细胞病毒、丙型肝炎病毒、肺炎衣原体和牙龈卟啉单胞菌。

Mitra等人的一项研究结果表明，在有症状和无症状的动脉粥样硬化斑块之间，微生物群表现出差异，无症状斑块有更多的宿主微生物群，包括卟啉单胞菌科、拟杆菌科、微球菌科和链球菌科。与此相反，有动脉粥样硬化斑块中含有越来越多的致病菌，包括螺旋杆菌科、奈瑟菌科和Thiotrichacaea.

此外，由于肠道微生物群整体状态的破坏而导致的肠道微生物群失调与炎症的增加有关，炎症与动脉粥样硬化的发展有关。

肠道菌群与高血压、心力衰竭、中风等有关

最近，肠道微生物群及其代谢产物的改变也与高血压和血管功能障碍有关。心力衰竭还与特定的肠道微生物种类有关，如增加的大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、病毒性链球菌等。

一项研究表明，有症状的中风和短暂性脑缺血发作患者的肠道微生物群发生了改变，增加了机会致病菌，包括肠杆菌、巨球菌、Oscillibacter和脱硫弧菌。

此外，肠道微生物群有能力导致血脂成分的实质性变化，从而影响冠状动脉疾病的发展。例如，厚壁菌如罗伊氏乳杆菌与高密度脂蛋白相关，而Eggerthella属与低密度脂蛋白相关。

目前，肠道微生物群与CAD发展之间的因果关系尚不清楚，因为许多其他人口因素，如年龄、性别和种族，不仅会影响肠道微生物群和胆固醇水平，而且还会影响我们的饮食，这是影响肠道微生物群和全身胆固醇水平的另一个组成部分。因此，体内胆固醇的调节是一个复杂的机制，其中的各种因素在一个多方面的系统中交织在一起。

图2 CAD发展中涉及的多方面机制

肠道微生物群可以直接（通过代谢物）和间接（通过免疫系统）导致CAD。

因此，需要进一步的研究，以了解潜在的机制，并确定哪些微生物菌株或其代谢物负责CAD的发展。

接着，将通过直接和间接途径探讨肠道微生物群的动态因素及其对高胆固醇血症和冠状动脉疾病发展的影响。

02

肠道菌群对CAD的直接影响

肠道微生物可以通过代谢产物如胆汁酸、粪甾醇、短链脂肪酸和三甲胺-N氧化物的产生直接影响高胆固醇血症和CAD的发育。

胆汁酸调节

肠道微生物可以影响肝脏胆固醇代谢的调节，并在改变胆汁酸中发挥作用，从而影响全身胆固醇水平（图3）。

图3  影响CAD的多方面机制

肠腔胆固醇和饮食的外源性和内源性来源，以及影响免疫系统和CAD发育的肠道微生物机制。

胆汁酸由限速酶胆固醇7-α-羟化酶(CYP7A1)形成，是肝脏中胆固醇的主要代谢产物，有助于脂肪、营养物质和亲脂维生素的吸收，也有助于调节脂质、葡萄糖和能量代谢。

初级胆汁酸

初级胆汁酸与氨基酸、牛磺酸或甘氨酸结合形成胆汁盐，分泌到胆汁中并储存在胆囊中，直到它们释放到小肠，在小肠中乳化脂肪并形成胶束，这些胶束被吸收到肠细胞中。

在肠道中，初级胆汁酸，如胆酸(Ca)和鹅去氧胆酸(CDCA)被肠道微生物和胆盐水解酶(BS H)去结合，形成次级胆汁酸，包括脱氧胆酸(DCA)、石胆酸(LCA)和熊去氧胆酸(UDCA)。

胆固醇水平如何升高

腔内所有共轭和未结合的胆汁酸可被重新吸收（95%）并转运回肝脏，但UDCA和LCA除外，它们大多在粪便中排出。肠道内胆汁酸等信号分子也能激活核受体法尼样X受体（FXR）和膜G蛋白偶联的胆汁酸受体Gpbar-1（aka TGR5）。通过这一机制，胆汁酸可以下调胆汁酸的合成，从而导致胆固醇水平升高。

胆汁酸激活FXR的顺序为CDCA>DCA>LCA>CA，FXR可诱导成纤维细胞生长因子19（FGF19）激活成纤维细胞生长因子受体4（FGFR4），抑制CYP7A1下调胆汁酸合成。

FXR还可以通过增加ATP结合盒B亚家族成员11（ABCB11）的表达，减少肝细胞对胆汁酸的摄取，增加胆汁酸的分泌。

原发性和继发性胆汁酸比值可能与高胆固醇血症和CAD的发生有关。例如，在Myerhofer等人的一项研究中，心力衰竭患者的血浆原发胆汁酸减少，继发胆汁酸与原发胆汁酸的比例更高，胆汁酸也可以通过以下途径在心血管功能中发挥作用。

肠道菌群调节胆汁酸比率

通过调节心房和心室心肌细胞的通道传导和钙动力学及调节血管张力来降低心率。此外，研究人员还提出，肠道微生物群调节胆汁酸比率，如果不平衡和处于不健康状态，可能导致继发胆汁酸减少，从而增加初级胆汁酸，如CDCA，激活FXR，降低胆汁酸生成，从而增加胆固醇和CAD的发展。因此，肠道微生物群及其相关的潜在机制需要进一步研究。

粪甾醇生产

某些肠道微生物群长期以来一直被认为具有将可吸收胆固醇转化为粪甾醇的能力，这是一种还原的不可吸收粪甾醇，可在粪便中排出。

人体内的粪甾醇的产生开始于生命第一年的后半段，并依赖于性别，年轻女性比年轻男性具有较高的转化能力。

此外，目前认为，人类群体中微生物胆固醇到粪甾醇的转化率是双峰的，高转化率显示几乎完全的胆固醇转化，而低转化率显示粪甾醇含量不到粪便中性固醇含量的三分之一。

迄今为止，分离出的降胆固醇菌株仅限于真杆菌属和拟杆菌属，但仍有许多有待发现。

使用动物模型，口服E. coprostanoligenes导致饮食诱导的高胆固醇血症兔的血浆胆固醇浓度显著降低，并在最后一次细菌喂养后持续至少34 天。

对于人体模型，已经有许多关于肠道胆固醇代谢的研究，并且已经提出了人类血清胆固醇与人类粪便中粪烷醇/胆固醇比率之与粪便中粪甾醇/胆固醇的比值呈反比。

然而，这些研究采用了非常小的样本量，样本群体的变化有限，缺乏不同的人口背景，包括未能成功地分离出导致粪甾醇/胆固醇转化的特定微生物菌株。此外，参与胆固醇在肠道内转化为粪甾醇的基因或酶仍然未知。

短链脂肪酸生产

SCFAs是一种微生物衍生的代谢物，由复杂的碳水化合物发酵形成，影响宿主的一系列过程，如宿主微生物信号、能量利用和结肠pH的控制，从而影响微生物群的组成和肠道运动。我们在前面的文章中也多次提到短链脂肪酸主要有乙酸、丙酸和丁酸。

拟杆菌门可以产生乙酸、丙酸，厚壁菌门可以产生丁酸。SCFAs与Alistipes putredinis、拟杆菌、罗斯氏菌（产丁酸盐的菌）、直肠真杆菌和普氏粪杆菌 呈正相关。

此外，它们通过调节紧密连接蛋白的表达，在维持肠屏障完整性方面起着不可分割的作用。

SCFAs还可以通过阻止胆固醇合成和/或将其转移到肝脏来降低血脂水平；因此，它们被认为是CAD发展中的一个保护因素。

在某些CAD患者和高血压患者的肠道失调中，通过激活G蛋白偶联受体41（GPR41），产生SCFA的细菌也减少了。因此，他们在体内的作用和目标需要进一步的研究。

三甲胺-N-氧化物（TMAO）生产

膳食胆碱、甜菜碱、磷脂酰胆碱、卵磷脂和左旋肉碱参与了TMAO的产生，TMAO是冠状动脉疾病发展的危险因素。

平时我们吃的包括红肉、鸡蛋、鱼、芸苔类蔬菜、花生和大豆等都有这种TMAO。

TMAO升高带来风险

具体来说，TMAO水平的升高与死亡和非致命性心肌梗死或中风的风险增加有关。肠道微生物通过(A)胆碱的产生和(B)中间分子三甲胺(TMA)的产生也在TMAO的产生中起作用。

最近才发现肠道微生物通过磷脂酶D(PLD)酶产生胆碱的能力。微生物介导的TMA分子可以进入宿主循环并进入肝细胞，在那里它被含黄素单加氧酶(FMO)代谢为TMAO，该酶由肝脏、肾脏和其他组织中的FMO基因编码。

高TMAO的产生会影响脂质，并导致43%的CAD风险，因为胆固醇转运的减少和胆汁酸运输、组成和细胞池大小的改变。TMAO还与C-反应蛋白(CRP)和内皮功能障碍有关，在肠道通透性增加的情况下，与LPS内毒素水平升高有关。此外，它还会导致钙的释放和血小板的高反应性，从而影响CAD。

与TMAO产生的有关菌群

肠道微生物群对TMAO的产生有重要影响。 健康人体内有大量产生TMAO的菌群，厚壁菌门与拟杆菌门的比例为2:1。在覆盖36个物种的102个基因组中发现了TMA的产生，TMA的产生者包括厚壁菌门，变形菌门，放线菌门，在拟杆菌门中不存在。

一项研究发现，来自于厚壁菌门和变形菌门的8种细菌，为生产TMA消耗了60%的胆碱，分别是：

产氢厌氧菌、天冬酰胺梭菌、C. hathawayi, 

C. sporogenes, Escherichia fergusonii, 

Proteus penneri, Providencia rettgeri, Edwardsiella tarda.

其他与高TMAO产生相关的肠道微生物包括：

阿克曼菌、孢子杆菌、普雷沃菌和瘤胃球菌，它们与动脉粥样硬化性冠心病相关。 

因此，代谢物包括胆碱、TMA和甜菜碱可以帮助预测CAD的发展。 例如，益生菌或药理学干预可以用来抑制或阻断特定的微生物代谢途径，以减少产生TMAO的微生物。

03

肠道菌群对CAD的间接影响

肠道微生物也可以通过间接途径导致CAD的发展，如操纵我们的免疫系统。

动脉粥样硬化是由动脉粥样硬化血栓形成引起的一种慢性炎症性疾病，在这种疾病中：

(A)表面侵蚀可导致血栓形成

(B)细胞因子损伤的斑块破裂，从而导致暴露的凝血系统，导致血流抑制并诱导CAD。

因此，炎症引起的巨噬细胞和免疫系统与CAD有关。例如，最近高白细胞(WBC)计数被认为是CAD发展的危险因素。

此外，一项研究确定IL-22途径可作为代谢性疾病治疗干预的新靶点，因为IL-22能提高胰岛素敏感性，保护肠粘膜屏障和内分泌功能，减少内毒素血症和慢性炎症，调节肝脏和脂肪组织的脂质代谢。

在我们体内，氧化低密度脂蛋白(oxLDL)也可以通过激活内皮细胞、巨噬细胞和T细胞来发挥促动脉粥样硬化和促炎症作用。

巨噬细胞可吞噬oxLDL，导致炎性细胞因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、IL-6、IL-18、IL-37和泡沫细胞，从而加重CAD。

TNF-α还通过激活蛋白激酶c(PKC)参与包括糖尿病在内的CAD危险因素，PKC增加胰岛素受体底物的磷酸化，导致其失活。

T细胞还可导致促炎细胞因子IL-2、IL-12和干扰素γ(I FN-γ)，这与动脉僵硬有关。 泡沫细胞、T细胞和巨噬细胞一起会导致出现脂肪条纹，从而促进CAD的发展。

肠道菌群群落结构影响免疫系统

肠道微生物群的群落结构可以极大地影响我们的免疫系统。 例如，肠道微生物群的低基因计数(LGC)与高WBC计数有关，正如前面所说的，这是CAD的危险因素。 在我们的肠道微生物群中，Lactobacillus reuteri 的存在与高WBC计数有明确的联系。

低基因计数的个体患有代谢紊乱，导致脂蛋白异常和促炎状态，这可能导致CAD。 LGC也与高的CRP水平相关，而与高CRP水平相关的则是低Oscillibacter、粪便杆菌 和瘤胃球菌。

类似于TLRs的模式识别受体(PRRS)在肠道中的表达也受到肠道细菌的调节，这些细菌帮助宿主通过病原体相关的分子模式(PAMP)和共生细菌在病原体之间导航，以及激活免疫感觉细胞。

此外，我们的菌群会影响调节性T细胞(Treg)，它们的减少会加剧感染结果，增加自身免疫性疾病、过敏和癌症的风险。例如，Prevotella可以通过Toll样受体2(TLR2)激活介导炎症反应，从而导致炎症和细胞17(Th17)免疫反应。

心肌炎

心肌炎（一种炎症性心脏病）进展为致死性心肌病，可能依赖于肌球蛋白特异性Th17细胞在肠道中由半乳糖苷酶模拟肽共同作用于多形拟杆菌和粪杆菌，可促进炎症性心肌病的发生。

梭菌簇IV增强Treg细胞丰度，并导致抗炎分子的产生。因此，TLR2与CAD发病机制有关。

NOD/CAD是另一类PRRS，通过激活炎症细胞因子和/或激活免疫系统转录因子NF-κb来识别应激反应并激活炎症半胱氨酸蛋白酶，从而产生炎症分子。

肠漏也会导致肠道微生物衍生成分如PAMP的易位，包括LPS，从而导致促炎细胞因子的产生。

SCFA既能抗炎也能导致炎症

肠道微生物代谢物，如SCFA，也可以影响免疫系统，通过激活G蛋白偶联受体41(GPR41)、GPR43和GPR109A，通过诱导由叉头盒P3(Foxp3)启动子控制的Treg细胞，发挥抗炎作用。

此外，它们还能产生抗炎的肠道激素，如胰高血糖素样肽1(GLP-1)。 虽然SCFAs有许多积极的作用，但它们的产生也可以通过激活Toll样受体4(TLR4)来改变细菌平衡并导致炎症。因此，它们在免疫系统中的作用有待进一步研究。

TMAO激活炎症小体影响免疫系统

肠道微生物衍生的TMAO也可以通过激活TXNIP-NLRP3炎症小体影响我们的免疫系统，导致炎症标记物如TNF-α、IL-6、IL-18和IL-1B的表达，这些炎症标记物可以通过产生胆固醇填充的泡沫巨噬细胞促进动脉斑块的形成，最终导致CAD。

TMAO还能促进PKC/NF-κb激活，促进血管细胞黏附分子1（VCAM-1）的表达和单核细胞的黏附。 除了影响高密度脂蛋白胆固醇和抗炎特性外，肠道微生物及其相关代谢物还可以通过非炎症诱导途径影响免疫系统。

胆汁酸抑制NF-κb转录

初级（肠道菌群解偶联）和次级胆汁酸，例如，可以通过FXR和TGR5受体抑制促炎细胞因子的NF-κb转录。激活TGR5也能保护LPS诱导的炎症和动脉粥样硬化。

细胞因子如IL-10的积极作用

此外，某些细胞因子，如IL-10，可以产生积极的作用，如通过诱导RCT增加动脉粥样硬化病变中乙酰化和oxLDL的摄取和流出，从而降低小鼠血清胆固醇和动脉粥样硬化斑块。

这种细胞因子还可以通过增强肝脏驻留的Kupffer细胞的吞噬作用来降低总胆固醇。 这些细胞代表体内80%-90%的巨噬细胞，可能是治疗的新靶点。

剖析免疫系统和代谢系统之间的复杂相互作用，将有助于深入了解CAD的生物学基础，以及当前和未来的治疗方法如何影响代谢。

饮食影响整个系统

如前所述，我们身体胆固醇的四分之一来自饮食摄入。 这导致了关于饮食胆固醇是否会影响CAD发展的越来越多的争论。 

我们的饮食可以通过直接食用富含胆固醇的食物和间接地通过改变肠道微生物及其群落结构、胆汁酸的产生、粪甾醇的产生、SCFA的产生和TMAO的产生来影响胆固醇的调节和CAD的发展，从而使问题复杂化。例如，地中海饮食引起的肠道微生物群的有益修饰已被证明能改善肥胖、炎症、CAD和其他相关代谢改变。

图4  微生物群、饮食和CAD

饮食通过食用富含胆固醇的食物直接或间接地影响胆固醇水平和CAD的发展，影响免疫系统，并导致肠道微生物群及其代谢产物如胆汁酸、黄连醇、短链脂肪酸和TMAO的调节。

这种饮食更加强调水果、蔬菜和豆类，并且与增加SCFA水平有关。此外，饮食可以通过改变与胆固醇有关的炎症反应来影响免疫系统调控和CAD发展。

一项结果表明，高盐摄入会影响肠道微生物群，特别是通过消耗鼠李糖乳酸菌和增加Th17细胞和高血压。补充L.Murinus 可以抑制Th17的激活，改善高血压。

此外，与高饱和脂肪组成的饮食相比，由高不饱和脂肪组成的西方饮食可导致拟杆菌增多、厚壁菌和Bilophila wadsworthia（亚硫酸盐还原微生物）减少，而由高饱和脂肪组成的饮食可导致LDL胆固醇和B.Wadsworthia菌增加，这种菌与血脂异常和炎症增加有关。

高蛋白和高脂肪饮食也与瘤胃球菌的增加和拟杆菌、梭状芽孢杆菌、双歧杆菌、直肠杆菌、赤霉菌的减少有关，并增加粪便中的胆汁酸浓度，包括DCA浓度的升高，这可能导致肝癌。

此外，这些饮食可以激活与炎症反应相关的TLR4，如促炎细胞因子、Th1、CD4和T细胞，从而导致Treg细胞的下调。在高脂饮食诱导的糖尿病中，来自肠道的细菌被转移到组织和血液中，这取决于CD14和NOD1。

通过益生菌逆转

然而，这种菌血症可以通过益生菌（双歧杆菌）逆转，这可以减少糖尿病期间细菌、脂肪组织和炎症的粘附和移位。

在另一项研究中，益生菌给药干酪乳杆菌可减少细菌易位，并通过增加Clostridium coccoides, C. leptum 和总乳酸杆菌来改变肠道微生物群。与纯素相比，杂食动物产生更多的TMAO，高纤维饮食导致更高的SCFA和增加肠道菌群多样性。

饮食影响人体胆固醇的概念是一个持续的争论，需要进一步研究。尽管许多研究表明高饮食胆固醇与CAD之间存在直接关系，但其他研究表明饮食中胆固醇的临床影响在疾病发展中可能很小或可忽略不计。

这场争论可能是由于对胆固醇水平管理中涉及的身体系统机制缺乏了解，以及由于人群和环境因素而异的正常肠道菌群所致。

饮食的抗炎作用

我们的饮食也可以通过与转录因子NF-κB和PPAR-Y相互作用的omega-2（n-3）多不饱和脂肪酸产生抗炎作用，下调促炎基因，抑制TLR4的激活，从而产生抗炎反应。例如，我们饮食中的花青素（如蓝莓）是一种抗氧化剂，可以通过增加其多样性影响肠道微生物群，从而减少炎症反应。

益生菌和益生元也被深入研究，并证明通过增强肠道屏障、调节免疫功能和预防致病性感染来改善肠道环境。它们与炎症减少和SCFA、拟杆菌、双歧杆菌和厚壁菌减少有关。口服益生菌甚至可以降低22-33%的胆固醇，这是由于BSH的活性。

例如，益生菌乳酸杆菌和双歧杆菌可以通过（a）增加胆固醇对从头合成胆汁酸的需求，或（b）降低胆固醇溶解度并减少其吸收，从而解除胆汁酸的结合并增加排泄。

尽管益生菌和益生元越来越受欢迎，但关于它们可能对健康和疾病产生的特定免疫和生理影响的问题仍然存在，因此需要进一步研究。

微生物群、人口因素和CAD

在精确医学时代，一个关键的挑战是弥合人口统计学因素、肠道微生物组成和心血管系统病理生理学之间相互作用的知识差距。

除了男性和女性之间的环境和社会差异（如职业危害、生活方式、社会压力和获得医疗保健）外，在疾病发展、性染色体和性激素方面的差异也会导致CAD患者的性别差异。更具体地说，最近已经显示了血脂和脂蛋白代谢的性别差异，以及针对血脂异常的性别特异性考虑因素。

尽管CAD被认为是一种“男性疾病”，但越来越多的证据也显示了CADs在女性中的重要性，并提高了在CADs的发生、诊断、治疗和预后方面性别相关差异的认识。

例如，女性在生命后期更容易患上这种疾病。 这可能是由于激素和更年期的变化，这可能会影响胆固醇的比率，随着雌激素的停止产生，脂蛋白向低密度脂蛋白转移，并远离高密度脂蛋白胆固醇的女性。

性别差异也与肠道微生物群的整体结构有关

正如前面所讨论的，这与CAD的发展有关。 例如，在一项研究中，分别在男性和女性中发现普氏菌属、巨单胞菌属、梭杆菌属、巨球型菌属、双歧杆菌属、瘤胃球菌属和阿克曼菌属的显著增加。

然而，男性和女性在微生物多样性方面没有显著差异。基于性别和性别相关的肠道微生物组成和CAD发展差异的研究仍然很少，需要在数量和深度上进行扩展。

种族差异影响高胆固醇血症和CAD发展

种族差异，虽然在研究中经常被忽视，但已知影响高胆固醇血症和CAD的发展。 种族差异可以捕捉来自社会、经济和文化差异、人类遗传变异、生物地理祖先差异以及生活方式和饮食差异的生物变异。

包括吸烟、血压、肥胖和胆固醇在内的CAD发展的危险因素也可能在不同的种族群体中有所不同，导致某些群体的CAD发病较早，预后较差。例如：

南亚人是一个高风险族裔群体，他们的体育活动率较低。

居住在美国的非裔美国人也有更高的CAD发展风险，这可能是由于生活方式、环境因素和社会经济因素。非裔美国人有相对较高的糖、较高的钠和较低的钾含量的饮食，这会导致更高的血压。

此外，种族和饮食差异与微生物组成和丰度的变化有关，甚至与肠道微生物群的变化相关性比遗传、年龄、性别和BMI等其他因素更强烈。例如，对健康个体中农村和城市地区微生物群的比较研究报告显示，与美国和欧洲的人口相比，居住在非西部和/或农村地区的人口具有更高的菌群多样性。

在Deschasaux等人的另一项研究中，在荷兰人口中观察到较高的肠道微生物群多样性，在南亚的肠道微生物多样性最小，加纳人、土耳其人和非洲人在中间。 在荷兰人群中也观察到了厚壁菌增多，拟杆菌减少。而在南亚人群中观察到了放线菌增多。

人口因素之间的相互作用，如性别、年龄和种族，以及它们与我们的饮食、肠道微生物组成和CAD发展的联系，说明了我们身体因素在健康和疾病状态中的复杂性。 因此，需要更多的研究努力来理解这些因素涉及肠道微生物群的变化和CAD的发展。

图5  微生物群、老化和CAD

与全身炎症和不良健康结果相关的衰老机制。

身体中的胆固醇也会受到自然衰老过程的影响，这是一个无法控制的危险因素，会导致全身胆固醇代谢失调（图5)。到2030年，预计将有10亿人超过65岁。一般来说，衰老过程与心脏结构和功能的逐渐恶化有关，以及促进CAD发展。此外，通过衰老过程，LDL胆固醇水平可以增加，HDL胆固醇水平可以降低，这可能导致CAD的发展速度增加。

衰老过程引起的其他因素包括降低CYP7A1酶活性（减少胆汁酸合成的调节）、降低肝脏LDL胆固醇受体(降低LDL胆固醇清除率)和增加NPC1L1（胆固醇吸收介质）。衰老还影响肠道微生物群落，因为疾病的积累，饮食的变化，运动和行动能力的减少，以及某些药物的使用。然而，也有相反的发现表明不同年龄组参与者的肠道微生物结构没有显著差异。

总的来说，衰老与肠道失调增加有关，与肠道微生物多样性呈负相关。还有，参与SCFA生产的基因数量也随着年龄的增长而降低。 衰老影响免疫系统，全身炎症是衰老的标志之一，也是许多年龄相关疾病(包括CAD、糖尿病和癌症)风险增加的原因之一。

此外，衰老是由一个正反馈回路调节的，其中老年人的慢性全身炎症与发展和年龄相关的疾病有关，然后通过这些条件也导致炎症反应的增加。 由于这些原因，在精确的时代，包括年龄、性别和种族等人口因素的研究是有必要的。

精准医疗中的微生物群

目前，许多技术可以用来分析肠道微生物群与人类免疫学、神经学和内分泌学的关系。 由于这种关联及其在精确医学中的潜力，人类微生物群正在被广泛研究，作为粪便微生物移植、益生菌和益生菌的治疗靶点。.

尽管如此，对于大多数疾病，机械洞察力和翻译应用仍然很少。 人体微生物群在组成和空间上是动态变化的，微生物群个体内和个体间的变化可以通过药物的直接生物转化或微生物与宿主免疫系统的相互作用等间接机制影响药物的疗效和副作用分布。在此讨论了多种新出现的策略，以精确操作复杂的微生物群落，以改善心血管病的治疗结果。

预计在未来将朝着包含人类和微生物基因组以及它们的综合代谢活动的精确医学的包容性观点积极转变。

微生物群与药物治疗

目前治疗高胆固醇血症和CAD的方法包括能有效降低胆固醇水平的药物，并用于治疗高胆固醇血症和CAD预防。

他汀类药物可通过影响胆固醇合成中的限速酶达到疗效

羟甲基戊酰辅酶a(HMG-CoA)还原酶抑制剂，又称他汀类药物，可影响胆固醇合成中的限速酶，并已彻底改变了高胆固醇血症的治疗方法。在各种研究中，这类药物已被证明了显著降低总胆固醇、LDL胆固醇和甘油三酯的能力，并使HDL胆固醇增加18%、25%、11%和5%。

尽管他汀具有疗效，但它们对非LDL胆固醇的影响是有限的；因此，其他针对非LDL胆固醇的药物可能补充他汀类药物以降低心血管风险。例如，依泽替米贝是另一种降低LDL胆固醇的药物，它通过阻断NPC1L1来减少饮食和胆汁胆固醇的肠道吸收，从而降低LDL胆固醇。在一项随机对照的人类试验中，Ezetimibe（10毫克/天）与安慰剂相比，胆固醇吸收减少54%，总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇分别减少15%和20%。

药物副作用

虽然许多药物可以降低胆固醇，但它们往往是次优的，昂贵的，并带来许多不必要的副作用。例如，他汀类药物与骨骼肌、代谢和神经效应以及其他可能的副作用有关。他汀类药物治疗的停止也与心血管预后不良有关。此外，Ezetimibe还表现为肝脏内源性胆固醇合成的代偿性反馈上调，并可增加TICE，从而导致血清胆固醇升高。抑制肝NPC1L1还可提高胆汁中胆固醇饱和指数，并有可能导致胆结石。因此，虽然这些常规治疗提高了许多患者的生活质量和预后，但CAD和高胆固醇血症仍然是一种进行性疾病（注：进行性疾病是指症状不断加重、患者状况不断恶化的疾病。）。

另一个挑战是肠道微生物群可以通过干扰药物的药代动力学或药效学直接和间接地影响药物。例如，辛伐他汀、罗舒伐他汀和阿托伐他汀（3种常用的他汀类药物）显示了肠道微生物群调节的证据。 代谢物如胆汁酸，也可以影响药物的药代动力学，通过竞争药物运输机制跨越肠腔，或通过影响肝脏的摄取。 进一步研究肠道微生物群参与CVD和药物反应的分子机制将改善CVD患者的预后，并朝着微生物精确医学的方向发展。

接下来将提出纳米技术在揭示参与CAD开发的潜在机制以及针对微生物组的治疗工具方面的潜在作用。

基于微生物群和纳米医学的方法

纳米医学被美国国家卫生研究所(NIH)定义为纳米技术在控制生物系统、治疗、诊断和疾病监测方面的应用。这一新的医学分支是一个多学科的科学领域，其重点是开发至少在一个维度上位于0.1-100nm范围内的诊断和治疗纳米物体。

图6 纳米医学、微生物群和计算机辅助设计

纳米粒子在纳米医学中有许多应用，可以帮助预防、诊断和治疗CAD。利用纳米颗粒了解潜在的身体机制（即蛋白质电晕分析）、药物传递（即微生物组和代谢组靶向治疗）和清除颗粒（即对于低密度脂蛋白胆固醇调节免疫系统）可以导致一个更健康的肠道微生物群和免疫系统，从而导致更好的整体健康状态，排除CAD的发展。

纳米医学的进一步发展也可能为现代医学中许多悬而未决的问题提供解决方案，包括高胆固醇血症和CAD（图 6)。 肠道微生物群与疾病发病机制之间关系的研究已被证明是一项困难的任务，特别是在找出原因方面。纳米医学中的纳米粒子可以帮助我们理解CAD发展的潜在机制。纳米粒子在体内应用的一个有用方面是生物分子/蛋白质电晕的形成（即一层生物分子，在纳米粒子与生物流体相互作用时覆盖其表面）。

在2014年，研究人员发现不同疾病患者的蛋白质电晕分布有很大的不同，尽管传统的血浆分析显示变化可以忽略不计。这种效应被称为“疾病特异性蛋白电晕”，已在其他地方复制，并用于早期发现疾病，包括神经退行性疾病。

最近发现，使用具有不同物理化学性质的纳米粒子（即称为蛋白质电晕传感器阵列技术）可以提高蛋白质电晕疾病检测的灵敏度、特异性和预测精度。

另一种更好地分析血浆蛋白并获得有关CAD发展的有用信息的潜在方法可能是磁悬浮。 研究人员最近使用超顺磁性氧化铁纳米粒子悬浮血浆蛋白，发现悬浮血浆蛋白产生椭球图案。

机器学习和液相色谱质谱法证明有用信息

利用机器学习和液相色谱质谱方法，研究人员证明悬浮血浆蛋白的模式包含了有关血浆供体健康光谱的有用信息。这一策略对于监测肠道微生物模式与CAD之间的相互作用是非常有帮助和可行的。

先进的数据分析技术提供机会

利用先进的数据分析，可以定义蛋白质/生物分子模式，与肠道微生物剖面的变化和CAD的发生和/或进展有很强的关联。关于重要生物分子变异的作用的知识可能提供一个宝贵的机会，不仅是根据特定的肠道微生物模式早期检测CAD（这反过来又会影响血浆生物分子的组成)，但也用于开发新的治疗方法，基于肠道微生物的操作使用口腔纳米技术。

前瞻性诊断和治疗应用显示巨大潜力

目前的前瞻性诊断和治疗应用包括成像、组织工程、常规药物、蛋白质和遗传物质的传递以及清除低密度脂蛋白胆固醇。例如，肝素和壳聚糖共轭磁性纳米粒子在从血浆中去除LDL胆固醇方面显示出巨大的潜力。

纳米粒子还能调节免疫系统，并已被用于诱导抗炎作用。例如，广谱ROS清除纳米粒子已被用于小鼠研究，以有效地减少氧化应激和局部和全身炎症。

此外，壳聚糖纳米粒通过降低肠上皮单层的通透性和促炎细胞因子的分泌而诱导抗炎作用。而且，基于纳米粒子的TLR信号抑制剂已被用于减少炎症和治疗炎症性疾病。

纳米技术用于菌群调节来影响CAD发展

虽然纳米医学在CAD的诊断和治疗方面显示出相当大的和日益增长的能力，但其在调节肠道微生物群中的应用仍在研究中。 最近，研究人员提出了几种基于纳米技术的策略来控制肠道微生物的组成。通过调节肠道微生物有利于健康状态，可以直接（通过代谢物)和间接(通过免疫系统）以积极的方式影响CAD的发展。

为此，纳米粒子可用于传递与HDL增加、SCFA增加、LPs减少和促炎细胞因子减少有关的特定肠道微生物群。清除纳米粒子也可以优化(I)LDL胆固醇、(II)LPS、(III)促炎细胞因子和(IV)TMAO的摄取和去除。这些机制在预防、诊断和治疗CAD方面有很大的潜力，可用于替代目前具有各种负面副作用的药物。

然而，在设计安全有效的纳米粒子以预测和治疗CAD方面仍然存在挑战。此外，蛋白质电晕还会影响纳米载体的药物释放谱。因此，为了诊断和治疗CAD，需要进一步研究这些新的治疗平台的生物学特性。

临床微生物群研究的其他挑战

将人类肠道微生物群整合到临床设计和设置中并不是一项容易的任务，而且可能面临许多挑战。 通常，人类微生物群多年来保持稳定。尽管肠道环境中具有长期的稳定性和可塑性，但个体间变异和个体内变异是很重要的。

内部变异可能是由于婴儿过渡期（即出生胎龄、分娩类型和喂养方法）、年龄和抗生素使用等环境因素造成的。此外，肠道微生物群的变异可能是由于性别、肠型、体重指数(BMI)和生活方式、运动频率、种族、饮食和文化习惯等外部因素造成的。

这种个体间和个体内变异的研究可能会使旨在识别生物标志物和研究肠道微生物群组成和作为群体比较的功能的研究复杂化。因此，将微生物群科学纳入临床实践，可以通过考虑CVD患者的变异来确定生物标志物和治疗方法。

用于研究肠道微生物群的样本收集（即粪便样本）也会导致许多挑战，没有标准的协议和共识可用于质量保证和下游分析。例如，肠道微生物群在唾液、上消化道、下消化道和粪便样本中含有不同的微生物群落。上消化道显示孪生球菌、韦荣球菌属、奈瑟菌、梭菌、链球菌、普氏菌、假单胞菌和放线菌增加，而下消化道显示粪杆菌、瘤胃球菌和拟杆菌增加，这可能会产生方法上的挑战。

此外，粪便细菌群落的组成可能受到实验设计和收集、储存和DNA提取等程序等因素的影响。已经证明，粪便微生物群不是粘膜微生物群的代表，因此超越单一“以粪便为中心”的观点是至关重要的。 除了样本的类型外，纵向抽样可以增加对稳态的理解，但肯定会给病人带来负担。

测序技术和“组学”发展

最后，在过去的十年里，肠道微生物群研究的激增可归因于成本效益高的下一代测序(NGS)技术和人类基因组、代谢组学和蛋白质组学数据等“组学”数据的发展。NGS技术加上生物信息学的进步，彻底改变了微生物群的领域，取代了以培养为基础的方法，从而可以分析日益复杂的微生物群特征。

然而，局限性仍然存在。 例如，16SrRNA测序可以可以导致对细菌的观点是单一领域的，必须考虑生命的各个方面，包括真菌、原生动物和病毒。

宏基因组学研究可以将科学视角扩展到一个多领域的视角，但也存在局限性。 例如，由于参考数据库缺乏密切匹配，很大一部分数据无法分配功能特别是病毒数据。 因此，这些复杂的组学数据需要专门的统计模型来考虑成分、稀疏性、批效应、技术噪声、采样噪声和时空变化等因素。

解释“组学”数据也会产生挑战，因为特定肠道微生物丰度的变化可能不会被推断为对宿主有保护或有害的影响。例如，在Vandeputte等人的一项研究中，微生物的绝对数量（用定量微生物组谱测量）比经典的相对丰度谱更好，因为后者不能提供关于分类群丰度或代谢潜力变化的方向性程度的信息。

建立一个知识库，以巩固微生物群领域中不相连的知识片段，以及微生物组研究中的其他创新（包括自然语言处理，文本挖掘，分类学表示和全领域词汇标准化），可以加快理解并帮助推进因果关系。因此，为了建立肠道生态系统动力学的全球模型，需要在质量控制、方法学和使用流程方面进行进一步的研究和改进。

04

结 语

为了充分了解肠道微生物在人类健康中的作用，并指导高胆固醇血症和CAD发展的治疗干预措施，必须阐明相互关联的身体因素共同作用，影响肠道微生物群和疾病发展。

对这些复杂机制的进一步研究是阐明肠道菌群介导的机制的组成部分（例如，通过先进的纳米医学技术、数据科学以及种族和性别等因素），这反过来又可以导致更有效和高精度的基于微生物群的CAD预防和治疗方法，最终可以降低CAD的社会和经济成本。

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参考文献

Kazemian N, Mahmoudi M, Halperin F, et al. Gut microbiota and cardiovascular disease: opportunities and challenges[J]. Microbiome, 2020, 8(1): 1-17.

「哮喘」-更精细和全面的认识

哮喘是一种常见的慢性呼吸道疾病，影响着全世界3亿多人。预计到 2025 年将增加到 4 亿人。

咳嗽、胸闷、喘息、气促等

发作起来的窒息感让人崩溃

喘息是如何发生的？

当一个人没有哮喘症状时，呼吸是顺畅的，空气可以很容易进出肺部，一旦哮喘发作，肺部就发生了变化：

气道外平滑肌收紧，气道或支气管肿胀，管内粘膜开始产生粘液，粘液堆积进一步堵塞导致喘息，哮喘的征兆开始了。

哮喘带来的危险

除了咳嗽，患者会觉得呼吸困难，哮喘发作时，炎症会导致呼气比吸气更困难，肺部过度充气，人体超负荷进行肺部空气循环，各个器官和组织氧气输送量减少，甚至无法维持人体正常运作而发生危险。

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于是，人们开始积极寻找各种方式来预防或者治疗哮喘。吸入器便出现了，它可以喷雾的形式将药物传送到受感染的呼吸道，以快速缓解症状。然而，人们对哮喘的病因依然缺乏足够的了解。

目前普遍认为，出现哮喘与多种因素有关，例如遗传、环境、感染和营养因素等。

随着研究的深入，逐渐发现在生命早期就已经有了潜在危险。对哮喘的研究也逐渐渗透到更精细的层面。

01

哮喘不是一种单一的疾病

哮喘不是一种简单的疾病，具有许多表型和内型，目前，对于这些复杂致病过程的最佳理解，在于它们的二元分类：分为2型哮喘或非2型哮喘。

· 2型哮喘

临床上常见的2型哮喘有早期过敏性哮喘、晚期嗜酸性哮喘或运动性哮喘。

· 非2型哮喘

肥胖相关哮喘、中性粒细胞性哮喘和寡粒细胞性哮喘

哮喘表型和内型的示意图

内型是根据病理生理机制对哮喘进行分类，而表型是指疾病的临床和形态描述。

涉及哮喘的简化细胞机制及其与微生物的相关性

Th2细胞驱动的炎症与Th2细胞、2型固有淋巴细胞、T滤泡辅助细胞、2型B细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞结合，导致痰、支气管肺泡液体、血清和支气管活检中IL-4、IL-5、IL-9、IL-13、前列腺素D2和CCR8含量增加。

非2型炎症的特点是Th1和Th17细胞和中性粒细胞浸润，I型干扰素的存在，NLRP3炎症小体的激活，以及IL-1b和IL-17的特征。

02

健康的肺不是无菌的

人体所有表面都充满了微生物群，当然也包括上呼吸道（URT）和下呼吸道（LRT）在内。

呼吸系统的组成

人类的呼吸系统由上呼吸道（从鼻腔开始，然后是鼻咽、口咽和声带上方的喉） 和下呼吸道（一直到声带下的喉部，包括气管、支气管、细支气管和无数肺泡）组成。

而这个上呼吸道，相当于一个看门人，守护着呼吸健康。微生物群主要通过鼻咽部的微呼吸进入肺部，口咽部则更密集、分布更广。微生物也可以通过粘膜表面的扩散进入肺部。

上下呼吸道菌群

上呼吸道和下呼吸道的健康微生物群在呼吸道和整个机体内稳态的发展和维持中起着重要作用。

上呼吸道和下呼吸道的健康微生物群在呼吸道和整个机体内稳态的发展和维持中起着重要作用。

生命早期的“机会之窗”

从生命的第一天起，所有粘膜部位的微生物群都会发生动态变化，从而形成微生物群与人体之间适当的相互作用，并构成决定未来健康或疾病的关键“机会之窗”。

在出生和出生的第一天，母体阴道和皮肤的微生物群只能短暂地转移到婴儿身上，而母亲的肠道微生物群则成为婴儿在四个月大时获得的微生物群的主要来源。

由于这两种解剖结构代表了不同的环境，因此早期生活的背景下，有必要将上下呼吸道分开讨论。

从生命的第一刻起，上呼吸道就不断地暴露在外界环境及其伴随的环境中，从而形成了上呼吸道微生物群。

稳定状态下，下呼吸道菌群的瞬时特性取决于上呼吸道进入的菌群与被宿主免疫消除的菌群之间的平衡。 因此，上呼吸道样本无法完全反映下呼吸道中发生的相互作用。

健康呼吸道微生物群对宿主免疫的总体影响反映了活微生物及其细胞或代谢物成分对宿主局部和全身固有和适应性免疫过程的累积影响。如果健康适时的定植过程被破坏，早期生命肠道和肺微生物群的失调就成为许多呼吸系统疾病发生的重要危险因素。

03

肠-肺轴对呼吸和肠道健康的影响 

不同的肺部疾病会受到肠道微环境变化的影响，反之亦然。由此提出了“肠-肺轴”连接的概念。

在哮喘中，微生物群是导致这两者之间相互作用的重要因素。在人类和小鼠的研究中，肺和肠道之间的联系已经被反复证明。

肺部炎症时的肠-肺轴

这种相互作用可以是双向的；肠道微生物可以影响肺部的免疫反应，而肺部刺激可以导致肠道反应。

此外，在慢性阻塞性肺病（COPD）中还描述了「肠-肺-肝轴」。

来自肠道菌群的短链脂肪酸对肺部的促炎反应有抑制作用。

肝脏反应增强巨噬细胞活化和肺部炎症

肠道菌群产生的短链脂肪酸（SCFAs）对肺内炎症反应有抑制作用，肝脏通过HMGCoA还原酶抑制甲羟戊酸途径或与G-蛋白受体结合抑制炎症反应。

04

细菌是肠道和肺部最大的微生物种群

我们知道，肠道是人体菌群最密集的定植部位，其菌群及其与哮喘的关系，无论是在早期还是在已确诊的疾病中，都需要特别关注。

在一项研究中，来自加拿大的三个月大婴儿哮喘高风险的粪便样中观察到Lachnospira, Veillonella, Faecalibacterium, Rothia显著下降。这种菌群特征在1岁时不再明显，同时伴随着粪便乙酸的减少和肝肠代谢物失调。此外，预测的细菌群落功能分析表明，哮喘高危儿童微生物群中脂多糖生物合成途径的减少。

在卵清蛋白（OVA）诱导的小鼠呼吸道炎症模型中，将哮喘婴儿的粪便浆液补充具有代表性的Lachnospira, Veillonella, Faecalibacterium, Rothia菌属后，移植到无菌小鼠体内，可以减轻呼吸道炎症。

在另一项人类出生队列研究中，厄瓜多尔儿童在3个月大时，粪便样本中链球菌和拟杆菌的相对丰度增加，双歧杆菌和Ruminococcus gnavus减少的，在5岁的时候有更高的患过敏和哮喘的风险。

最后，根据肠道微生物群的组成，在美国新生儿中，双歧杆菌属、阿克曼菌属和粪杆菌属相对丰度低，念珠菌和红酵母真菌相对丰度较高的新生儿患过敏和哮喘的风险最高。

短链脂肪酸

肠道微生物对哮喘的影响至少部分是由细菌代谢物介导的，这可能会影响身体远端的免疫反应。在人类呼吸道炎症中，最著名的具有保护性质的代谢物是短链脂肪酸。

1岁时粪便中含有大量丁酸和丙酸的儿童，其特应性敏感性明显降低，3至6岁之间哮喘的可能性较小。此外，可溶性纤维补充可降低哮喘患者痰嗜酸性粒细胞增多和痰组蛋白去乙酰化酶9基因的表达。

怀孕和断奶期间口服SCFAs保护小鼠后代免受过敏性肺炎影响

在小鼠中，短链脂肪酸通过抑制组蛋白去乙酰化而增加转录因子Foxp3的表达，从而支持T调节细胞(T调节细胞)的扩增，增加IL-10的产生。

在OVA和家庭尘螨(HDM)诱导的气道炎症模型中，短链脂肪酸还被证明可以减少炎症。

此外，在怀孕和断奶期间口服SCFAs对小鼠有保护作用，使其后代免受过敏性肺部炎症的影响，尤其是丁酸能有效诱导幼鼠肺部Tregs的产生。

哮喘粪便样中组胺分泌细菌数量增多

最近有研究表明，人体肠道细菌能够产生其他具有促炎和抗炎作用的代谢物，如生物胺（包括组胺）和氧化脂质，如12,13-di-HOME。哮喘患者粪便样本中组胺分泌细菌数量明显增多。此外，组胺分泌细菌的数量与疾病的严重程度有关。

然而，在OVA引起的过敏性气道炎症模型中，细菌源性组胺降低了支气管肺泡液中的总细胞数和肺匀浆中IL-4、IL-5和IL-13的含量，突出了细菌源性免疫调节的复杂性。相反，12，13-dihome小鼠腹腔治疗可减少肺部Treg细胞的数量，并增加蟑螂抗原小鼠气道炎症模型的肺部炎症，由肺和肠道细菌分泌的代谢物可能被证明有助于额外的治疗方法。

占主导的变形菌——潜在的致病菌

在几项人类研究中，肺部变形菌似乎是哮喘患者中最占主导地位的门。变形杆菌门以潜在的致病菌为代表，包括Haemophilus, Moraxella, and Neisseria菌属。

在哮喘炎症表型中，嗜中性粒细胞性哮喘患者，通常接受高剂量吸入性皮质类固醇（ICSs），与嗜酸性哮喘患者比起来，表现出菌群多样性较少，Haemophilus 和 Moraxella、变形菌门相对富集，链球菌、Gemella、卟啉单胞菌的相对丰度降低。

克雷伯氏菌在严重哮喘患者中富集

在严重哮喘患者中，代表非2型哮喘的Th17细胞上皮基因特征与变形菌门的表达增加有关，这进一步与哮喘控制的恶化和哮喘中性粒细胞恶化有关。克雷伯氏菌是变形菌门中的一个细菌属，在严重哮喘患者中特别富集，而放线菌门与哮喘控制有关。

哮喘治疗也可能导致肺部菌群变化

哮喘治疗也可能导致肺部微生物群落的变化，这表明在确定因果关系方面的复杂性。例如，放线菌与类固醇反应的分子证据（FKBP5表达）有关。因此，某些气道微生物可能有潜力被用作哮喘对类固醇反应的指标，使临床医生能够改进治疗方法。

重要的是，肥胖和哮喘对机体免疫反应、气道和肠道微生物群的实质性相加效应最近已被描述。

患有严重疾病的肥胖和非肥胖哮喘患者的粪便中Akkermansia muciniphila菌水平均有所降低，这可能与急性和慢性气道炎症的小鼠模型中所显示的因果关系有关。严重哮喘患者肺部的另一个属是链球菌。

特应性哮喘患者，通常表现为嗜酸性炎症表型，在梭杆菌属、卟啉单胞菌属和鞘氨醇单胞菌科的细菌中有丰富的菌群，同时单胞菌科和乳杆菌科的相对丰度降低。

此外，哮喘患者痰液中的嗜酸性粒细胞与成人体内的Tropheryma whipplei有关。与中性粒细胞性哮喘惊人的可重复性研究结果相反，嗜酸性粒细胞性哮喘和2型哮喘中的微生物群较不清晰且异质，可能再次反映了ICSs治疗引起的不同的微小型或混合型反应。

目前尚不清楚成人哮喘患者气道中特定细菌的多样性和存在在多大程度上反映了炎症的类型或微生物对皮质类固醇治疗的反应。研究表明，ICSs和口服糖皮质激素联合治疗与变形菌和假单胞菌数量增加，拟杆菌、梭菌和普雷沃菌数量减少呈正相关。

另一方面，一项未经吸入皮质类固醇治疗的轻度哮喘研究表明，嗜血杆菌、奈瑟菌、梭菌和卟啉单胞菌具有独特的富集作用，同时在其气道中的单胞菌科和乳杆菌科存在缺失。这些研究表明，经常使用皮质类固醇治疗的哮喘患者的肺微生物群组成，可能是炎症环境和药物作用之间复杂相互作用的结果。

小鼠在感染Moraxella catarrhalis菌（M. catarrhalis，Proteobacterium phyla）1天后，可导致嗜中性粒细胞浸润、IL-6、IL-1b和肿瘤坏死因子a (TNF-α)的高浓度、CD4+T细胞来源的IFN-g和IL-17的中度浓度。此外，IL-17或TNF-α而不是IL-6的中和作用，可加速卡他性支气管炎的清除，有效地预防感染引起的过敏性气道炎症的恶化。

来自变形菌门的流感嗜血杆菌Haemophilus influenzae 能够将与Th2细胞和嗜酸性粒细胞相关的类固醇敏感过敏性气道疾病（AAD）转化为与Th1细胞、中性粒细胞和显性IL-17反应相关的类固醇抗性疾病。

越来越多的证据表明细菌在哮喘中起着一定的作用，但还需要进一步的研究，以更清楚所涉及的最重要的菌群，并了解哮喘背景下的细菌失调是否是疾病的原因或影响。更详细的机理研究是必要的，以充分了解肺和肠道微生物组成和复杂的关联代谢在生活中的不同点与特定类型的哮喘炎症。未来的工作应集中在继续详细描述介导细菌与哮喘宿主之间沟通的细胞和分子机制。

05

超越细菌的视野：

真菌——被遗忘的微生物

目前尚不清楚真菌是在健康的成人肠道中定植，还是只是作为短暂的口腔或食物来源的真菌被检测出来，但即使是短暂的肠道定植者也有可能影响微生物群落生态和宿主免疫反应。

真菌失调是与儿童高危哮喘表型的发展相关

虽然所涉及的机制没有被探索，但最近对来自美国和厄瓜多尔的人类出生队列的两项研究已经确定真菌失调是与儿童高危哮喘表型的发展相关的婴儿肠道微生物特征的一个关键特征。

这些结果表明，真菌失调可能是一个容易检测到的哮喘风险的生物标志物。 此外，这两项研究都发现真菌失调与细菌失调有关。

肠道内的微生物影响宿主对其他微生物的免疫反应，在生理和代谢上相互作用，并争夺空间和营养。 动物模型的早期研究旨在建立真菌失调与哮喘严重程度之间的因果关系，结果表明用抗生素预处理的小鼠经常见的人类肠道共生白色念珠菌(C.albicans)灌胃后受真菌过度生长的影响。

这些小鼠进一步证明，在气道刺激后，Th2细胞介导的气道炎症加剧，这一效应被认为至少部分是由白色念珠菌产生的免疫调节前列腺素介导的。

与此相一致的是，抗生素治疗后小鼠肠道中另一种念珠菌的过度生长与前列腺素PGE2介导的肺巨噬细胞向M2表型的极化有关，并在抗原致敏和刺激后加重了过敏性炎症。

在该模型中，真菌过度生长与肺部的炎症免疫细胞浸润有关，但也需要特定的抗生素引起的细菌微生物的变化。只有引起乳酸菌属相对数量减少的抗生素才与真菌过度生长和抗原激发后气道炎症加重有关。

值得注意的是，乳酸菌和其他产乳酸的细菌因其作为益生菌而受到关注，以预防哮喘和过敏，并具有抗真菌作用。

进一步的证据表明，真菌失调发生的历史和当前微生物环境影响了哮喘期间相关的免疫后果，这一点最近才出现。

不存在支原体的小鼠在接种了失调真菌后显示出Th2和Th17细胞的混合性肺浸润，而同样的方法在有支原体的常规小鼠中只导致哮喘期间Th2细胞炎症的增加。类似地，感染白色念珠菌的真菌初生小鼠表现出与真菌特异性Th17细胞和IL-17高反应中性粒细胞的系统性扩张相关的AAD恶化。这些研究共同强调了肠道微生物群的复杂性、动态性以及跨界微生物相互作用在确定哮喘预后中的重要性。

除抗生素治疗外，抗真菌治疗还可引起特异性无病原体（SPF）小鼠肠道细菌和真菌群落的变化，并在AAD的HDM模型中加剧2型变态反应性气道炎症和嗜酸性粒细胞增多。

连续补充在该模型中鉴定为在真菌治疗后肠道中过量表达的三种真菌（安斯曲霉Aspergillus amstelodami，Wallemia mellicola [sebi]和Epicoccum nigrum）或仅在抗生素治疗后单独补充Wallemia mellicola会增加哮喘的严重程度。

在这些研究中，抗真菌治疗和向特定无病原体小鼠引入抗生素真菌群落导致肠道细菌群落的变化，包括乳杆菌科减少。然而，在未经抗生素预处理的改变的Schaedler菌群小鼠中，在细菌微生物群没有实质性变化的情况下，再补充失调真菌可使AAD的恶化作用重现。

此外，最近证明，肠道常驻CX3CR1+单核吞噬细胞直接感应抗真菌诱导的真菌失调增加固有层中Th2细胞的数量，并导致AAD HDM模型中真菌失调相关的气道炎症增加，与细菌群落的抗真菌相关变化无关。

因此，除了通过重组免疫调节肠道细菌种群或产生系统代谢物对气道炎症有潜在的间接影响外，在肠道中的哮喘相关真菌失调可对宿主天然和适应性免疫细胞群体产生直接影响。

肺中的局部真菌失调也与哮喘有关

在一个小样本的受试者中，有和没有严重哮喘的儿童在支气管肺泡液样本中表现出特定真菌的相对丰度的差异，但在支气管肺泡液体样本中，真菌的总体多样性并不存在差异。这些差异包括严重哮喘患者 Pneumocystis相对丰度的增加，这是肺中存在的一种菌，与人体和动物模型中宿主2型免疫反应的诱导有关。

Pneumocystis 在2-5个月龄时的亚临床定植被认为是婴儿期最常见的感染之一，并与粘蛋白基因表达增加有关。Pneumocystis的早期肺定植可能是诱导肺中Th2细胞偏向免疫反应的危险因素，并使婴儿容易哮喘。

一项针对成人患者的18S焦磷酸测序研究同样发现，与非特应性对照相比，哮喘患者痰中特异性真菌相对丰度存在差异。在这些成年人中，哮喘患者表现出与特应性皮炎过敏条件有关的马拉色菌Malassezia 的相对丰度增加。

总的来说，这种情况逐步浮现：哮喘患者表现出与诱导2型炎症免疫途径相关的特定真菌的相对丰度增加，一些真菌要么不存在，要么只存在于健康肺中的低丰度中。

哮喘患者肺部真菌改变的结果并不令人惊讶，因为真菌成分，如甘露聚糖、蛋白酶、几丁质和β-葡聚糖通常存在于常见的人类过敏原和室内灰尘中。虽然致敏的潜在机制尚不清楚，但许多严重和/或不受控制的哮喘患者对真菌敏感和/或在抗真菌治疗后哮喘症状可能有所改善。

通常与致敏和哮喘相关的肺部真菌包括曲霉属Aspergillus、链格孢属Alternaria和枝孢属Cladosporium。

有意思的是，一些来自动物模型的证据表明，致敏作用是继发于自然Th2细胞和嗜酸性粒细胞免疫应答之后，才能有效清除引起感染的真菌。此外，支气管肺泡液样本中真菌载量增加与严重哮喘患者的皮质类固醇治疗有关，无论是否有真菌致敏。

因此，需要进一步的研究来确定病理性真菌定植和肺部真菌失调是否会导致更严重的哮喘发作，并在严重哮喘相关的皮质类固醇治疗后发生，和/或对哮喘相关的肺部微环境变化作出反应。

气道真菌群

最近，研究已经开始精确地描述与某些哮喘内质型和临床特征相关的气道真菌群。在一项检查气管内灌洗和支气管肺泡液体的微生物群的研究中，与健康对照组和2型低哮喘患者相比，Fusarium, Cladosporium, Alternaria在哮喘患者和2型高哮喘患者的支气管肺泡液体中富集。

表明其作为疾病生物标志物的潜力，支气管肺泡液液中交互链球菌和棒孢菌的相对丰度也与强制呼气容积1呈负相关（一种肺功能的临床测量方法）。

在过去的几十年里，对肠道微生物（包括真菌）的对宿主的组成和免疫作用的研究已经爆发。 虽然还有许多有待阐明的地方，但一组强有力的证据现在支持真菌在失调-哮喘中的重要作用。

真菌-细菌和真菌-宿主相互作用在确定真菌失调对宿主健康的影响方面都起着重要作用。 许多这项工作已经在儿童出生队列和小鼠模型中完成，需要更多的研究肠道菌群与成人哮喘的相关性。

此外，早期真菌失调是否以及如何影响以后生活中当失调不再时的哮喘发病和/或严重程度，仍然需要进行机械试验。

06

病毒很容易在肺部定居

尽管病毒感染被认为是哮喘恶化的主要原因，但病毒与哮喘之间的关系还不完全清楚，是由于不断发展的有关呼吸道健康的知识。

已观察到上呼吸道和下呼吸道病毒的组成和丰度在健康受试者和无症状和有症状的慢性呼吸道疾病患者中有所不同，但需要进行详细的纵向研究，以更好地理解因果关系。

病毒与额外的环境和内在因素之间复杂的相互作用可能是哮喘患者呼吸道中某些病毒存在时间较长但短暂的原因，或是导致严重恶化的完全感染的发生。

在人类生命的第一年，几乎所有的喘息发作都与病毒感染有关。

已知引起哮喘喘息或恶化的最常见的病毒是RV和RSV，但博卡病毒、流感病毒和巨细胞病毒也有牵连。 据报道，早期人类鼻病毒引起的喘息对以后的哮喘风险有附加作用。

RV病毒

RV毛细支气管炎患儿气道中最丰富的细胞类型是中性粒细胞，尽管嗜酸性粒细胞的浸润也起着重要作用。此外，最近已经证明肥大细胞IL-6、IL-8、TNF-α和IFN-α的浓度在RV病毒刺激后显著升高。

T细胞参与通过识别病毒抗原和随后启动TC和抗体介导的免疫应答来控制RV病毒感染。最近的一项研究表明，RV病毒在体外进入并形成B淋巴细胞病毒复制中心，并诱导B细胞增殖。

RSV病毒

另一种与哮喘风险增加有关的病毒是RSV病毒；然而，它与该疾病的关系不太清楚。 有研究表明RSV病毒引起的毛细支气管炎与哮喘之间存在联系，但其他研究尚未确定婴儿RSV病毒感染与学龄哮喘发展之间的相关性。

RSV病毒感染对哮喘的长期影响与以下事实有关：该病毒通常在肺发育过程中影响新生儿。新生儿调节性B细胞对RSV病毒感染有很高的耐受性，其频率可以预测急性细支气管炎的严重程度。 此外，RSV病毒迅速附着在人类嗜酸性粒细胞上，并可能被这些细胞灭活。 随着哮喘严重程度的增加，嗜酸性粒细胞捕获病毒的能力降低了75%。

流感病毒

流感病毒是与哮喘恶化有关的另一种病毒感染。 流感感染背景下的哮喘与更严重、更高的住院风险、需要重症监护和死亡率有关。据推测，IL-33是驱动流感病毒引起的哮喘恶化所必需的。 在哮喘小鼠模型中，IL-33通过抑制先天和适应性抗病毒反应来增强气道高反应性和气道炎症。 另一项研究表明，流感感染通过一种需要IL-13-IL-33轴的途径诱导气道高反应性。

影响儿童哮喘的不常见病毒——HBoV和巨细胞病毒

除了与哮喘相关研究最为深入的病毒和上面描述的病毒外，还有一些不太常见的病毒影响哮喘中的气道炎症。 人博卡病毒1型 (HBoV)和巨细胞病毒也与儿童哮喘发作有关。

另一项研究报告说，在一个小样本中，急性喘息儿童HBoV病毒年龄为 ≥4 岁的因急性细支气管炎住院的儿童，他们都发展为反复哮喘，其中一半在5-7岁时患有哮喘。

还有证据表明，在OVA致敏小鼠中皮下注射急性喘哮喘儿童HBoV-VP1u 或 B19V-VP1u可导致气道炎症升高。 最后，51.4%的复发性喘息患者检测到巨细胞病毒DNA，在12-36个月的哮喘预测指数阳性的患者中比在阴性的喘预测指数同一年龄组中更普遍。

呼吸道病毒感染与哮喘发展之间的联系最近已经用很多方法进行了研究。 然而，导致这种相关性的确切机制尚不清楚，需要在动物模型和人类研究中使用多组学方法进行进一步的详细研究。考虑患者全球病毒的分析也应在未来考虑。最后，科学家还应该问一个问题：肠道病毒是否可能影响肺部炎症？

07

古细菌在人类肠道中的出现

虽然研究不足，但古细菌在人类微生物研究中一直被发现，它们的群落组成因身体部位而异。

古细菌主要有Methanobrevibacter smithii，Methanosphaera stadtmanae，具有免疫原性。

最近，一项针对来自荷兰考拉出生队列的472名儿童的研究表明，肠道古菌在失调-哮喘范式中的作用。6至10岁儿童粪便样本中存在M. stadtmanae（一种常见的肠道古菌，与儿童哮喘风险显著相关，提示肠道古菌可能在过敏的发生发展中起到调节作用），这种情况与被诊断为哮喘的风险降低有关。这种效应与父母哮喘状态无关。

然而，在本研究的样本中，只有8.3%的样本检测为阳性，而某些古生物蛋白实际上被认为具有促炎性或致敏特性。 因此，需要更多的队列研究和机制研究肠道古菌在哮喘背景下的免疫调节作用。

与其他微生物群的情况一样，古生物群破坏的微生物和免疫环境可能决定了宿主的最终免疫后果。随着儿童和成人中的人类肺微生物群的不断特征化，肺古菌在生物失调模式中的作用有待确定。

08

结语

现在有大量的文献支持人类微生物群影响宿主免疫系统的成熟和功能。肺和肠道微生物对哮喘的发展、表型和严重程度都有影响，但这些相关性的详细细胞和分子机制尚未得到充分的表征。

一个有助于理解人类微生物群和免疫系统之间联系的机制的重要工具是用于过敏性气道炎症的人源化微生物群小鼠模型。

人类队列研究应包括明确界定的临床结果，并从关于症状、治疗和临床信息的详细和具体问题中收集纵向数据。 关于病人饮食和生活方式的完整信息也应仔细准备，以确保最好地概述病人的情况和对微生物群的潜在影响。

需要对更多患者进行纵向和前瞻性分析，以了解疾病的病程、其表型和内型、对疾病进展的易感性以及对治疗的反应之间的关系。

总之显而易见，哮喘患者的未来诊断和治疗应通过分析个体微生物群的组成和代谢活动来辅助。

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参考文献

Barcik W, Boutin R C T, Sokolowska M, et al. The Role of Lung and Gut Microbiota in the Pathology of Asthma[J]. Immunity, 2020, 52(2): 241-255.

怀孕期间母体肠道微生物分子保护后代免受代谢性疾病的影响

近日，日本学者发表在Science上的一项研究
(DOI: 10.1126/science.aaw8429 ）为妊娠期母体肠道微生物对后代健康影响新增一项证据，该研究表明表明，孕期母体肠道环境是影响后代代谢发育以预防代谢综合征的关键因素，因此，孕鼠肠道微生物群提供了一个环境线索，可以微调后代的能量稳态以预防代谢综合征的发育起源。

早期生命期是一个关键的时期：影响胎儿发育的事件可能带来一生的影响。人类胎儿发育过程中的一点点紊乱不仅影响主要的发育结果，甚至有可能影响几十年来无法表现的表型，如心脏代谢疾病的风险。

近几十年来，抗生素使用和摄入高热量、低纤维饮食的迅速扩大导致肠道微生物群的紊乱，使人类容易患上各种疾病，如代谢综合征。虽然微生物群对出生后的影响已经有很好的文献记载，但是关于胚胎阶段肠道微生物群的影响所知甚少。 尽管越来越多的证据支持健康和疾病的发展起源（DOHaD）这一概念，但其潜在机制仍不清楚。

在这项研究中，主要探讨了母体肠道微生物群对胚胎发育和后期疾病易感性的影响。

以短链脂肪酸为代表的肠道微生物群衍生代谢产物（如乙酸、丙酸和丁酸），不仅是宿主细胞的燃料，而且还是肠道微生物群和肠外器官之间的信号分子。

GPR41和GPR43属于游离脂肪酸受体（FFAR）家族，是SCFAs的受体。

之前已经证实了FFARs在能量代谢中的生物重要性，通过与膳食成分以及肠道微生物群衍生代谢产物的相互作用。

肠道微生物SCFAs通过交感神经系统、脂肪组织、胰腺和肠道中的GPR41和GPR43调节宿主能量稳态。

最近的一项研究进一步表明，怀孕小鼠的肠道微生物群影响后代的免疫和大脑功能。在DOHaD理论的背景下，这些发现增加了母体SCFAs在调节出生后疾病易感性中起关键作用的可能性。

妊娠期间，母体肠道微生物群通过胚胎SCFA受体影响后代肥胖倾向

研究人员发现孕期母体微生物群对后代的肥胖具有抵抗力。

怀孕小鼠在特定的无病原体（SPF）和无菌（GF）条件下繁殖，之后由寄养母亲在常规条件下抚养新生儿，以调整出生后的生长环境。来自GF母亲的后代极易患代谢综合征，其特征是肥胖和葡萄糖不耐症的加重，与成年期高脂饮食消耗的能量消耗减少有关。在妊娠期喂食低纤维饲料的小鼠后代中也观察到类似的表型。

用SCFA治疗妊娠GF或低纤维饮食喂养的小鼠使成年后代对肥胖具有抵抗力。妊娠小鼠结肠腔内的SCFA通过母体肝脏和血流到达胚胎。值得注意的是，胚胎的交感神经、肠上皮和胰腺高度表达GPR41和/或GPR43，以感知来自母体肠道微生物群的SCFAs。

然而，他们观察到GPR41在无菌小鼠中的表达较低。小鼠GPR41表达的丧失导致交感神经投射到心脏的缺陷，这在无菌后代中也是明显的。

体外证实了SCFAs激活交感神经元分化的能力，丙酸具有最大的作用。在缺乏GPR43的小鼠中，作者发现SCFA和微生物群在胚胎肠内分泌和胰腺B细胞发育中的依赖性缺陷。

微生物对代谢疾病的保护

SCFA-GPR41 和 SCFA-GPR43轴 赋予后代对肥胖的抵抗力

胚胎GPR41和GPR43信号转导的缺失在产前由于交感神经功能障碍和高血糖而影响能量代谢。SCFA-GPR41和SCFA-GPR43轴促进神经细胞、表达GLP-1的肠内分泌细胞和胰脏细胞的发育，从而形成胚胎能量代谢。这个发育过程有助于维持出生后的能量平衡。

在怀孕期间，母体肠道微生物群通过 SCFA-GPR41 和 SCFA-GPR43轴 赋予后代对肥胖的抵抗力。妊娠期间，GPR41和GPR43在胚胎的交感神经、肠道和胰腺中感知来自母体肠道微生物群的SCFAs，影响代谢和神经系统的产前发育。

这些发现表明，孕期的母体肠道环境是防止代谢综合征的后代代谢程序的关键因素。

因此，怀孕小鼠的肠道菌群提供了一种环境线索，可微调子代的能量平衡，从而防止代谢综合征的发展。

补充丙酸来拯救？

事实上，另一项研究结果也表明，在怀孕期间喂养低纤维饮食的小鼠的后代增加了肥胖和胰岛素抵抗的风险。低纤维饮食的有害影响可以用丙酸补充来拯救。

当怀孕的小鼠服用抗生素时，高纤维和低纤维饮食喂养的母亲的后代的代谢参数没有差异，证实了母体微生物在介导保护方面的重要性。

高纤维喂养动物的后代出生时更重，但在以后的生活中免受肥胖的影响。这与人类是一致的，因为低出生体重与未来的肥胖有关。补充丙酸孕鼠保护后代免受未来疾病的影响。 然而，丙酸补充是否对母亲有任何影响尚未评估。

考虑到减少人类代谢性疾病的目标，确定类似的机制是否控制人类的发展是至关重要的。 迫切需要更好地理解如何、为什么以及在什么情况下应该尝试调节妊娠中的肠道微生物群或SCFA。 

高纤维饮食符合现有的营养建议，包括在怀孕期间，但这些是否能有效地增加SCFA和保护后代免受未来代谢性疾病的影响尚不清楚。人类微生物组成存在很大的个体间变异，不同的微生物具有不同的SCFA生产能力。 因此，微生物群产生SCFA能力的差异可能会影响后代肥胖的风险。

虽然补充丙酸可能是一个方便的选择，但怀孕期间的安全性和有效性仍有待确定。对人类的进一步研究是有必要的，以了解调节这一途径是否可以成为改善下一代代谢健康的途径。

参考文献

I. H. L. Blackmore, S. E. Ozanne, J. Mol. Cell. Cardiol. 83, 122 (2015).

II. I. Kimura et al., Science 367, eaaw8429 (2020).

III. J Ferguson.  Science 367  eaaw6481 (2020)

细菌的天敌抗生素，如何利用这把救命的双刃剑？

本文原创：谷禾健康

头痛，喉咙痛，咳嗽，流涕…不管什么症状，先吃上阿莫西林再说。感冒还没正式开始，抗生素却已经吃上了。

很多这样想当然的行为正透露着人们对抗生素的认知不足，那么该如何正确使用抗生素呢？

 正 确 使 用 抗 生 素

1、首先使用抗生素应该在医生指导下使用，在未明确是细菌感染的情况下，尽量不要自行随意服用抗生素。不应作预防用药。

2、抗菌药物疗程因感染不同而异，对于急性感染抗生素的疗程一般为5～7 天，宜用至体温正常、症状消退后72～96 小时之后方可停药，特殊情况，妥善处理。

3、如果医生嘱咐的一天吃三次，并不等于早、中、晚饭后各一次，而是每隔4-8 小时服用一次（不同种类药物间隔要求不同）。

4、长期使用抗生素容易引起体内菌群失调，并容易引起耐药性。

5、老人、肝肾功能减退者等特殊人群用药需遵医嘱。

6、头孢类药物服用后禁止饮酒。严重者半小时可危及生命。

7、如需做菌群相关的健康检测，应在服用抗生素停药至少3天 后进行。

家长给儿童使用时也应当注意：

8、不要自行随意给孩子用抗生素

9、不要要求医生给自己孩子用抗生素

10、不要拒绝医生给孩子开的抗生素

抗生素是把双刃剑，如果合理使用，可以很快治愈细菌感染的疾病；若是不合理使用，也会带来巨大的危险。

  什么是抗生素？

  抗生素是怎么发现的？

  抗生素有哪些类型？

  抗生素是如何作用于细菌？

  为什么会出现耐药性？

  耐药性的危害有哪些？

  抗生素、菌群与疾病

  三者之间会发生什么？

  … …

本文将为大家一一解答。

01

什么是抗生素

抗生素，是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。

以上这段话为了便于理解，我们还是要从微生物说起。相信微生物这个概念对于熟悉我们公众号的你，并不陌生。

我们经常强调，它们的无处不在，存在于环境，也存在于人们体内。这些细菌并不是闲着，每天会干很多事，诸如帮助消化，合成维生素，促进营养吸收等。

这么多细菌之间也会存在相互竞争的关系，于是某些细菌发展出了一些特殊技能——“排挤”，该技能是通过分泌一种化学物质让其他细菌无法生存，从而利于自己生存。

这种分泌出来的化学物质就是抗生素。

02

抗生素的丰功伟绩

很多年前，细菌感染是让人害怕的，一个微不足道的伤口，甚至只是虫咬都可能要人的命。

在19世纪，肺炎、结核病、腹泻和白喉被认为是儿童和成人死亡的主要原因。无数专家学者日以继夜地奋斗，希望找到感染者的治疗方式。

在20世纪初发现抗生素之后这一切都变得不一样了。特别是在亚历山大·弗莱明发现青霉素，抗生素的治疗得以在世界各地逐渐普及，可以说抗生素拯救了数百万人的生命，并使困扰人类历史数百年的大多数传染病得到控制。

毫无疑问，抗生素是过去100年中人类和动物医学中最重要的药物之一。那抗生素是何时出现？如何被发现并一步步走向今天这样大规模生产的呢？ 

早期抗生素的发现

早在现代医学出现之前，抗生素已经使用了很长一段时间。自古埃及以来，人们就知道面包对治疗伤口和烧伤有效果，而面包上生长着丝状真菌。

往后几十年是抗生素发现的黄金时代，发现了多种抗生素，具体每种抗生素的发现时间及来源详见下表。

Durand G A,et al, 2019

细菌和真菌是最大的生产者。链霉菌属是目前人类医学中大约一半抗菌剂的来源。有了抗生素，致病菌能够及时清除，许多疾病得以治愈，人们生存几率大大提升。

以上是抗生素的发展史，我们可以看到抗生素的种类也非常多，那要怎么去认识它们？也许可以从抗生素的分类开始。

03

抗生素的分类及作用原理

抗生素的分类，根据标准不同，分法不同。

根据抗菌谱可分为窄谱 和广谱 两大类，如下：

根据化学分子结构，可大致分为以下类别，列出的是该类别具有代表性的抗生素。

在了解了抗生素的历史和分类之后，我们再来了解下抗生素是如何凭一己之力力挽狂澜战胜病原菌，从而挽救那么多生命的？

总的来说，抗生素的作用原理有以下三种。

一：它们进攻的是细菌制造细胞壁所需要的部件。一旦细胞壁受损，细菌细胞就会死亡。比如青霉素就巧妙地利用了这个特点。

二：对于细胞而言，蛋白质至关重要。细菌细胞需要蛋白质来消化食物、构筑细胞壁、运动、繁殖、抵御入侵者等。抑制细菌合成蛋白质的抗生素直接作用于蛋白质合成的部件，使细菌严重受损，但它们对人体细胞的蛋白质合成没有多大影响。比如链霉素等。

三：破坏它们的增殖过程。一旦细菌的生长受到了限制，它们的威胁就会大大降低，宿主便来得及积累足够的免疫反应清除它们。

常见抗生素的具体作用详见本文末附录部分。

04

合理使用抗生素

· 平时你熟悉的 “消炎药” 就是抗生素

相当一部分人听闻抗生素胆战心惊，认为需要远离，但是这其中很多人认为普通的感冒药都只是消炎药，与抗生素没什么关系。感冒了吃点消炎药，但其实很多你熟悉的所谓的消炎药就是抗生素，比如阿莫西林。

严格意义上来讲，消炎药并不能算医学概念。

简易区分抗生素和消炎药

判断是否是抗生素最简单的方法就是看名字。

这一招看着不是很高大上，但足以对付常用药。

一般药名里含有「霉素」「菌素」「沙星」「头孢」等字样的，大多是抗生素（少数是化疗药）。

名字里有「西林」的也是抗生素，像我们非常熟悉的阿莫西林，另外还有氨苄西林、苄卡西林、羧苄西林等，都属于经典的青霉素类抗生素。

名字里有「磺胺」的，一般就是磺胺类抗生素。

而消炎药，一般有两类：

一类是我们常说的激素（看名字里面的“松”），如可的松、氢化可的松、地塞米松等；

另一类是消炎止痛药，如布洛芬、阿司匹林等。

当然还有一部分人并不在乎到底是抗生素还是消炎药，认为这些药就是管用见效快，甚至有一些患者主动向医生要求使用抗生素，希望好起来快点…

· 不恰当服用抗生素可能危及生命

头孢类抗菌药物服用之后是不能喝酒的。因为服药期间饮酒很有可能引起双硫仑样反应，出现心慌，脸红，血压下降等改变，严重者危及生命。

为什么会出现这么严重的后果？简单来说就是，头孢类药物抑制了肝脏里的乙醛脱氢酶，如果这个酶的水平高意味着解酒功能强。但是这种酶功能被抑制了，使得酒精在人体内氧化为乙醛后不能再继续氧化分解，从而导致乙醛在体内蓄积，引起乙醛中毒反应。

·抗生素不是你想用就能用，想停就能停

这里仍需强调的是，抗生素不能随意使用，但是用了之后也不能随便停。因为当症状消退时可能还剩下一小部分菌没有完全消灭，这时候如果停药，那么这部分细菌生存下来之后会产生耐药性。当然如果过量，也会产生耐药性。

再比如说抗菌药物需每隔4-8小时服用（每种药物半衰期不同，所需间隔时间不同），因为如果两次服药时间间隔太近，会造成药物在血液中的浓度太高，从而导致神经或肝肾功能损伤；而间隔太远，血液中药物浓度不够，对细菌的杀灭作用就会减弱，同样会产生耐药性。

可以看到，耐药性被频繁提及，那么到底抗生素耐药性为什么可怕？滥用抗生素的后果是什么？

05

抗生素耐药性

在2011年世卫组织提出：抵御抗生素耐药性。之后该组织在2015年再次向人们发出警告不要滥用抗生素。这无疑给世界敲响了警钟。

其实在过去20年中抗生素的负面性已经逐渐显现，由于抗生素滥用，问题变得逐渐复杂起来，耐药菌的出现越来越多。

· 抗生素药物的研发困难

在实际治疗中，人们对于是由何种细菌引起的感染认知较少，生产窄谱抗生素困难投入大，收效低，然而，在并不需要精确判定是什么菌引起感染的时候，只要用上广谱抗生素，就能起到作用，广谱抗生素的普适性优势使得其应用频率越来越大，随之而来的问题是，耐药菌的产生变得更为容易。

· 超级细菌的诞生

当抗生素在能力范围内将致病菌清除之后，那一小部分耐药菌留下来，不断生长繁殖，当耐药菌与药物不断接触之后，对药物的敏感性越来越低直至消失，逐渐进化成了无敌的超级细菌。

超级细菌的抗性机制可以通过获得基因来介导，使他们能够在抗生素或基因突变的作用下存活下来，作为自然选择过程的一部分进化而来。

超级细菌目前在全球范围内广泛流行：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、肺炎链球菌、艰难梭菌、沙门氏菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和耐万古霉素肠球菌属等都是超级细菌的典型例子。

耐药性机制

细菌可以天生对某些抗生素产生抗药性，但也可以通过染色体基因突变和水平基因转移获得对抗生素的耐药性。

耐药性的固有机制

一种细菌对一种特定抗生素的固有抗性是由于其固有的结构或功能特性而产生的对该抗生素作用的抵抗能力。

Blair J M A,et al, 2015

该图显示了固有机制的概述。所示的例子是针对青霉素结合蛋白（PBP）的β-内酰胺抗生素。

抗生素A可以通过一种跨膜孔蛋白进入细胞，达到目的，抑制肽聚糖的合成。抗生素B也可以通过孔蛋白进入细胞，但与抗生素A不同，它是通过外排有效去除的。  抗生素C不能穿过外膜，因此不能进入靶PBP。也就是说这个抗生素C想进去没门。

除了固有的耐药性外，细菌还能获得或产生对抗生素的耐药性。可以通过以下三类主要机制来调节：

由于细菌渗透不良或抗生素外排而使抗生素在细胞内的浓度降至最低的机制；

通过基因突变或靶标的翻译后修饰来修饰抗生素靶标的；

通过水解或修饰使抗生素失活的。

· 耐药性危害

毫无疑问，抗生素耐药性对生命构成了威胁，由耐药病原体引起感染的患者死亡率更高，人类遭受的痛苦也更大。由于长期住院和生产力下降，与抗生素耐药性相关的经济负担是巨大的，并在卫生保健系统中造成惊人的损失。

仅根据流行病学监测数据，对各种抗生素的耐药性比预期的要早几年到几十年。可以看到发展非常迅速。

目前主要的威胁来自于碳青霉烯类抗生素革兰氏阴性病原体，由一系列基因编码，包括ndm-1，oxa-48，kpc，vim.

而比碳青霉烯类抗生素耐药问题更为复杂的是，对粘菌素耐药的质粒介导基因(mcr-1、mcr-2、mcr-3、mcr-4、mcr-5和icr-mo)出现了。

粘菌素是一种比较古老的药物，一般不到万不得已的时候不会用到，它是用于复杂感染患者身上来对付超级细菌的，可以说是抗生素的最后一道防线。

现在对粘菌素耐药的质粒介导的基因出现可以说是最后的防线破了，那么患者的生存率就更小了。

· 动物中发现耐药菌

2016年，中国首次报道了mcr-1，它是从猪培养的大肠杆菌中分离出来的，并在从生肉、牲畜和人类培养的大肠杆菌中证实了它的存在。自那时以来，mcr-1已在全球范围内报道，并在许多细菌物种中检测到，包括肺炎克雷伯菌和肠杆菌属。

编码超广谱β-内酰胺酶（ESBL）的基因的多个变种，使大多数青霉素类、头孢菌素类和单杆菌类药物产生耐药性，目前已在全球分布。欧洲抗生素耐药性主要监测网络的报告表明，这些基因在大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中的流行率仍然很高。

以上越来越多的证据指向一个事实，在动物身上使用抗菌药物与人类的耐药性有关。

· 动物与人之间的互相传播

上世纪40年代，人们发现给动物喂食抗生素后它们的体重飙升，为了尽快达到饲养目的，越来越多人将抗生素运用于动物饲养，那么这些抗生素首先会在动物之间进行传播，然后在不知不觉中就传播到人类中去。

Muloi及其同事的一项Meta分析表明，动物和人类之间的抗药性转移是双向的，但强度也不尽相同，这促使人们呼吁在全球范围内采用稳健的基因分型方法进行进一步的研究，世卫组织对当前证据的一项审查已经促使重新提出建议，大幅度减少动物体内的抗生素的使用，并停止使用它们促进生长。

· 抗生素耐药性也许就在身边

不要觉得自己离抗生素耐药性还相当遥远，其实稍不注意，抗生素耐药性就会发生。

案例一：5岁儿童，服用抗生素半年，他的肠道菌群检测报告显示：

可以看到，这位5岁的小朋友已经出现抗生素耐药性高风险（红色为高风险状态）。

也就是说半年已经可以让一个小朋友产生多种抗生素耐药性。

肠道菌群总体状况也提示菌群多样性减少，菌种数量减少。

尤其是有益菌数量的下降。

关于抗生素，疾病与菌群关联的这部分，我们将在下一章节详细介绍。

06

抗生素、菌群与疾病的关联

抗生素的另一个有可能被忽视的影响是：

抗生素的使用，无论是口服还是静脉注射，都会影响肠道微生物群。

人类的肠道微生物群代表着一个复杂的相互网络，抗生素的作用并不局限于其有限的抗菌谱：例如，由于相互依赖，利用途径，某些菌株不能在没有其他菌株的情况下有效地建立菌落。

健康肠道微生物群的稳定组成通过在空间和营养物质上的竞争，提供了对入侵病原体的自然抵抗力，这可能在抗生素暴露后受到严重影响。

抗生素引起的肠道菌群失调及其在疾病中的作用

抗生素对肠道失调的影响和在疾病中的作用（即使短期使用抗生素）可能会将微生物群转变为长期失调状态，其特征是菌群多样性的变化，重要菌群的丧失，以及由此引起的代谢改变导致对肠道病原菌的定植抗性受损。

我们来看 案例二：住院患者，年龄76岁，长期服用抗生素治疗改善，其肠道菌群检测报告如下：

这是该患者的健康总分：29分。属于不健康状态。（注：总分100分制，一般健康人或亚健康普遍能在60分以上）

我们来看他的抗生素风险评估部分：

报告显示他的氯霉素类耐药风险高。再看肠道菌群的总体状况如下：

提示菌群多样性缺乏，有益菌数量明显下降。说明其菌群紊乱。而疾病风险评估这部分则显示了多种疾病高风险状态。尤其是代谢系统方面的疾病。

如果说你认为上述例子是长期使用抗生素的状态，短期使用没事。

那可不一定。短期使用抗生素的影响要看在什么年龄段，怎么使用法。

· 即使短期使用，也可能有长期影响

肠道免疫和微生物群的相互作用会促进代谢、自身免疫、传染病和癌症的发病机制和加重其严重程度。

即使是抗生素短期使用，特别是在生命的头两年，也可能导致肠道微生物的长期变化，从而改变与宿主的相互作用。由抗生素引起的干扰比成年人体内更剧烈，两岁内儿童的微生物群还处于一个低适应性阶段。

肠道微生物群在生命的最初几年发展，影响免疫系统的成熟。儿童期和成年期的抗生素治疗可能导致某些个体长期破坏生态系统，减少细菌多样性，导致群落不稳定，并对宿主生理产生负面影响。

Thiemann S,et al, 2016

而相对健康稳定的肠道微生物群是具有复原力的，也就是说在正常使用抗生素之后，微生物群依然可以恢复形成原来的样子。

抗生素治疗对肠道微生物的整体分类组成表现出快速和令人惊讶的持久性。

与幼儿相似，老年人（>65岁）代表了另一个群体，他们可能对抗生素引起的微生物群紊乱更敏感。

· 服用不同类别抗生素菌群变化

每一类抗生素都有不同的性质和排泄系统，导致菌群改变的模式不同。

大环内酯类抗生素现在是世界上最常见的抗生素之一，在儿童和成人中使用。许多患者由于慢性传染病而长期服用大环内酯类药物。

一项涉及142名芬兰儿童的研究显示，儿童食用大环内酯类药物会导致肠道微生物的改变，从而减少放线菌，增加拟杆菌和变形菌。有趣的是，在两岁以内开始服用大环内酯类药物的儿童与肥胖和哮喘患病率的增加之间存在正相关关系。

目前，克拉霉素已成为第一种用于根除幽门螺杆菌的抗生素。瑞典的一个研究小组报告说，根除幽门螺杆菌后放线菌和厚壁菌减少，拟杆菌和变形菌增加。即使根除没有成功，肠道微生物的改变也持续了很长一段时间。

另一组报告了口服万古霉素与阿莫西林治疗的比较。万古霉素表现出明显的减少粪便微生物多样性，因为厚壁菌减少和变形菌的增加。阿莫西林也能减少厚壁菌，但与万古霉素相比，这种减少是最小的。

此外，一个法国小组报告了一大批来自营养不良项目的尼日尔儿童。他们比较了安慰剂组和阿莫西林组的体重增加情况。虽然阿莫西林降低了住院疾病转移的风险，但也影响了患者的体重增加。在后面肥胖小节还会详细介绍。

环丙沙星减少厚壁菌和放线菌（特别是双歧杆菌），增加拟杆菌。另一组比较环丙沙星和克林霉素，环丙沙星减少双歧杆菌和克林霉素减少双歧杆菌和乳酸杆菌。然而，克林霉素组的乳酸杆菌没有恢复。

利用小鼠模型，一项研究证实了暂时服用低剂量青霉素和环丙沙星引起的微生物群变化的差异。在喂食正常食物的小鼠中，青霉素对肠道菌群的影响大于环丙沙星。此外，青霉素对微生物群的干扰在给药5天后用了5周时间来改善。相比之下，环丙沙星中正常微生物群的恢复速度更快。

肥胖

肥胖已经是全球20多年来最大的健康问题之一，而且它仍在增加。

根据2010年的数据报告显示，在美国，婴儿大量接触处方抗生素。这份报告表明，抗生素在儿童中的使用，特别是在早期生活中，已经变得更加广泛。

· 生命早期服用抗生素影响体重

20世纪50年代，兽医研究人员已经报告说，在食物或水中使用抗生素可以促进哺乳动物家畜的生长。这种生长与抗生素之间没有先前的相关性。四环素，糖肽、大环内酯类和青霉素已在鸡、猪、牛等家畜中使用了70多年，以增加动物的体重。

非常重要的是要提到，抗生素在早期生活中的使用对动物的生长有更大的影响，而不是在以后的生活中使用。令人惊讶的是，研究人员已经报告说，在20世纪50年代，抗生素的使用与人类体重的增长之间存在着类似的相关性。

在20世纪60年代，抗生素的双重作用在小鼠模型中报告了体重增长，小剂量青霉素或土霉素可诱导体重增加，但大剂量相同抗生素可减轻体重。在无菌动物模型中使用抗生素并不能促进动物生长，因此假设微生物群的存在对于抗生素治疗下体重的增加或减轻是必不可少的。

·7岁儿童超重或与其婴儿时期服用抗生素有关

特拉桑德等人报道，儿童的体重增加取决于他们早期服用抗生素的时期。在生命的前6 个月内使用抗生素与肥胖有很强的相关性，但如果抗生素在生命的前6个月后使用，这种相关性就会消失。这项研究表明，在生命的6个月前接触抗生素药物的儿童在7岁时超重的风险要高得多。

在美国和加拿大进行的一项开放标签研究显示，6-18岁的儿童与对照组相比，阿奇霉素显著增加了体重增加的风险。虽然人们认为抗生素在早期生活中的暴露与肥胖有很强的相关性，但我们不知道明确的宿主-微生物相互作用，或导致这种表型的必要微生物变化。

· 并不是所有使用抗生素的研究都使体重增加，或与剂量有关

一项关于在英国成人中根除幽门螺杆菌的研究包括以下根除方案：柠檬酸雷尼替丁铋400毫克和克拉霉素500毫克，每日两次，为期两周。这项研究显示，治疗后体重显著增加。阿莫西林对体重增加的影响有两项研究。

如上所述，法国的这项研究没有发现用阿莫西林治疗的尼日尔儿童体重增加的显著差异。在另一项成人心内膜炎的研究中，患者静脉注射万古霉素庆大霉素与阿莫西林庆大霉素治疗6周。观察到万古霉素组体重明显增加，而阿莫西林组体重没有增加。

从所有这些研究中，我们可以假设，根据剂量的不同，广谱抗生素的使用与体重改变之间存在正相关关系。

当以治疗剂量使用抗生素时，对体重的影响有相互矛盾的结果。Muphy等人表明万古霉素可减轻高脂饮食的小鼠体重。其他研究表明抗生素治疗与体重减轻或代谢变化改善之间存在相关性。相反，Nobel等人指出，在小鼠生命早期给药治疗剂量的抗生素与体重显著增加有关。

以上，在人类和动物的研究中，有许多报告表明抗生素治疗与体重增加呈正相关。一些研究报告的相互矛盾的结果可能与使用抗生素的类型以及使用抗生素的时间有关。因此，医生应该更仔细地考虑什么时期的生命和他们应该开什么类型的抗生素。

炎症性肠病 IBD

有几个临床观察支持改变的肠道微生物群与炎症性肠病（IBD）的发展和病程密切相关：粪便移植改善了克罗恩病（CD）患者的临床表现。肠内细菌感染可导致IBD的恶化；一组CD患者对抗生素治疗有反应，特别是在术后情况下。

· IBD患者的菌群特征

一开始，“太多”的微生物群似乎是引发IBD的原因;但事实上，IBD的特征是胃肠道微生物群的组成发生了变化。与健康受试者相比，CD、溃疡性结肠炎(UC)和微囊炎患者的微生物菌群多样性较低。

IBD患者肠道宏基因组包含的基因比健康的肠道少25%，蛋白组学研究显示，蛋白质和功能途径也同时减少。

可以想象，抗生素引起的失调促进了IBD的发展和延续。实际上，厚壁菌门中的具有保护作用细菌数量在减少，特别是Faecalibacterium prausnitzii 和Akkermansia muciniphila的减少（这两种菌还能产生短链脂肪酸，丁酸和丙酸，从而支持粘膜屏障的完整性），并伴有粘附性侵袭性大肠杆菌的增加。

根据抗生素暴露可能导致丰度降低和某些菌群丢失，最近发表的一项Meta分析表明，抗生素暴露似乎增加了诊断克罗恩病而不是溃疡性结肠炎的几率。

· IBD中抗生素治疗有待进一步研究证实

此外，有一些证据表明，IBD中抗生素治疗的与更严重的疾病过程有关。虽然正常人类微生物组成的短期和长期变化可能影响IBD的易感性和病程，但抗生素引起的失调与IBD的发展之间的因果关系尚未得到证实。

在出现IBD和合并症的情况下，情况会变得更加复杂。肠易激综合征和伴发的原发性硬化性胆管炎(PSC)患者的肠道菌群与单纯的肠易激综合征患者不同。它们显示出Prevotella和Roseburia属减少，几乎完全不存在拟杆菌门，而大肠杆菌显著增加。与PSC中肠漏作为肝脏炎症的驱动因素的作用一致。某些研究中抗生素治疗改善了的生化或组织学活性。然而不知道的是肠道菌群组成的改变还是胆道感染的治疗引起的。

点此查看更多关于炎症性肠病中宿主与菌群的相互作用

胃肠道感染

如前所述，完整的共生菌群通过多种机制（包括竞争营养物质、空间和结合位点）以及间接免疫介导作用和直接抗菌作用入侵病原体，从而保护胃肠道免受感染。

抗生素相关的继发性肠道感染易感性是众所周知的，肠杆菌科包括沙门氏菌、志贺氏菌和大肠杆菌，对于革兰氏阳性菌，包括艰难梭菌和肠球，特别是厌氧菌，似乎是定植抗性的重要介质。

· 某些菌的保护作用

某些主要来自厚壁菌门和放线菌门的菌，已被鉴定为通过各种直接和间接机制拮抗特定感染。

已有研究表明，Ruminococcus obeum菌对霍乱弧菌感染具有保护作用，多形拟杆菌和梭状芽孢杆菌相关的分段丝状细菌对革兰氏阳性菌具有保护作用。值得注意的是，在某些情况下发生肠源性感染时，这些保护性菌群自然扩大，改善了恢复，并提供了防止反复感染的优势。

· 抗生素引起的菌群变化促进结肠炎发生

抗生素治疗减少了肠道菌群的多样性和保护性分类群的数量，增加了对新感染的易感性，也产生了抗生素耐药细菌。抗生素引起的肠道微生物群分类和功能多样性的减少为孢子形成、孢子萌发和艰难梭菌毒素的产生提供了最佳条件，从而促进了肠结肠炎的复发。

因此，克林霉素和广谱β-内酰胺会对微生物组造成长期干扰，它们是最容易感染梭状芽胞杆菌相关腹泻的药物，尤其是当梭状芽胞杆菌菌株对致病药物有耐药性时。

结直肠癌

许多研究已经调查了菌群失调与结直肠癌（CRC）的关系。抗生素治疗后某些类群的丰富或丢失可能通过与粘膜免疫细胞和上皮细胞的失调菌群相互作用而导致癌变。

再加上其他危险因素，如遗传易感性、单菌种的慢性定殖，如脆弱拟杆菌可以促进上皮细胞增殖、呼吸内皮应激、DNA损伤，并促进小鼠体内的致癌性微生物群。

然而，考虑到饮食对肠道菌群和CRC的巨大影响，这种假说很难在人类身上得到验证。 当根据饮食模式对个体进行CRC风险分层时，高风险个体显示出产生短链脂肪酸的细菌数量减少，例如抗炎性F. prausnitzii 和 Eubacterium / Roseburia spp.，产次胆汁酸的菌群增加。

几个宏基因组研究表明，结直肠癌患者肠道菌群的细菌丰度中拟杆菌、厚壁菌、变形菌减少，而梭状杆菌门富集。

· 频繁使用抗生素与CRC风险之间存在关联

这些物种的丰度减少可能是用抗生素后失调的结果。支持这一假设的是，最近的一项病例对照研究表明，频繁使用抗生素与CRC风险之间存在关联。一项包括300多万人在内的队列研究也可以证明，与使用一种或少于一种抗生素处方的人相比，过去3年内使用过6 种或更多抗生素处方的人患癌症的相对风险为1.37（95%CI 1.34-1.40），患CRC的风险为1.15（95%CI 1.04-1.26）。

即使在纠正了诸如生活方式、共患病和联合用药等潜在的混淆因素之后，在另一项研究中也报道了青霉素和CRC重复给药的关联。由于这类队列研究的性质，只能知道关联而不能解决因果关系。可以想象，免疫系统较弱的患者（因为这是恶性疾病的风险之一）更容易发生需要使用抗生素的感染。

这可以解释为什么在其他研究中也描述了恶性肿瘤的风险更高，例如非霍奇金淋巴瘤或乳腺癌，却没有说明抗生素引起的微生物群变化是这些恶性肿瘤的潜在原因。

代谢性肝病

肠道与肝脏之间的在解剖上和功能上密切联系表明，微生物群可以在多个层面上影响肝脏功能，并促进各种慢性肝病和代谢性疾病的发病。

· 菌群失调与肝脏炎症

很长一段时间以来，人们都知道，菌群失调会导致肥胖相关的非酒精性脂肪肝（NAFLD）的发展。在20世纪80年代，人们发现非酒精性脂肪性肝炎（NASH）在肠道转流后细菌过度生长后发展起来的，但在用甲硝唑进行抗菌治疗后有所改善。有证据表明，与其他因素相结合，失调可能导致门静脉循环中细菌产物的异常积聚，并导致肝脏炎症。

· 菌群可能通过不同机制驱动NAFLD

新的研究表明，肥胖的NAFLD患者粪便中的微生物群显示，厚壁菌门尤其在乳杆菌科和毛螺菌科中富集，同时也存在着瘤胃球菌科的缺失。

与没有NASH的肥胖NAFLD患者相比，有肝脏炎症表现的患者仅在变形菌门内表现出显著差异。这些结果表明，肠道微生物群可能通过不同的机制独立地驱动NAFLD的不同方面，如肝脏炎症或肝脏脂肪变性。NASH尤其涉及紊乱的肠道菌群代谢后果。

在NASH患者中观察到的血液中乙醇水平升高是否是肠道微生物群内源性生产的结果仍是一个有争议的问题。一项针对NAFLD与失调菌群组成的系统得出了有关联的结论，但没有因果关系的证据。

· 菌群与疾病的关系中发现使用抗生素的价值

动物模型显示，肠上皮的固有免疫（toll样和NOD样受体）是如何严格调控肠道微生物群，从而控制NAFLD和NASH的进展的。在这些模型中，Revotellaceae和卟啉单胞菌科（均来自拟杆菌门）是与肝脏疾病进展相关的丰富物种中的两个，可使用广谱抗生素来消除。

靶向肠道微生物群以减轻肝损伤可能是预防炎症性、代谢性和自身免疫性肝病并发症的最有希望的方法之一。

07

结 语

抗生素的发现是现代医学最重要的进展之一。我们看到抗生素在发挥作用的同时，其耐药性的发展将比治疗这些感染的新药物的出现更为迅速，因此需要更好地理解控制抗生素耐药性传播的分子、进化和生态机制。

当然我们也不必恐慌，DNA测序技术和基因组学研究的最新进展使我们能够跟踪抗生素耐药性的演变。有效的疫苗和更快、更敏感的诊断在内的其他策略也有助于减少耐药性的出现。其他也有很多科研成果给我们带来新的希望。

综合微生物群、抗生素和相关疾病之间的双边联系的间接证据，重要的是要认识到，抗生素的影响并不总是对宿主有害，也可能在疾病中提供治疗机会。抗菌疗法可通过长期改变肠道微生物群来调节各种疾病，包括代谢、自身免疫和传染病。

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 附录：

较为常见的抗生素种类作用

磺 胺 类 药 物

磺胺类药物是一种抑菌、抗代谢物药物，可抑制叶酸的合成。它们是对氨基苯甲酸（PABA）的类似物，是二氢翼状体合成酶的竞争性抑制剂。堵住叶酸的合成，诱导DNA、RNA和蛋白质合成的抑制作用。

磺胺类药物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有广谱活性。它们主要用于治疗简单的尿路感染和诺卡氏菌相关感染。磺胺乙酰胺用于局部和眼科细菌感染。

磺胺类药物应用最广泛的是磺胺甲恶唑，由于其在抑制叶酸合成的后续步骤中的协同作用，通常与吡甲恶唑合用。它们是针对易感形式的链球菌、金黄色葡萄球菌的抑菌抗生素，包括来自社区获得性甲氧西林耐药葡萄球菌的皮肤感染。

此外，磺胺类药物对口腔厌氧菌和一些革兰氏阴性棒（如大肠杆菌和流感嗜血杆菌）具有活性。

青 霉 素

青霉素类的所有成员都是6-氨基戊二烯酸的衍生物，含有β-内酰胺环结构，对抗菌活性至关重要。

青霉素以及其他β-内酰胺类抗生素具有间接杀菌活性。它们抑制肽聚糖在细菌细胞壁中的交联形成，附着在称为青霉素结合蛋白（pbps）的细菌酶上，从而激活细胞壁自溶。

青霉素的分类取决于侧链上附加的化学替代物的基础，与青霉素G相比，侧链上附加的化学替代物主要通过向革兰氏阴性菌延伸而导致生物利用度和活性谱的差异。

根据活性谱识别出4个青霉素亚类：

窄谱或天然青霉素，非常窄谱（或耐青霉素酶的青霉素），广谱或氨基青霉素，广谱或抗假性青霉素。窄谱青霉素类包括青霉素V、青霉素G、普鲁卡因青霉素和苄星青霉素。

抗药性的出现一直是开发新型青霉素的主要动力之一。

青霉素的两个最显著的作用可能是治疗风湿热和梅毒。在1945年至1975年期间，仍然是早期梅毒和潜伏梅毒的推荐治疗方法的苄星青霉素G使梅毒的发病率和死亡率下降了近90%。

耐青霉素葡萄球菌的迅速出现促使人们研究药物替代品。在20世纪50年代末，围绕6-氨基青霉烷酸的半合成提出了一类新的抗青霉素酶青霉素：苯唑西林、甲氧西林、氯唑西林和双氯唑西林。

这些抗生素也被称为抗葡萄球菌青霉素，因为它们与青霉素G相比具有窄谱的活性。它们仅用于治疗对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌（MSSA）。重要的是要强调非常窄的活性谱和MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）菌株的迅速出现。

青霉素的大规模扩张是在1940年至1960年期间，Rolison博士在比查姆研究实验室的工作中完成的。目的是鉴定具有抗菌活性的化学结构，扩大活性谱，提高生物利用度和口服吸收。

氨苄西林和阿莫西林是第二代青霉素或广谱青霉素的第一批抗药药。氨苄西林被引入以获得对革兰氏阴性菌更好的覆盖，但很快人们认识到这些微生物的菌株具有可变的敏感性。它们呈现相同的化学结构，但口服阿莫西林后显示出较高的血清浓度。

第二代青霉素对许多细菌都有活性，包括链球菌和葡萄球菌、肠球菌、单核细胞增多性链球菌、梭状芽胞杆菌和炭疽杆菌等非青霉素产生菌。在革兰氏阴性菌中，这些青霉素对流感嗜血杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌有活性。

阿莫西林

阿莫西林（1972）被认为是治疗由化脓性链球菌引起的急性中耳炎和上呼吸道感染的首选药物。

阿莫西林在治疗简单的尿路感染时也表现出抗粪肠球菌的活性，但考虑到大肠杆菌和肠杆菌科菌株的高耐药率，阿莫西林并未广泛用于这些病原体。

考虑到与该感染相关的致癌风险，阿莫西林在治疗和根除幽门螺杆菌方面的作用极其重要。最后，阿莫西林被广泛用于治疗孕妇尿道炎和宫颈炎。

氨苄西林仍然是治疗婴幼儿肺炎球菌性肺炎的首选药物，同时也是李斯特菌病的首选药物。

下一代青霉素的代表是羧苄青霉素、替卡西林和哌拉西林。这些广谱抗生素对革兰氏阳性球菌，厌氧菌和革兰氏阴性菌具有活性。 而且，这些药物可抵抗某些生物体的染色体β-内酰胺酶。

哌拉西林-他唑巴坦的组合于1995年推出，由于对革兰氏阳性细菌（包括链球菌和肠球菌）的高活性，因此可能是使用最广泛的组合，但对耐甲氧西林的葡萄球菌无效。

然而，这种组合的主要优点是对革兰氏阴性杆菌特别是铜绿假单胞菌具有活性。

链 霉 素

在整个19世纪，结核病及其所有临床表现代表了年轻人最常见的死亡原因。链霉素是第一种分离的氨基糖苷类药物，也是第一种治疗结核病的抗生素。此外，链霉素为临床研究的发展开辟了道路。

链霉素是一种蛋白质合成抑制剂和杀菌抗生素。它与细菌核糖体30s亚基的小16Sr RNA结合，导致密码子误读和抑制蛋白质合成。

主要用途是治疗分枝杆菌感染，并作为第四种药物与异烟肼，利福平和吡嗪酰胺治疗结核病。

链霉素已被证明在体外和体内对革兰氏阴性微生物具有活性，如布鲁氏菌、肉芽肿性克雷伯菌和肺炎克雷伯菌、大肠杆菌、蛋白质杆菌属、产气杆菌、特氏杆菌、杜氏嗜血菌、流感嗜血杆菌和鼠疫杆菌等，以及链球菌和粪肠球菌等阳性细菌。

头 孢 菌 素

按时间顺序，头孢菌素是继青霉素之后发现和开发的β-内酰胺类抗生素中的第二类。头孢菌素的化学结构含有β-内酰胺环，和一个含有硫和氮原子的六元环融合。

在美国最常见的处方药和临床依赖抗生素的药物中，这些药物制剂占医院开支的很大一部分。

头孢菌素作为内酰胺类抗生素，主要具有杀菌作用，其主要作用方式是干扰细菌细胞壁的合成。

个别头孢菌素的抗菌活性是可变的，受多种因素的影响，包括抗酶降解的能力和穿透细菌细胞壁的能力。

一般来说，头孢菌素在治疗耐青霉素的肺炎链球菌、表皮葡萄球菌、粪肠球菌、肺炎支原体、艰难梭菌或肺炎衣原体方面历来不是首选抗生素。

与前一代相比，头孢菌素的渐进世代在革兰氏阴性抗菌特性方面表现出渐进性的改善，通常对革兰氏阳性生物体的活性降低。

第一代头孢菌素

在所有头孢菌素中，第一代头孢菌素，如肠外药物头孢霉素和头孢唑林以及口服制剂头孢氨苄对革兰阳性菌、甲氧西林敏感葡萄球菌和非肠道链球菌最为有效。

第二代头孢菌素

第二代半合成衍生物头孢克洛于1979年在美国上市。作为一个整体，第二代头孢菌素对革兰氏阳性菌的疗效较低，而对革兰氏阴性菌（包括流感嗜血杆菌、产气大肠杆菌和某些奈瑟菌）的临床应用效果更高。

值得注意的是，第二代头孢菌素中唯一能跨越血脑屏障的是用于治疗脑膜炎的头孢呋辛。

第三代和第四代药剂的活性通常被认为是广谱的，尽管某些成员对革兰氏阳性生物的活性降低，但与第一代和第二代相比，对革兰氏阴性生物的活性进一步提高。第三代头孢菌素可能在治疗医院获得性感染，尤其是社区感染方面具有临床应用价值，尽管越来越多的超广谱β-内酰胺酶降低了这类抗生素的临床应用。

第三代头孢菌素

也能穿透中枢神经系统，使其对肺炎球菌、脑膜炎球菌、流感嗜血杆菌、易感大肠杆菌、克雷伯菌和耐青霉素的淋病奈瑟菌引起的脑膜炎有效。更具体地说，第三代头孢菌素经常是淋病的临床治疗选择。

第四代头孢菌素

包括头孢哌罗、头孢吡肟和头孢克立定，是对肠杆菌属、柠檬酸杆菌属和粘质沙雷氏菌具有增强活性的广谱头孢菌素。同时它与氨基糖苷类药物或氟喹诺酮类药物联合治疗，为严重的铜绿假单胞菌感染也提供了更多的治疗选择。

新一代

进一步开发用于临床的新一代头孢菌素。头孢吡普（2002）和头孢洛林（2005）被认为是第五代头孢菌素，但这一术语仍有争议。头孢吡普和头孢洛林可能不易产生耐药性，从而为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌提供治疗选择。

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主要参考文献

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炎症性肠病中宿主与微生物群的相互作用

炎症性肠病（IBD）是一种慢性且易复发的肠道炎症性疾病。全球500多万人受其困扰。

这种疾病是由多种遗传和环境因素共同作用引起的，这些因素改变了肠道的稳态，从而引发了基因易感个体的免疫介导炎症反应。

炎症性肠病包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。

两者异同：

虽然克罗恩病和溃疡性结肠炎的发病机制都涉及肠道炎症，但这两种疾病在几个方面有所不同，包括与特定易感位点的关系、与疾病相关的免疫反应和病理类型。

这两种形式的IBD发病机制的一个关键方面是它们与生活在肠道中的共生微生物的存在有关。

寄主共生体参与了许多宿主的生理过程，包括消化和代谢功能、上皮屏障的调节、宿主免疫系统的发育和调节以及对病原体定植的保护。

IBD的一个关键特征是肠道微生物群失调，然而，失调在疾病中的确切作用仍然鲜为人知。

大量共生微生物靠近上皮表面是对粘膜免疫系统的一个独特挑战，因为它必须保持对入侵病原体的免疫反应的能力，同时避免对肠道微生物群产生有害的炎症反应。

这篇文章主要围绕以下几个问题展开讨论：

被称为“粘膜防火墙”的保护机制包含哪几种策略来维持稳态？

IBD相关的基因突变如何破坏粘膜防火墙？

IBD相关的遗传缺陷如何导致病变积累和渗透到肠道组织，从而进一步促进失调和炎症？

如何将微生物群作为IBD的潜在治疗方法？

粘膜防火墙

肠道中大量的共生微生物被单层上皮细胞从宿主组织中分离出来。为了维持其与肠道菌群的稳态关系，宿主已经进化出几种策略来减少微生物与上皮表面的接触，并限制可能引发不必要的炎症反应的渗透共生体的存在。

促进共生体与上皮分离的保护机制

宿主通过几种机制限制潜在有害的微生物接近粘膜表面，包括粘液分泌、抗菌蛋白和免疫球蛋白释放到肠腔。

我们先结合图1来看看大小肠的特点。

在大肠中，有两个明显不同的粘液层：

而小肠呢，没有像大肠那样清晰的内部粘液层，但它含有大量的Paneth细胞，这是一种特殊的肠道细胞，富含抗菌分子。为响应细菌刺激，Paneth细胞将富含的抗菌分子（包括α-防御素）释放到肠腔中，以限制共生菌的积累。

此外，小肠中的肠上皮细胞（IEC）分泌抗微生物凝集素，例如再生的胰岛衍生蛋白3γ（REG3γ），其在粘液层中积累并进一步促进微生物从宿主中的分离。

【名词小讲堂】

肠上皮细胞（IEC）：

· 肠道上皮细胞是体内与外界之间的一个重要的保护屏障。

· 它由不同功能性的肠道干细胞群体共同维持，是具有极性的柱状上皮细胞，参与肠道的消化，吸收，分泌，免疫屏障和应激反应等。

· 粘膜上皮内含有大量的免疫细胞和免疫分子，是机体内最大的免疫组织。

再来看固有层（也就是图1 蓝色部分）

虽然固有层基本不存在急性炎症细胞，但某些嗜中粒细胞可以稳定迁移至肠腔侧，通过多种机制杀死上皮表面附近的细菌，包括诱导氧化猝发。

【名词小讲堂】

氧化猝发(Oxidative burst )：可直接杀死细菌的吞噬细胞迅速产生活性氧。

 图1 粘膜防火墙

图注：杯状细胞分泌糖蛋白，包括粘蛋白2（MUC2），形成粘液屏障，防止肠腔中的微生物与上皮接触。在小肠中，松散形成的粘液层包裹上皮细胞，而在大肠中，内部粘液层基本上没有细菌，粘液共生体仅限于外部粘液层。

位于小肠隐窝的Paneth细胞构成性地表达杀微生物α-防御素。微折叠（M）细胞是一种特殊的上皮细胞，覆盖淋巴组织，如Peyer‘s斑片，便于抗原取样。树突状细胞（DCS）样本抗原在Peyer‘s斑片中由m细胞传递，或可能直接在腔内通过投射穿透上皮层。

分泌性IgA（SIgA）是由位于 Peyer‘s 斑片中的浆细胞产生的，通过转胞分泌穿过上皮进入肠腔。大多数 SIgA 是在 Toll 样受体（TLR）通过微生物抗原参与T细胞和 b 细胞后产生的，并与广泛的肠道微生物低亲和力结合，防止它们在上皮中易位。滤泡辅助（TFH）细胞依赖性反应通过支持高亲和力IgA的产生进一步促进稳态，后者与选择细菌结合。

髓系细胞衍生细胞因子，包括IL-1β、IL-6和IL-23，促进t辅助17（Th17）细胞分化和第3组固有淋巴样细胞（ILC3）的激活。由ILC3S和Th17细胞产生的IL-22通过诱导抗菌肽（AMPS）的表达，包括再生胰岛衍生蛋白3γ（Reg3γ），进一步加强共生体的分离。

il-22还能促进岩藻糖基转移酶2（fut2）介导的上皮性糖聚糖的岩藻糖基化，以支持微生物共生，防止潜在有害细菌的入侵。如果细菌能够克服这些障碍，IL-17刺激的中性粒细胞可以消除根尖上皮表面附近的病理组织或那些已经到达固有层的病理组织。

TH1细胞源性干扰素γ（IFNγ）进一步增强了巨噬细胞和DCs对微生物的杀灭作用。细菌特异性IgG的产生通过结合病理生物促进调理作用来控制全身感染。此外，渗透微生物被肝和脾巨噬细胞中的Kupffer细胞吞噬，以控制系统传播。

接着看下细胞因子IL-22的作用。

细胞因子IL-22还通过作用于上皮细胞介导屏障功能和抗微生物宿主防御，在建立宿主-微生物相互作用中发挥作用。例如，第3组固有淋巴细胞（ILC3s）分泌IL-22是抑制共生细菌所必需的，因为它诱导了抗菌肽的表达，从而阻止了Alcaligenes spp 的全身性传播。

IL-22的天然来源对于控制肠道内分段丝状菌（SFB）的增殖和限制T辅助17（TH17）细胞介导的结肠炎也很重要。

【名词小讲堂】

分段丝状菌（SFB），一种与梭菌有关的细菌，主要居住在小鼠的末端回肠，并促进辅助17细胞的发育。

IL-22还促进上皮聚糖岩藻糖基化，以支持适应岩藻糖作为营养源的共生细菌的生长。IL-22信号传导和岩藻糖基化的中断导致更易感染肠道和结肠炎，部分原因是条件致病菌的过度生长。

免疫系统常见抗体—IgA（有益菌的好伙伴）

IgA也能促进肠道细菌从上皮表面的分离，IgA是由肠道相关淋巴组织中的浆细胞产生。

大量的聚合物IgA在上皮细胞中跨通道进入内腔，其中IgA通过包被细菌和结合微生物抗原及其毒素来维持屏障功能，并塑造微生物的组成。

IgA反应在体内平衡过程中通过T细胞独立和T细胞依赖过程发生。IgA抗体具有典型的多反应性，与微生物脂多糖、DNA和鞭毛抗原结合亲和力低。通过Toll样受体（TLR）参与的微生物感测可以直接刺激IgA的产生，从而提供针对肠道炎症的保护。

【名词小讲堂】

Toll样受体（TLR）：

·  TLR是参与非特异性免疫（天然免疫）的一类重要蛋白质分子，也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。

·  TLR是单个的跨膜非催化性蛋白质，可以识别来源于微生物的具有保守结构的分子。

·  当微生物突破机体的物理屏障，如皮肤、粘膜等时，TLR可以识别它们并激活机体产生免疫细胞应答。

此外，T细胞对于MYD88对微生物信号的内在感应对体内IgA稳态反应对预防营养不良和肠病非常重要。

【名词小讲堂】

髓样分化因子（MYD88）：是Toll样受体(TLR)信号通路中的一个关键接头分子,在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。 

肠道微生物群中的某些菌在结肠炎期间被IgA包被，当转移到无菌动物时，可增强对结肠炎的易感性，这表明在失调期间优先结合IgA可识别与IBD相关的菌群。

而大多数共生体强烈诱导T细胞独立的IgA结合，“非典型”细菌，如SFB，M. schaedleri，Prevotella spp.和Helicobacter sp. flexispira，可以逃避T细胞独立抗体应答，使其非常接近上皮表面，在上皮表面引发抗原依赖性，高亲和性，T细胞依赖性IgA反应。

这些研究表明，IgA可以通过促进有益共生菌的定殖来强化“健康”的微生物群落，但是，一旦在失调的状态下，可能会诱发IgA对潜在致病菌的免疫反应。

防止在粘膜中积聚的保护机制

前面小节提到的：促进共生体与上皮分离的保护机制并不是万无一失的。

考虑到存在于上皮表面附近的大量微生物，并不是所有的微生物都能守规矩，其中一小部分就可以在稳态条件下突破上皮屏障。为了应对这种情况，宿主免疫系统就发展出具有限制粘膜破坏性炎症和将渗透性微生物传播至全身组织的策略。

它可以让大量存在于上皮下面的特殊固有层巨噬细胞去杀死细菌共生体，通过多种机制吞噬和杀死渗透微生物，包括产生抗菌分子和活性氧。

在稳态条件下，这些驻留巨噬细胞在微生物感应方面有缺陷，因此不会引起炎症反应，这是一种通过IL-10刺激介导的调节活动。

肠道微生物也可以被固有层中的树突状细胞（DCs）吞噬并运输到肠系膜淋巴结，在那里，含有树突状细胞的细菌诱导保护性IgA和调节性T（Treg）细胞；这些树突状细胞不能到达全身的二级淋巴结结构，从而限制了它们的全身传播。

【名词小讲堂】

树状突细胞（DCs）：

· 也称DC细胞，最早是由加拿大学者Steinman于1973年发现的

· 是功能最强的抗原提呈细胞，因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名。

全身部位的控制

尽管前面强调存在坚固的粘膜防火墙，但依然会有非常小部分的肠道微生物可通过静脉门系统或血管系统扩散（图1）。  不过这些微生物到了那之后，肝脏会派出kupffer细胞或脾脏派出的巨噬细胞来把这些偷跑出来的菌吞噬和杀死。

共生菌还可以通过T细胞依赖和T细胞独立机制诱导IgG稳态反应。IgG抗体可以通过识别高度保守的蛋白质（例如murein脂蛋白）来结合多种细菌，包括变形杆菌和相关病原体，以限制细菌从肠道的全身传播。

此外，IgG2b和IgG3等型与IgA结合的共生物种具有相似的反应性，可以在母乳中转移给新生儿；这些母体IgG等型与IgA结合新生儿微生物群，以限制异常的共生特异性T细胞介导的炎症。

在缺乏IgA或MYD88和TIR结构域的动物中，系统性IgG对微生物群的反应增强，这些结构域包含用于TLR介导的细菌感应的干扰素-β（TRIF）信号适配器。

这种增强的IgG反应很可能代表由于适应性降低和渗透性共生细菌被杀死而导致的全身组织中共生菌增加的补偿性适应。

病原体的逃避

肠道病原体已经进化出多种策略来破坏和逃避粘膜防火墙，限制细菌共生体进入粘膜组织。几种病原体，包括肠沙门氏菌、Shigellaflexneri、Yersinia enterocolitica和霍乱弧菌，都会产生粘蛋白降解酶。

此外，肠道病原体已经进化出抵抗机制对抗IECs产生的抗菌蛋白。例如，肠杆菌可表达参与调节抗菌肽抗性的脂多糖修饰的基因，以及参与抗菌肽固存、外排和降解的基因。

同样，Listeria monocytogenes 使肽聚糖中的N-乙酰氨基葡糖残基脱乙酰化，从而逃脱了溶菌酶的溶菌活性，溶菌酶是Paneth细胞产生的一种酶。

与细菌共生体不同，肠道产生毒力蛋白，以逃避吞噬细胞中的溶酶体降解。进入肠细胞后，S. enterica 会破坏液泡膜并逃逸到宿主胞浆中，从而逃避自噬介导的降解，复制并在IECs之间传播。

在中性粒细胞中，S.flexneri 可以通过超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的表达来抑制活性氧介导的杀伤。因此，肠道病原体已经进化出多种机制来逃避粘膜防火墙。也许与IBD更相关的是，在缺乏粘膜防火墙的一个或多个组件的易感宿主中，致病菌就有可能引发疾病。

IBD粘膜防火墙破裂

在上一小节，主要解释了坚固的粘膜防火墙，它是如何来保护宿主，在这一小节我们来看，在IBD患者中这个粘膜防火墙是如何被摧毁的。

减少微生物与上皮细胞表面接触的稳态过程的破坏可能会增加IBD发病的易感性，因为观察到多个IBD易感基因编码蛋白质，它们可以限制细菌共生体进入粘膜或促进细菌杀灭。

图2  炎症性肠病粘膜防火墙的破裂

炎症性肠病易感基因的突变会损害宿主用来防止有害微生物进入固有肠板的粘膜策略。

在小肠中，核苷酸结合寡聚结构域2（NOD2）和自噬相关基因（ATG16L1, IRGM, XBP1 and LRRK2）的变异导致Paneth细胞衍生抗菌肽（AMPS）的分泌减少。

肿瘤坏死因子15和IL23R基因多态性可影响第3组固有淋巴样细胞（ILC3s）和T辅助17（Th17）细胞，通过产生IL-22和IL-17从粘膜分离细菌共生体。

克罗恩病相关的吞噬细胞（如巨噬细胞和树突状细胞（DCs）中的NOD2功能丧失突变损害细菌识别。

肠上皮细胞自噬相关基因（ATG16L1, IRGM and NOD2）的突变可能导致细菌清除缺陷。

在大肠中，吞噬体烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸氧化酶复合物（CYBB, CYBA, NCF1, NCF2, NCF4, RAC1, RAC2）组分或调节因子的遗传变异损害了活性氧的氧化爆发和产生，导致吞噬细胞中细菌的杀伤缺陷。

功能丧失突变在IL10R改变肠道免疫稳态，导致失调的T细胞反应。

FUT2，岩藻糖基转移酶2；M，微凝胶；MUC2，粘蛋白2；SIgA，分泌性IgA；TGFβ，转化生长因子β；Treg细胞，调节性T细胞。

从上皮表面分离共生菌

在小鼠中，MUC2（图2左上角）的缺乏会导致粘液层异常，从而促进微生物群与肠上皮表面的紧密接近并导致自发性结肠炎。

在溃疡性结肠炎患者中观察到的共同特征是隐窝深处细菌与上皮紧密接触。

岩藻糖基转移酶2（FUT2）中的功能缺失变异，编码一种促进粘膜屏障功能的蛋白质，与克罗恩病易感性增加有关。

NOD2

核苷酸结合寡聚结构域2（NOD2）的遗传变异是第一个与克罗恩病相关的基因变异，也是已知的疾病发展的最强遗传危险因素。但光靠NOD2是不会感染的，它需要辅助条件。

NOD2是一种细胞内受体，能感受肽聚糖衍生的壁酰二肽并诱导对细菌的免疫反应。NOD2在Paneth细胞中表达，可能调节其抗菌功能。然而，Paneth细胞消融或基质金属蛋白酶7（MMP7）缺乏，可将不活跃的前α-防御素转化为杀菌形式，不会导致小鼠自发性炎症。

这表明IBD的发病机制需要额外的遗传缺陷或存在特定的致病菌，而这些致病菌在绝大多数在特定无病原体（SPF）条件下饲养的小鼠微生物群中均未发现。

克罗恩病与基因变异

克罗恩病相关蛋白自噬相关蛋白ATG16L1中的突变也可能通过损害Paneth细胞内分泌颗粒的胞吐作用而导致回肠疾病，这种活动限制了细菌共生菌的渗透。

未折叠蛋白反应（UPR）转录因子X-box结合蛋白1（XBP1）的基因变异与克罗恩病风险增加有关。XBP1特异性上皮缺失导致Paneth细胞内质网应激和结构缺陷。

值得注意的是，IECs中UPR和自噬通路的损伤与自发性克罗恩病（如跨壁回肠炎）有关。

两个克罗恩病易感基因，TNFSF15和IL23R，调节ILC3s和TH17细胞，它们在通过产生IL-17和IL-22抑制共生微生物方面起着至关重要的作用。

然而，还需要进一步的研究来了解这些基因的变异是如何与克罗恩病联系在一起的。

防止粘膜共生积累

利用固有层中的特殊大噬菌体杀灭细菌共生体，在限制黏膜损伤性炎症和防止渗透性微生物传播方面具有关键作用。

在肠道中，NOD2由吞噬细胞、上皮细胞、基质细胞和Paneth细胞表达。

值得注意的是，NOD2缺乏与CYBB（也被称为NOX2）的缺乏——吞噬体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶复合物的一个组成部分，其通过氧化猝发杀死细菌-在小鼠中触发M. schaedleri的增殖和自发性克罗恩病样TH1细胞驱动性结肠炎。

由于克罗恩病相关的NOD2变异体是功能丧失突变，因此吞噬细胞或肠和/或基质细胞内产生的细菌感应减弱可能促进病理生物的管腔累积和粘膜渗透，导致T细胞介导的肠道炎症。

然而，NOD2相关的克罗恩病是否是由人类体内特定病理生物的积累引起的，还需要进一步的研究。

NOD2在自噬中也有作用，自噬是一种介导溶酶体降解和细胞内细菌清除的途径。

NOD2将克罗恩病相关蛋白ATG16L1募集到细菌进入部位的质膜上，但克罗恩病相关的NOD2变异体有缺陷的ATG16L1募集和受损的细菌诱导的上皮内自噬。

除ATG16L1外，免疫相关GTPase家族M（IRGM）和富含亮氨酸重复激酶2（LRRK2）也调节自噬途径，这些基因的变化与克罗恩病风险有关。

由于自噬的缺陷损害了细胞内细菌的清除能力，可以想象，自噬相关基因的突变可能导致病理生物在肠道中的渗透和炎症。

在极早发性IBD患者中，细菌感染与IBD易感性之间的联系是一个明显的例子，它与吞噬细胞NADPH氧化酶复合物的组分和调节基因的遗传变异有关。

同样，高达40%的慢性肉芽肿性疾病，由NADPH氧化酶组分的功能突变导致的原发性免疫缺陷病，发展为克罗恩病样结肠炎。

总的来说，这些观察表明，杀死细菌共生体的缺陷促进了克罗恩病的发展。

共生的有益影响

共生细菌通过增强粘膜防火墙来促进保护性免疫，这些防火墙限制了共生体的渗透，同时控制了对微生物的异常T细胞反应。破坏这些相互作用的宿主-共生相互作用可能会促进对IBD患者的失调菌群的不适当免疫反应。

诱导保护性免疫反应

肠道微生物群在调节宿主免疫以建立和维持肠道稳态方面起着至关重要的作用。

图3 共生体的有益作用。

分段丝状细菌（SFB）与肠上皮的粘附会触发血清淀粉样蛋白A（SAA）的释放，后者作用于固有层的树突状细胞（DCs）上，以刺激包括IL-1β和IL-23在内的细胞因子的分泌，并诱导视黄酸受体相关的孤儿受体-γt (RORγt)+ T辅助物17（TH17）细胞分化和第3组先天性淋巴样细胞（ILC3）激活。

由ILC3S分泌的IL-22增强了上皮的SAA产生，以增强Th17细胞介导的粘膜防御，包括抗菌肽（AMP）分泌和中性粒细胞募集。

共生体还通过Toll样受体（TLRs）诱导的B细胞内和T细胞内微生物传感诱导的IgA反应促进肠道稳态。分泌的IgA（SIGA）通过与肠道微生物结合和防止上皮易位而促进屏障功能。

同样，IgG的产生可以通过TLR对B细胞的参与直接发生，而粘液阿克曼菌Akkermansia muciniphila的肠道定植可以通过抗原特异性T滤泡辅助（TFH）细胞反应诱导稳态IgG的产生。此外，IgG有助于穿透上皮屏障的病原体的全身控制（未显示）。

限制不适当的炎症

Treg细胞起源于两种不同的个体遗传谱系：

胸腺来源的Treg（tTreg）细胞

外周来源的Treg（pTreg）细胞

大多数pTreg细胞在共生菌的存在下在胸腺外的结肠中发育，因为在无菌小鼠中，结肠中pTreg细胞的频率明显降低。

Treg细胞通过防止诱导不适当地的T细胞对微生物抗原的反应而在维持组织稳态方面起着至关重要的作用（图4a）

动物：

例如小鼠，缺乏对其调节或功能有重要作用的Treg细胞或因子（包括IL-10、转化生长因子β（TGFβ）和αVβ8整合素）的小鼠会发生自发性结肠炎。

人类：

与动物实验数据一致，IL-10受体突变的幼童会发展成结肠克罗恩病。

此外，FOXP3是Treg细胞发育所需的转录因子，其突变的小鼠和人类都有自身免疫性疾病，包括结肠炎。

图4 调节性T细胞支持肠道稳态

a | 外周来源的调节性T（pTreg）细胞和胸腺来源的Treg（tTreg）细胞抑制肠道异常炎症。Treg细胞产生IL-10和转化生长因子β（TGFβ），以抑制效应T辅助1（TH1）细胞和TH17细胞。另外，髓样细胞如巨噬细胞是IL-10驱动的肠内稳态的重要靶标。

肠道Treg细胞还通过抑制通过细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA4）介导的或T细胞受体（TCR）介导的抗原呈递细胞（例如树突状细胞（DCs））来抑制效应T细胞反应。自反应性tTreg细胞也可通过与微生物抗原的TCR交叉反应来促进抗原特异性免疫抑制。

b |共生体通过抗原依赖性和非抗原依赖性过程在pTreg细胞的外周培养中起着至关重要的作用。

细菌的巨噬细胞感应导致IL1β刺激的第3组先天淋巴样细胞（ILC3s）分泌粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GMCSF），进而增强视黄酸（RA）和IL10的DCs表达，以支持pTreg细胞分化和在结肠中扩散。

此外，除了RA和IL­10外，共生体还可以通过上皮细胞和DC促进TGFβ的表达。脆弱拟杆菌可通过与Treg细胞和DC表达的Toll样受体2（TLR2）结合的多糖A（PSA）增强Treg细胞的活性。

选择细菌种类可以直接诱导pTreg细胞分化；这些pTreg细胞对梭状芽胞杆菌和螺杆菌表达的抗原具有TCR特异性。这表明共生抗原在支持Treg细胞分化中起作用。

短链脂肪酸（SCFAs）是包括梭状芽孢杆菌在内的共生菌产生的发酵副产物，可通过表观遗传修饰或通过增强RA产生的DCs直接促进pTreg细胞群的扩张。

Treg细胞在抑制共生菌免疫反应中的作用也得到了证实，通过Treg细胞的共同转移，CD45RBhiCD4+T细胞转移到淋巴细胞减少小鼠中而引起的微生物依赖性结肠炎被清除。

pTreg细胞缺乏动物粘膜屏障的免疫病理学表明，tTreg细胞足以系统地维持对自身抗原的耐受性，而pTreg细胞在抑制肠道炎症方面具有非冗余的作用。

结肠pTreg细胞深受局部抗原的影响，TCR repertoire 不同于外周淋巴结和脾脏的类似Treg细胞，能够识别梭状芽孢杆菌和拟杆菌属表达的抗原，这进一步支持细菌对肠Treg细胞诱导的重要性（图4b）

IBD中共生关系的破坏

大量的证据表明，微生物群在引发IBD方面起着至关重要的作用。此外，与IBD相关的遗传缺陷与环境因素一起，可以诱导病理离子的积累和渗透到肠道，从而进一步促进肠道菌群失调和炎症反应。

引起IBD的微生物群

尽管没有一种病原体或致病菌被一致认为是IBD的病因，但多方面的证据支持微生物群在驱动肠道炎症中的重要作用。例如，粪便流改道可以减少或消除了回肠克罗恩氏病的炎症。

此外，在回肠切除术后，克罗恩病的复发取决于暴露于肠腔内容物。抗生素治疗可使活动期溃疡性结肠炎和克罗恩病患者病情缓解，并可预防某些克罗恩病患者复发。然而，考虑到这些药物对多种菌群的影响，抗生素研究的解释是困难的。

动物模型进一步支持肠道微生物群在IBD发病机制中的作用。例如，将结肠炎小鼠的粪便微生物群口服到健康动物体内就足以引发疾病。最重要的是，基因易感的小鼠在常规的微生物群的情况患上了结肠炎，但不是在无菌条件下。例如，SPF小鼠，而不是无菌小鼠，TCR基因缺失突变会导致结肠炎。

此外，在无菌的TCR缺陷小鼠中没有观察到结肠炎，这些小鼠被固定在一个确定的共栖群落中，这表明引发疾病需要特定的微生物。

IBD患者的菌群失调

对IBD患者体内微生物群的组成进行了广泛的研究。16SrRNA测序分析粪便和粘膜样本显示存在菌群失调，其特征是菌群多样性下降，厚壁菌门的某些属的改变和肠杆菌科物种的丰度增加。

这些改变在克罗恩病患者中比溃疡性结肠炎患者更为明显。一些研究还显示了拟杆菌属的变化，特别是在克罗恩病患者中。

研究发现，IBD患者与近亲（包括双胞胎）之间的微生物群也存在差异，这表明菌群失调与疾病有关，而不是与遗传因素有关。

然而，需要纵向研究来确定是否失调先于炎症的发生。与未治疗的克罗恩病患者在诊断时收集的粪便样本相比，粘膜样本中微生物群的失调更为明显。与溃疡性结肠炎相比，对粘膜样本的研究还显示克罗恩病中潜在有益菌的净损失更大，某些菌群包括克罗恩病中的肠杆菌科和溃疡性结肠炎中的瘤胃球菌属与疾病活动性的相关，以及克罗恩病中某些菌群与肿瘤坏死因子治疗反应的相关。

粪便样本的宏基因组测序显示，克罗恩病患者和非IBD患者之间存在明显的区分，而溃疡性结肠炎患者的差异更显著，总体上有菌群多样性丧失的趋势。

这些研究还发现IBD患者粪便中代谢物多样性的丧失与菌群多样性的丧失相当。尽管到目前为止，元基因组学的研究仅限于粪便样本的分析，但由于宿主来源的DNA在粘膜活检样本中含量很高，便于更深入理解IBD中微生物群的功能破坏。

其他微生物——真菌

虽然IBD中的大多数微生物组学研究都集中在细菌对疾病发病的贡献上，但也有一些研究强调了其他微生物在IBD中的重要性。例如，与健康人相比，克罗恩病患者结肠活检样本中真菌菌群多样性增加。同样，克罗恩病患者回肠粘膜标本和粪便标本中的真菌多样性增加，白念珠菌、棒状曲霉菌和新生隐球菌增加。

其他证据证实了IBD中真菌失调的存在，包括与健康受试者相比，酿酒酵母菌比例降低，白色念珠菌增加。值得注意的是，一些研究将真菌菌群多样性的增加与疾病的严重程度联系起来，并认为克罗恩病的环境有利于真菌而损害了细菌，或者抗生素治疗为真菌扩张创造了特定的生态位。

肠道真菌与宿主免疫受体dectin 1相互作用，该信号通过CARD9诱导炎症分子的产生和TH17细胞的反应。CARD9变异与发生IBD的风险增加有关。同样，Card9基因敲除小鼠改变了肠道真菌群落，增加了化学诱导结肠炎的易感性。此外，dectin 1基因的多态性与医学上难治的溃疡性结肠炎有关。

其他微生物——病毒

肠道中也含有大量的病毒，这些病毒可能在IBD的发病机制中起作用。例如，感染小鼠诺如病毒会导致潘氏细胞异常，出现克罗恩病易感基因ATG16L1的突变。

此外，FUT2的遗传变异与诺如病毒感染和克罗恩氏病的易感性有关。 可能与IBD相关的其他病毒是噬菌体。

IBD患者肠道病毒组的宏基因组测序显示，与对照组相比，Caudovirales 噬菌体有表达，这似乎不是继发于细菌菌群的变化；然而，这种扩增是队列特异性的，未在验证队列中得到证实。因此，需要更多的研究来了解真菌和病毒在人类IBD中的作用。

IBD 的前因后果

虽然在IBD早期微生物群的改变可以独立于治疗而发生，但没有直接证据表明生态失调在IBD发病机制中的因果作用。

在小鼠中，化学诱导的结肠炎和肠道感染会引发微生物群组成的强烈变化，其中一些变化与在IBD患者中观察到的变化相当，包括变形菌的增殖。

炎症导致肠腔氧合增加，硝酸盐和宿主电子受体的有效性增加，可驱动肠杆菌科的厌氧呼吸和增殖。

因此，在IBD患者的肠粘膜和肠腔中观察到的许多微生物群变化可能是继发于炎症。

在一个自发性克罗恩病的遗传模型中，纵向分析揭示了在结肠炎发病前单一或有限数量的致病菌的种群扩张，这种菌群足以在具有复杂微生物群的小鼠中引发疾病。

根据这些观察，失调可能分为早期和晚期两个阶段进行。

在早期，IBD相关的遗传和环境因素可能导致致病菌的积累，这可能先于临床疾病的发展。

尽管参与早期失调的致病菌的身份和数量尚不清楚，但在IBD动物模型中有限的证据表明，该细菌的遗传和代谢特征可能是重要的。

例如，schaedleri和Helicobacter hepaticus，这两种致病菌可以在遗传易感性小鼠中引发自发性结肠炎，产生毒力因子并生活在上皮附近，尽管这些活性在诱发结肠炎中的作用尚不清楚。当黏膜防火墙受到IBD易感基因突变的影响时，这种细菌特征可能降低局部穿透的阈值（图5）

图5 炎症性肠病中的生态失调

与炎症性肠病相关的遗传缺陷，再加上饮食和抗生素使用等环境因素，可能导致引起疾病的病原体积累和渗透到肠道固有层（早期失调）中，这可能先于临床显性疾病的发展。

炎症可导致细菌类群的更大变化，包括变形菌（晚期失调）的扩张，其途径是增强肠腔氧合，增加炎症肠道环境中的硝酸盐（NO3-）、宿主来源的氧受体和铁的可用性。

这种后期的失调还表现为微生物多样性全面下降，有益的共生体丧失，这可能导致粘膜粘附增加，共生微生物移位，从而引发慢性炎症。

DC，树突状细胞；TH细胞，T辅助细胞；Treg细胞，调节性T细胞；SCFAs，短链脂肪酸。

在晚期失调期间，肠道炎症推动了菌群的进一步变化，包括变形菌的增殖（图5）。鉴于肠道微生物群的不同菌群对宿主免疫系统和肠道屏障有有益的影响，某些菌群的缺失可能导致肠道炎症的加剧或消退。特定细菌的大量繁殖，如粘附性和侵袭性大肠杆菌，积聚在IBD患者的炎症粘膜中，可进一步促进炎症反应（图5）。

粘附性和侵入性大肠杆菌使用常见的1型菌毛粘附素FimH粘附到肠上皮，该粘附素可识别在克罗恩病患者回肠中异常表达的癌胚抗原相关细胞粘附分子6（CEACAM6）。 需要对来自IBD易感性增高的人群和/或IBD患者的黏膜样本进行精心设计的纵向研究，以了解其在疾病复发中的作用。

IBD患者对微生物抗原的适应性免疫应答

IBD患者常检测到T细胞和抗体对微量双抗原的反应增强，进一步证明了微生物群在疾病发病机制中的作用。与健康人相比，IBD患者产生大量抗共生细菌的IgG抗体，并且血清中抗真菌和/或细菌肽和聚糖的活性较高。尽管抗微生物抗体可以作为疾病和诊断的标志物，但这种抗体在IBD中的作用尚不清楚。鉴于健康的小鼠和人类产生了抗细菌共生体的抗体，IBD相关抗体高滴度的存在可能反映了IBD患者的适应性免疫反应增强或肠道内微生物抗原暴露增加。

除了体液反应外，在IBD患者中还观察到T细胞对微生物群的反应失调。早期研究表明，IBD患者炎症粘膜中的T细胞或单核细胞在肠道微生物抗原刺激后，其反应性较正常粘膜中的细胞有所增强。

然而，在IBD患者和健康人的血液和粘膜中都可以检测到CD4+T细胞对细菌共生体的反应。对微生物群有反应的人T细胞主要具有记忆表型，具有不同的TCR Vβ基因库，这与对多种微生物抗原的反应一致。

与人类数据一致的是，在结肠炎动物模型中也可以检测到对共生细菌和细菌抗原有反应的T细胞。CD4+T细胞对共有抗原的反应转移到淋巴细胞减少的动物体内足以引发结肠炎。

一些实验观察结果表明，致病性CD4+TH细胞可以在稳态条件下识别致病生物，而Treg细胞介导的免疫抑制对结肠炎的发展至关重要。然而，Treg细胞作用于效应T细胞抑制细菌引起的肠道炎症的机制尚不清楚。Treg细胞可以以抗原无关的方式抑制效应T细胞和/或通过其TCR作用于抗原提呈细胞以抑制抗原特异性效应T细胞。

针对微生物群进行治疗

目前大多数IBD的治疗方法，包括类固醇和生物药物，如抗肿瘤坏死因子或抗整合素治疗，都能抑制宿主免疫系统，但不直接针对引起或导致炎症的微生物。

鉴于炎症性肠病的治疗在不到50%的患者中可获得完全缓解，针对肠道微生物的治疗方法的发展可能为治疗炎症性肠病提供一种独特的方法。

图6 微生物治疗在炎症性肠病中的作用

鉴于肠道微生物群在炎症性肠病发病机制中的关键作用，针对肠道微生物的治疗方法的发展可能为治疗该疾病提供一种独特的方法。

粪便菌群移植（FMT）

直接有益效果：通过转移细菌衍生的代谢产物和噬菌体或通过恢复有益微生物而产生直接的有益效果。

间接有益效果：通过细菌成分间接产生有益的效果。例如，Toll样受体（TLR）由微生物相关分子模式（MAMPs）触发宿主固有免疫刺激。

抗生素

抗生素可能通过直接杀死致病菌或间接促进有益微生物的种群扩张而产生广泛的作用。

益生菌

使用益生菌制剂，如大肠杆菌Nissle 1917，可导致微球蛋白的分泌，微球蛋白是具有抗菌活性的小多肽，可直接抑制与肠杆菌科密切相关的细菌。

益生元

补充益生元可以促进有益共生菌的种群扩张，从而战胜有害细菌。

其他

合成工程微生物的给药可以通过调节免疫系统（例如通过分泌IL-10）对宿主产生有益作用。

饮食通过促进有益微生物的生长或减少致病微生物的消耗来塑造肠道微生物群的组成。

来自膳食多糖的短链脂肪酸（SCFA）也可以支持肠道调节性T（Treg）细胞群的分化和扩展。

随着对某些微生物的失调和免疫调节功能的进一步了解，研究人员为改善肠道微生物群以预防或改善IBD提出了一些创新的策略。

粪便微生物群移植（FMT）

IBD和反复难辨梭状芽孢杆菌感染的生物学特性：

门级多样性的丧失和肠杆菌科兼性厌氧菌（包括变形菌）的过度生长。因此研究人员想到了纠正微生物群落失衡可能会成为治疗IBD的有效方法。

临床效果

通过恢复肠道微生物群落多样性，粪便微生物群移植（FMT）在解决复发性艰难梭菌感染方面的高成功率增强了微生物群调节疗法的潜力。尽管已经接受FMT治疗的IBD患者数量有限并且对治疗的反应有所不同，但大约30％的溃疡性结肠炎患者已经实现了临床缓解。抗生素预处理和多次粪便输注似乎可以改善FMT在溃疡性结肠炎患者中的有效性。

也有研究人员对此持不同看法。

Rossen等人的一项双盲，随机，安慰剂对照研究未观察到FMT对溃疡性结肠炎患者有任何有益作用，其结果发表在Gastroenterology期刊。

此外，FMT在克罗恩病患者中的有效性仍不清楚，可能是因为目前的研究报告潜在疗效在队列规模上是有限的，并且缺乏安慰剂治疗组。需要进一步的研究，了解更多机制，来制定更有效的治疗方案。

抗生素

随机对照试验的Meta分析显示了抗生素在治疗克罗恩病和溃疡性结肠炎中的益处。

然而，使用抗生素来改变微生物群受到限制，因为在消灭致病菌的同时对有益菌也有影响，这可能带来不良后果。

由于相互矛盾的发现，在IBD治疗中抗生素的使用仍然有限，但使用广谱抗生素混合疗法的研究表明，它们可能重症急性结肠炎和慢性溃疡性结肠炎有效。

在未来，一旦确认了引起IBD的微生物代谢途径，就有可能用新一代抗生素专门针对它们。

益生菌

活微生物可能在几个方面是有利的。

一旦达到稳定的定殖，有益的微生物因子可以持续地传递给宿主，活菌可能会触发有益的免疫反应。通过服用益生菌，包括乳酸菌或双歧杆菌，有针对性地调节微生物群，已经成功地治疗了一些肠道疾病。

此外，在维持溃疡性结肠炎患者病情缓解方面，益生菌大肠杆菌Nissle 1917口服治疗与美沙拉嗪标准治疗具有相似的疗效。益生菌大肠杆菌Nissle 1917能分泌具有抗菌活性的微胞素，抑制可能加剧肠道炎症的竞争性肠杆菌科细菌。

但是，益生菌通常对微生物组的整体组成影响有限，因为这些细菌无法持久地定居健康的成年人。 在某些适应症中，同时补充益生元可以提高外源微生物的移入效率，包括增强对艰难梭菌的定植性。

合成生物学的进展为IBD的治疗和管理提供了创新的方法（如下图6）

给小鼠口服经工程改造以表达和分泌IL-10的乳酸乳球菌，足以保护它免受DSS和IL-10缺乏引起的结肠炎的侵害。

在一小群克罗恩氏病患者中，使用限制胸腺嘧啶的遏制策略安全地生产了重组的产生IL-10的乳酸乳球菌菌株，但仅引起了很小的疾病活动性改善。

由于乳酸杆菌的惰性，这种益生菌也被修饰以表达胰岛素生长因子1、血红素氧合酶1或丝氨酸蛋白酶抑制剂；当给小鼠口服时，这些合成的益生菌可以缓解实验性结肠炎的发展。然而，这些策略在临床试验中并不成功，可能是由于工程乳酸菌菌株不能持续地将IBD患者定殖。

靶向微生物代谢

精确定位有害微生物在失调期间增殖的代谢途径，对于改善小鼠结肠炎是有效的。例如，变形杆菌利用增加的氮源，包括在炎症肠中产生的一氧化氮，大量繁殖。

值得注意的是，靶向钼辅因子依赖的酶，需要使用一氧化氮进行厌氧呼吸，通过减弱肠杆菌科的增殖，包括变形菌，来保护小鼠免受DSS诱导的结肠炎。因此，开发针对有害菌代谢途径的药物可能为治疗IBD提供一种新的策略。

饮食

饮食在塑造微生物群的组成中起着重要作用，并可通过调节饮食来控制IBD症状。

全肠内营养（EEN）是IBD中为数不多的已被广泛研究的膳食干预措施之一，它是一种营养完整的无固体食物的元素和聚合物配方食品。在克罗恩病的儿科患者中，甚至与皮质类固醇一样有效，但没有与皮质类固醇治疗相关的副作用。

EEN能独立于其他环境因素迅速改变微生物群的组成，有效降低克罗恩病患儿的肠道炎症。EEN诱导克罗恩病缓解的机制尚不清楚，但它可能促进有益微生物的生长或减少致病生物。

在实验性DSS诱导的结肠炎中，一项对各种精制饮食的调查确定了洋车前子纤维的有益作用。而膳食蛋白（包括酪蛋白）的增加，粪便微生物密度的增加以及肠通透性的改变加剧了结肠炎的严重性。

寄主对结肠炎的易感性很大程度上依赖于形成微生物群的特定纤维或蛋白质成分的组合，可见饮食成分在IBD中非常重要。

结 语

在过去的十年里，人们关于微生物群-宿主相互作用以及遗传和免疫系统在IBD中的作用的了解有了大幅提高。然而，对于IBD发病机制的几个方面的认识仍很局限。

一个主要的问题是缺乏对引起易感个体炎症的IBD致病菌的识别。多种致病菌可能引起疾病，这些致病菌可能因患者特定的IBD易感位点而异。因此，利用具有相同或相似遗传缺陷的个体进行研究可能对鉴定这种微生物很重要。

识别引起IBD的微生物对于理解疾病的发病机制，监测患者这些病原体的改变以及合理开发新疗法具有重要意义。

动物模型为研究微生物群和免疫系统在疾病发展中的作用提供了重要的线索。然而，除了少数之外，这些模型并不是基于与人类疾病相关的遗传缺陷，也没有完全概括IBD的病理学。小鼠模型通常使用简化的微生物群，这种简化的微生物群不能反映完整肠道中发生的复杂的微生物-宿主相互作用。

未来，如果能开发出更适合人类IBD的新模型，掌握更多机制，或许能从微生物群的角度（比如说饮食干预）带来更多的治疗甚至是预防措施。

参 考 文 献

Caruso R, Lo B C, Núñez G. Host–microbiota interactions in inflammatory bowel disease[J]. Nature Reviews Immunology, 2020: 1-16.