-
CNAS L23010
国家高新企业 | ISO9001认证 | 肠道健康精准检测高新技术研发中心 | 专精特新企业
二级病原微生物安全实验室- 联系电话：+13336028502
- +400-161-1580
- service@guheinfo.com
CNAS L23010
国家高新企业 | ISO9001认证 | 肠道健康精准检测高新技术研发中心 | 专精特新企业 二级病原微生物安全实验室
谷禾健康
目前可获得的有关人类不同人群微生物组成的大量数据显示，总体而言，人类肠道中最丰富的细菌属于两个门，即厚壁菌门和拟杆菌门。而在拟杆菌门的成员中，有两个属占主导地位——拟杆菌属(Bacteroides)和普雷沃氏菌属(Prevotella)。
在任何生态系统中，某些生物体往往扮演着更为重要的角色。类似于在人类社会中，科学家和发明家对人类发展做出了重大贡献，肠道菌群社区中也存在一些关键物种，它们在菌群的定植、聚集、生存和保护方面发挥着重要作用。这些关键物种包括拟杆菌属的某些物种、普雷沃氏菌属的某些物种，以及其他一些共生菌。它们在维持肠道生态平衡和促进健康方面具有重要贡献。
普雷沃氏菌和拟杆菌是两类重要的肠道细菌，它们来自同一个祖先，但在进化过程中选择了不同的生存环境：
◆ 拟杆菌
拟杆菌是肠道中的“先驱开拓者”，从婴儿时期就开始在肠道定居。它们能够很好地适应肠道环境，主要有两个原因：
一是因为婴儿的饮食相对简单，主要是一些简单的糖类，而拟杆菌恰好擅长分解这些糖类，把它们转化为更简单的糖分，不仅自己获得营养，还能为其他细菌提供食物来源。
二是它们能够很好地利用肠道粘液层中的粘蛋白。这些粘蛋白就像”停靠站”，帮助细菌在肠道中定居。
此外，细菌居民获取营养物质可能需要：
1）细胞外多糖水解酶
2）细菌细胞表面的受体蛋白
3）适当的糖转运系统
4）细胞质碳水化合物降解酶
拟杆菌属成员的多糖利用位点(PUL)刚好包括：
分泌的糖苷酶
细胞表面聚糖结合蛋白的补体
TonB依赖性外膜寡糖受体/转运蛋白
细胞质膜中的摄取转运蛋白
细胞质碳水化合物代谢酶
然后它们通过多糖利用位点来获取和利用营养，这使其能在竞争激烈的肠道环境中占据优势的同时，还能影响其他菌的生存。
例如Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482菌株具有88个多糖利用位点，可用于降解各种聚糖，包括饮食衍生和宿主聚糖。还具有灵活的聚糖捕食能力，当膳食多糖变得稀缺时，它可以轻松切换到宿主多糖。在营养缺乏期间，这为肠道细菌组的生态系统提供了整体稳定性。
◆ 普雷沃氏菌
普雷沃氏菌属以微生物学家AR Prevot的先驱之名命名。普氏菌属包含50多个已鉴定的物种，除了存在于肠道，在人体的口腔和阴道丰度也较高。
虽然都是拟杆菌门下的革兰氏阴性厌氧菌，但普雷沃氏菌属的糖利用和分解能力弱于拟杆菌，并且缺乏参与戊糖磷酸途径的酶，如葡萄糖6磷酸脱氢酶、6磷酸葡萄糖酸脱氢酶，这使它们与拟杆菌属不同。
普雷沃氏菌属是肠道中的膳食纤维发酵剂，与地中海饮食呈正相关，特别是与高碳水化合物以及水果和蔬菜摄入量有关。
一项研究利用小鼠研究了拟杆菌和普雷沃氏菌在无菌小鼠体内的相互作用。实验结果显示，当两种细菌同时定植时，拟杆菌的数量超过普雷沃氏菌，但两者的数量都低于它们单独定植时的水平。这表明两种细菌之间可能存在拮抗作用。
通过进行 PubMed、Web of Science 核心合集和 Google Scholar 电子搜索确定了研究。我们发现85篇出版物报告了饮食模式对肠道微生物群落的影响，特别是普雷沃氏菌与拟杆菌(P/B)比率。但单一饮食成分对普雷沃氏菌的影响并不容易预测。
在一项随机对照试验，80名超重参与者被随机分配到不同的干预组或对照组，以比较不同干预措施的效果。发现在普雷沃氏菌与拟杆菌比率(P/B)高的个体比P/B比率低的个体多减重和减脂3.8kg。
高纤维摄入（>30g/10MJ）时：
P/B比率高组减重8.3kg
P/B比率低组减重3.2kg
两组差异达5.1kg
相关性分析：
P/B比率高组：纤维摄入与体重变化强相关(r=0.90)
P/B比率低组：相关性较弱(r=0.25)
这项研究表明，肠道菌群中P/B比率可能是预测减重效果的重要指标，特别是在高纤维饮食干预中。
图片来源：Laura Marshall/NPG
2011年，科学家首次提出了“肠型”的概念，试图将人类肠道中的微生物群落分类。这就像是给我们的肠道细菌”划分阵营”，帮助我们更好地理解肠道微生物的分布特点。
最初科学家认为有三种主要的肠型，但随着研究深入，实际上主要确定了两种显著的类型：
以拟杆菌属（Bacteroides）为主导的类型
以普雷沃氏菌属（Prevotella）为主导的类型
第三个与瘤胃球菌有关，但不够明显，因为瘤胃球菌分布在其他两类中。
■ 饮食习惯与肠型的关系
研究发现，不同地区、不同饮食习惯的人群往往具有不同的肠型特征：
西方饮食人群（如欧美人群）
特点：高蛋白、高脂肪、低纤维
主导菌：拟杆菌较多
传统饮食人群（如非洲农村）：
特点：高纤维、低蛋白、多植物性食物
主导菌：普雷沃氏菌较多
■ 有趣的研究发现
儿童研究
意大利儿童（西式饮食，低纤维，更多的动物蛋白、脂肪和糖，母乳喂养1年）：拟杆菌占优势
非洲儿童（传统饮食，富含蔬菜和纤维，母乳喂养到两岁）：普雷沃氏菌占优势
母乳喂养的婴儿：双歧杆菌较多
跨文化比较
美国人vs非洲人：饮食习惯不同导致肠道菌群差异明显
城市vs农村：生活方式的差异也会影响肠道菌群构成
总体而言，采用西方饮食的美国人和欧洲人的肠道微生物群往往以拟杆菌属和梭菌目为主，而高纤维、低蛋白饮食的农村人口往往以普雷沃氏菌为主。
■ “肠型”概念的局限性
想象一下，我们在试图给不同人的肠道细菌”画像”。科学家们发现，虽然”肠型”这个词很常用，但可能过于简化了实际情况。这就像把人分类成”高个子”和”矮个子”，忽略了身高其实是连续的，中等身高的人可能更多。
两种主要细菌的重要性
拟杆菌和普雷沃氏菌是最常见的两种主要细菌
它们通常占据肠道细菌总量的40%以上
有趣的是，当一种细菌数量多时，另一种就会很少
常规研究方法的特点
科学家们通常用特殊的方法（PCoA和NMDS）来分析样本。这些方法就像在地图上标注位置：相似的样本会被画在一起，不同的样本会被画得远一些。因为这两种主要细菌的变化最大，所以它们在分析中的影响最明显。
研究的挑战
当研究的细菌种类太多，而样本数量较少时，可能会得出不准确的结论。目前的证据表明，把人的肠道细菌简单地分成几种固定的”肠型”可能不够准确。
从谷禾的角度以及部分科学家的建议还是不要简单地用”肠型”来给人分类，改用”具体的菌群结构以及指标或生物标注物”这个概念。这些标志物可以更好地反映一个人的生活环境和健康状况。
因为肠道菌群比我们想象的要复杂得多，不同的生活方式和饮食习惯会影响肠道菌群，需要更细致的方法来研究和理解肠道健康。
这就像是从”给人贴标签”转变为”理解每个人的独特性”，这种方式更科学，也更有助于我们理解如何维护肠道健康。
① 拟杆菌：肠道中的”适应高手”
拟杆菌就像是肠道中的“生存专家”，它们有着令人惊叹的适应能力。让我们来看看它们是如何在肠道中生存和繁荣的：
•超强的环境适应能力：氧气适应
虽然拟杆菌通常不喜欢氧气，但它们能在极少量氧气存在的环境中生存，这种能力帮助它们在人体组织中更好地定居。例如，脆弱拟杆菌可以在低O2条件下生长，这可能有利于它在含氧宿主组织中建立初始感染。
•灵活的饮食习惯
婴儿时期：能利用母乳中的营养物质
断奶后：可以转而消化植物纤维
它就像一个”美食家”，几乎能消化各种碳水化合物，例如B.thetaiotaomicron会根据宿主的情况调整其食物来源，在哺乳期优先使用宿主衍生的多糖以及来自母乳的单糖和寡糖，然后在断奶后扩大其新陈代谢以使用植物多糖。
•竞争策略
拥有类似”微型武器系统”的机制，能够抑制其他细菌的生长，确保自己的生存空间。拟杆菌进一步在胃肠道中立足，利用类似于 VI 型分泌系统的系统将物质转移到胃肠道中的受体微生物，输出抗菌效应物并拮抗其他胃肠道细菌。
•基因的”魔法”
拟杆菌最神奇的地方在于它的基因特性：
基因的灵活性
能够根据需要“开启”或”关闭”特定基因
就像随身携带的”百宝箱”，需要什么就拿出什么
在对174个脆弱拟杆菌组临床分离株的研究中，至少有10个编码孔蛋白的不同基因序列和8个青霉素结合蛋白的不同序列，这可能影响生物体的抗菌敏感性。
•基因的学习能力
能从其他细菌那里”学习”新的基因（称为水平基因转移），这种能力让它们能获得新的特性，比如抗药性。
多样的基因版本：同一个功能的基因可能有多个不同版本，能根据环境选择最合适的版本使用。
肠道微生物群中拟杆菌门的数量较多，水平基因转移率较高，这对拟杆菌门与其他细菌之间的微生物组基因转移产生了重大影响，导致整个细菌群落发生重要的遗传变化。
由于拟杆菌的这些特性，它们可能帮助传播抗生素耐药性，这提醒我们要谨慎使用抗生素。
② 拟杆菌：肠道中的多面手
拟杆菌是肠道中最稳定和重要的细菌之一，它们具有非常丰富的代谢能力，能够影响人体的多个生理功能。
•智能适应系统
拟杆菌有一个特殊的”感应系统”，能够检测环境中的营养物质，根据需要，它可以快速开启或关闭相应的基因，产生不同的消化酶。这种能力让它能够适应各种不同的食物来源。
拟杆菌属凭借其多功能的多糖利用机制可以降解复杂的植物多糖，如淀粉、纤维素、木聚糖和果胶，使它们成为微生物群中最稳定的成员，并能够作为关键物种影响微生物组。
•强大的消化能力
能分解复杂的植物纤维，如淀粉、纤维素等，当简单糖类已经被人体吸收后，它仍能利用其他复杂的营养物质，这种能力使它成为肠道中的“常驻居民”。
•产生多种有益代谢物
能产生有益物质，如短链脂肪酸(SCFA)，包括：琥珀酸、乙酸、丙酸、丁酸。
丁酸盐被用作结肠上皮细胞的主要能量来源，而丙酸盐和乙酸盐是肝脏中脂肪生成和糖异生所必需的。
除此之外，拟杆菌属还能产生神经递质类化合物，如GABA。在一项对人类肠道拟杆菌分离株的研究中，几乎所有分离株都产生 GABA，浓度范围很宽(取决于前体可用性和浓度)。有强有力的临床前和临床证据表明微生物群影响神经系统的发育和功能，并可能影响大脑功能和心理健康。
③ 拟杆菌：肠道的守护者
拟杆菌不仅参与消化，还能保护我们的肠道健康，特别是在抵抗有害细菌入侵方面发挥重要作用。
•对抗感染
几种拟杆菌属会产生胆汁盐水解酶，这些酶可解离逃逸肠肝再循环的胆汁酸，这是将初级胆汁酸转变为次级胆汁酸的两步过程的第一步。这种转化过程能够抑制艰难梭菌（一种导致严重腹泻的细菌）的生长。在粪便菌群移植治疗中，这种机制帮助患者预防艰难梭菌感染的复发。研究发现拟杆菌含量越高，艰难梭菌感染的风险越低。
•维持肠道屏障，调节微生物平衡
拟杆菌帮助维持肠道壁的完整性，减少炎症反应，保护肠道健康。同时促进有益菌群的生长，增加肠道微生物的多样性。
•其他健康影响
拟杆菌还可以帮助调节血糖水平，参与脂肪代谢可能与预防肥胖和糖尿病有关。研究表明拟杆菌数量减少可能与肥胖有关；一些研究发现它与2型糖尿病呈负相关；某些拟杆菌种类可能有助于改善胰岛素敏感性。
④ 拟杆菌：平衡中的潜在病原体
虽然大多数研究表明拟杆菌对健康有益，但也存在一些复杂性。它们通常是共生生物，但一些拟杆菌属。可能是机会致病菌。
一些情况，包括胃肠道疾病、创伤、癌症和胃肠道手术，可能会使拟杆菌逃离胃肠道中的生态位，侵入其他解剖位置并引起感染。
促进这种入侵的脆弱拟杆菌的毒力因素包括其产生的脆弱拟杆菌毒素(增加通透性并诱导活性氧形成)、裂解粘蛋白多糖的神经氨酸酶和促进脓肿形成的荚膜多糖。
拟杆菌最常与腹内感染相关，通常是因为肠壁完整性受到损害而发生。如果不及时治疗，这些感染可能会发展为菌血症。
触发条件：
-肠道疾病
-外伤
-癌症
-手术创伤
这些情况可能导致拟杆菌”越界”，从肠道进入身体其他部位。
致病机制：
-产生特殊毒素(BFT)，可能损害组织
-分泌能分解粘液的酶
-形成保护性外壳，有助于细菌存活
-可能引发的健康问题
常见感染：
-腹腔感染（最常见）
-血液感染
-皮肤和软组织感染
-肺部感染
-脑部感染
危险信号：
-当肠道屏障受损时，感染风险最高
-如果不及时治疗，可能会扩散到血液中
治疗方法:
甲硝唑是首选药物，其次还有一些抗生素包括：哌拉西林-他唑巴坦、亚胺培南、美罗培南。
治疗注意事项：
-通常需要联合用药，因为感染往往涉及多种细菌
-医院感染可能需要额外的抗生素覆盖
未来随着拟杆菌对抗生素的耐药性增加，需要开发新的治疗策略，预防感染变得越来越重要。
因此，保持肠道健康，避免不必要的抗生素使用，手术时注意预防感染，及时治疗肠道疾病。
⑤ 拟杆菌：在抗癌中的双重角色
拟杆菌是一类在肠道中常见的细菌，它在癌症发展和抑制中的作用是一个颇具研究价值的话题。
•保护与免疫调节
拟杆菌产生代谢副产物，如丁酸盐，对肠道健康具有保护作用。
在一项动物研究中，使用携带肠癌的小鼠模型，发现移植脆弱拟杆菌有助于减少体重减轻并抑制肿瘤生长。
•与免疫疗法的协同作用
在接受抗癌药物ipilimumab治疗的小鼠中，脆弱拟杆菌似乎增强了药物效果，并减轻了药物引发的肠道不良反应。
•拟杆菌的促癌潜力
携带特定毒素的脆弱拟杆菌可能在特定情况下增加结肠癌风险。有研究指出，结肠癌患者肠道中脆弱拟杆菌毒素基因的数量较多。
一些动物研究也表明，当拟杆菌定殖在肠道时，可以促进肿瘤发生。
未来识别哪些具体的拟杆菌种类最有利于预防癌症，了解哪些种类可能促进癌症发展是重要的研究方向。
⑥ 拟杆菌：抗炎作用
普通拟杆菌(FTJS7K1)在脂多糖诱导的急性肠道损伤小鼠模型中显示出对急性炎症的显著保护作用，包括恢复因急性损伤而受到干扰的肠道微生物群。
移植物抗宿主病(GVHD)是一种促炎性疾病，由同种异体造血细胞移植后供体T细胞发展而来。在一项临床前小鼠GVHD模型研究中，给予脆弱拟杆菌增强了小鼠肠道的多样性，减少了急性GVHD的发生，并预防了慢性GVHD。
金氏副拟杆菌(P. goldsteinii)已被证明有助于免疫系统的成熟和发展。具体而言，P.goldsteinii促进了 CD4+效应T细胞亚型的发育，调节肠粘膜的适应性免疫，从而在肠粘膜的稳态和炎症中发挥重要作用。
β-己糖胺酶是拟杆菌门中的一种保守酶，有助于预防小鼠结肠炎模型中的炎症。
普雷沃氏菌属(Prevotella)是人类体内、特别是在肠道和口腔中常见的细菌群之一，具有多种重要的菌群特性。
① 生态位与环境适应
普雷沃氏菌主要存在于人类的口腔和肠道中。在健康的口腔微生物群中，普雷沃氏菌是一种普遍存在的菌种，且在肠道微生物群中占据重要位置。它们通常作为共生菌存在，但在特定条件下可能转变为机会性病原体。
•主要栖息地
口腔环境：在牙菌斑、牙周袋等部位常见
消化道：主要分布在结肠和直肠
女性生殖道：在阴道微生物群中也有发现
•环境适应特征
普雷沃氏菌是一类严格厌氧的细菌，能够在缺氧环境中生存，这是它们适应宿主微环境的关键特性。它们对宿主的免疫环境具有一定的适应能力，能够调节宿主免疫反应，促进其自身的生存和繁殖。
氧气耐受性：严格厌氧，需要低氧或无氧环境生存
pH适应性：最适pH在6.5-7.0之间
温度要求：37℃为最适生长温度
营养需求：需要特定生长因子，如维生素K和血红素
② 代谢特征与营养方式
普雷沃氏菌在代谢方面表现出高度的灵活性，能够利用各种碳源，包括植物性纤维和淀粉。它们能够生成短链脂肪酸，如丙酸和丁酸，这些代谢产物对于宿主的肠道健康具有重要意义。
此外，普雷沃氏菌还与宿主的营养状态和代谢健康密切相关，可能在一些代谢疾病中扮演角色。
•碳水化合物代谢
主要底物：
-复杂多糖(如木聚糖、果胶)
-植物性纤维
-粘蛋白
代谢产物：
-短链脂肪酸(如丙酸、丁酸)
-琥珀酸
-乳酸
•特殊代谢能力
多糖降解酶系统:
-β-木糖苷酶
-α-葡萄糖苷酶
-纤维素酶
蛋白质降解能力:
-产生蛋白酶
-肽酶系统完整
③ 基因组特征
普雷沃氏菌拥有丰富的基因组多样性，其中某些种类如P.copri表现出显著的遗传多样性。研究表明，这些细菌的不同亚种可能对维持宿主健康或诱发疾病具有不同的功能特性。
它们的基因组常包含与代谢能力、毒力因子及抵抗药物相关的基因，这使得普雷沃氏菌在健康与疾病之间的界限变得模糊。
•基因组结构
基因组大小：2.5-3.5 Mb
GC含量：约40-48%
基因密度：每kb约0.9个基因
•功能基因特征
碳水化合物代谢相关基因：
-多糖降解酶基因簇
-糖转运体基因
耐药基因：
-β-内酰胺酶基因
-外排泵基因
毒力因子基因：
-粘附素
-溶血素
④ 肠道分布特点与生态学意义
•群落分布特征
-某些人群中可达20%以上
地理分布差异：
-东亚人群中部分人含量较高
-非洲农村人群中含量较高
-西方发达国家人群中含量较低
•菌株代谢能力差异
研究表明，西方人群中的普雷沃氏菌(特别是P.copri)往往缺乏有效代谢碳水化合物的能力。这一现象与西方饮食结构有关，通常富含高脂肪和低纤维，这使得某些普雷沃氏菌在这样的环境中生存和增殖的能力受到限制。
而东亚人群的普雷沃氏菌则表现出较强的代谢碳水化合物的能力，尤其在以碳水化合物为主的饮食中，普雷沃氏菌能显著占据主要菌群的组成。
•生态适应性
东亚地区人群中的普雷沃氏菌群体在饮食多样性与微生物生态位的适应性上表现出更高的灵活性，这可能与他们的饮食模式(例如更多的全谷物和蔬菜)密切相关。相对地，西方人群由于饮食结构的变化，导致普雷沃氏菌的生态位和多样性出现了很大的变化，从而影响了肠道微生物组的平衡。
⑤ 健康相关性
•有益作用
-维持肠道屏障功能
-产生有益代谢物：短链脂肪酸、维生素B族
-调节免疫系统：促进Th17细胞分化、调节炎症反应
•潜在风险
-与某些疾病相关：牙周炎、类风湿性关节炎、炎症性肠病
-机会性感染：在免疫力低下时可能致病、可能参与混合感染
⑥ 致病机制和触发因素
1.环境因素
普雷沃氏菌的致病性与特定的环境因素密切相关，包括：
-pH值改变：口腔或肠道的pH值显著变化，会促进普雷沃氏菌的生长，特别是在细菌性阴道病或口腔感染中。
-氧化还原电位改变：微环境中的氧气水平异常，过度的厌氧环境可能会促使厌氧细菌大量繁殖。
-营养物质改变：特定营养物质的过度丰富（例如糖类）可能会导致普雷沃氏菌的快速增殖。
2.宿主因素
宿主的状态也是普雷沃氏菌引发感染的重要因素，包括：
-免疫功能低下：免疫抑制治疗、HIV感染或器官移植后的免疫抑制可能使宿主更易受到普雷沃氏菌的感染。
-局部屏障受损：例如粘膜损伤、手术创伤或放化疗后的局部损伤，会使普雷沃氏菌更容易入侵。
3.微生态失衡
-优势菌群改变：抗生素的使用可能导致菌群失调，抑制保护性菌群的生长，使得普雷沃氏菌过度增殖。
-菌群多样性下降：多样性的减少往往会导致生物膜的形成和感染风险的增加。
普雷沃氏菌的致病机制包括以下几种：
1.直接致病作用
普雷沃氏菌通过产生毒素直接致病：包括内毒素和外毒素，这些毒素能够导致组织损伤和炎症。
普雷沃氏菌产生的毒力因子
组织侵袭：普雷沃氏菌还可能释放组织降解酶，破坏周围组织和细胞间连接。
2.免疫介导损伤
-炎症反应激活：普雷沃氏菌的感染可刺激宿主免疫系统，促进炎症因子的释放和趋化因子的产生，导致局部或全身的免疫反应。
免疫失调：T细胞应答的异常可能导致自身免疫反应，使得宿主的免疫反应对自身组织造成损伤。
3.代谢紊乱
普雷沃氏菌在代谢方面的失调可能导致：
-营养物质竞争：普雷沃氏菌可能与宿主或其他细菌竞争营养物质，从而影响宿主的营养吸收。
-有害代谢产物积累：某些代谢产物可能对宿主造成毒性，进一步加重疾病。
⑦ 感染的信号和治疗
•临床表现
普雷沃氏菌感染的临床表现通常包括：
-口腔症状：如牙龈出血、口臭加重和牙周疼痛。
-消化道症状：如腹痛、腹泻和消化不良。
-全身症状：可表现为发热、乏力和体重下降。
•实验室指标
-炎症标志物的升高：例如C反应蛋白(CRP)和红细胞沉降率(ESR)。
-微生物学检查：可以通过检测普雷沃氏菌的丰度来判断感染情况。
•治疗方案
1.抗生素治疗
对于普雷沃氏菌感染，通常采用以下抗生素：
首选药物：包括β-内酰胺类、克林霉素和甲硝唑。
用药原则：根据药敏结果选择合适药物，确保足量和足疗程，多考虑联合用药。
2.微生态调节
益生菌补充：可以使用乳酸杆菌和双歧杆菌，有助于帮助恢复健康的肠道微生物群。
益生元应用：如低聚糖和膳食纤维可促进益生菌的生长。
3.免疫调节
免疫功能评估和支持：可使用免疫调节剂和提供必要的营养支持。
•治疗注意事项
1.用药监测
定期评估疗效和不良反应，关注药物耐药性的发展。
2.预防措施
维持良好的口腔卫生和调整饮食结构以避免菌群失调。
3.长期管理
定期复查和生活方式指导用以防止复发。
⑧ 肠道普雷沃氏菌—饮食与健康
普雷沃氏菌属，尤其是P.copri复合群，通常与非西方饮食模式以及富含碳水化合物、抗性淀粉和纤维的饮食习惯相关。
在西方饮食中，梭状芽孢杆菌属(包括瘤胃球菌科和毛螺菌科)通常负责降解膳食纤维。尽管如此，通过增加富含纤维的食物来进行营养干预时，往往会导致普雷沃氏菌数量的增加。
•膳食纤维与普雷沃氏菌和拟杆菌丰度密切相关
膳食纤维不仅能改善糖代谢，还与普雷沃氏菌和拟杆菌的相对比例关联密切。研究显示，普雷沃氏菌对葡萄糖稳态和整体代谢有潜在的益处。然而，也有研究指出，P. copri与胰岛素抵抗相关，而其在基线时的较低水平则与超重个体在地中海饮食干预后改善胰岛素抵抗的效果相关。
普雷沃氏菌能有效分解膳食中的复杂多糖。这一点与人类的代谢密切相关，因为人类基因组中编码的酶只能降解有限类型的碳水化合物，比如蔗糖、乳糖和淀粉。因此，肠道微生物能够发酵多糖，促进人类营养吸收是至关重要的。
此外，普雷沃氏菌能够分解植物来源的多糖和某些宿主来源的粘蛋白，但不具备分解动物来源多糖的能力。这就解释了为何工业化西方人群的普雷沃氏菌多样性下降，因为他们很少摄入多种类的植物性食物。
研究也表明，普雷沃氏菌的多样性越高，其在消化多糖和维持肠道稳态方面的能力就越强。在这些发现基础上，研究人员正在努力揭示普雷沃氏菌对于饮食变化和健康状况的具体影响机制，尽管目前对其角色的理解仍存在一定的争议。
共存关系的形成
1.进化适应
普雷沃氏菌和拟杆菌都经过长期进化，形成了与人类肠道共生的关系。它们在进化过程中获得了特殊的代谢能力：
-可以分解复杂的膳食纤维
-与人体免疫系统相适应的表面分子结构
-能够在肠道厌氧环境中生存的代谢系统
2.生态位分配
这两类菌群在肠道中形成了独特的生态位分配：
拟杆菌主要分布在结肠前端，更适应中性偏酸性环境；
而普雷沃氏菌则在结肠后段较为丰富，能够适应更广范围的pH值。
3.不用降解能力
此外它们对不同类型的膳食纤维具有互补性的降解能力。
拟杆菌主导型：
-适应高蛋白、高脂肪的西式饮食
-产生更多支链氨基酸和饱和脂肪酸
-倾向于形成较高的胆汁酸代谢活性
普雷沃氏菌主导型：
-适应高纤维、植物性为主的饮食
-产生更多短链脂肪酸
-有利于维持肠道屏障功能
拟杆菌代谢特点：
-善于降解动物性蛋白质
-产生较多的乙酸盐和丙酸盐
-影响胆固醇代谢
普雷沃氏菌代谢特点：
-擅长发酵复杂碳水化合物
-产生琥珀酸等代谢物
-影响葡萄糖代谢
相互制约机制
1.营养物质竞争
两类菌群之间存在竞争关系
对碳源的竞争：不同种类的膳食纤维
对氮源的竞争：蛋白质和氨基酸
对微量元素的竞争：铁、锌等
2.代谢产物影响
拟杆菌主要通过产生短链脂肪酸(SCFAs)来抑制普雷沃氏菌的生长。乙酸盐是拟杆菌产生的主要SCFAs之一，在酸性环境下可抑制普雷沃氏菌的生长，研究表明高浓度乙酸盐会降低普雷沃氏菌的增殖速率。
拟杆菌还通过琥珀酸途径产生丙酸盐，可降低环境pH值，不利于普雷沃氏菌生长，对普雷沃氏菌的生物膜形成有抑制作用。
普雷沃氏菌发酵碳水化合物产生琥珀酸，高浓度琥珀酸可抑制拟杆菌的生长，影响拟杆菌的代谢通路。
占比此消彼长的原因
1.饮食因素
拟杆菌属通常被认为是能够有效降解多种膳食纤维的细菌，尤其是在高纤维饮食环境中表现良好。这种菌群能够利用复杂的碳水化合物(如植物多糖)作为其主要能量来源，同时能促进短链脂肪酸的生成。
而普雷沃氏菌特别是P. copri复合群，通常与丰富的碳水化合物、抗性淀粉和膳食纤维的饮食模式相关。这类菌群能较好地利用膳食纤维，尤其是对于那些以植物性为主的饮食表现出强大的代谢能力。特定的普雷沃氏菌在研究中显示出较强的能力来降解阿拉伯木聚糖和低聚果糖，这些物质常见于富含纤维的饮食中。
2.环境因素
pH值变化会影响两种菌群的相对丰度
肠道氧化还原电位的改变会影响菌群平衡
肠道蠕动速度会影响营养物质的可及性
普雷沃氏菌的健康影响机制
普雷沃氏菌（Prevotella）在不同健康状况下的影响机制涉及多个领域，特别是在与炎症、代谢和免疫反应相关的疾病中。
炎症反应
普雷沃氏菌与类风湿性关节炎(RA)等免疫介导疾病的发病机制相关。
一些研究指出，普雷沃氏菌可引发促炎性T细胞(如Th17细胞)的反应。这些细胞分泌多种细胞因子(如IL-17)，加剧局部和全身性炎症，从而可能导致关节和组织的损伤。
研究发现，普雷沃氏菌的数量增加与粪便样本中的炎症因子水平升高相关。此外，普雷沃氏菌在类风湿性关节炎患者的滑液中也存在，表明其可能通过免疫激活机制参与疾病的发生。
代谢影响
普雷沃氏菌与葡萄糖代谢的关系相对复杂。
一些研究显示，P. copri 可能与胰岛素抵抗相关，但其作用依赖于饮食和个体差异。在高纤维饮食下，普雷沃氏菌的富集通常有助于改善葡萄糖稳态。
其主要机制可能与普雷沃氏菌对抗性淀粉和其他膳食纤维的高效发酵能力相关，这使得它们能够生成短链脂肪酸，为宿主提供代谢能量，有助于改善代谢综合症。
微生物群失调
普雷沃氏菌的丰度在不同人的微生物组中表现出差异。在细菌性阴道病(BV)或HIV感染相关的肠道菌群失调情况下，普雷沃氏菌的增加与炎症因子的释放、局部免疫反应的增强有关，可能导致更易患其他感染。
doi.org/10.1038/s41579-021-00559-y
网络分析显示每种普雷沃氏菌与一种或多种疾病（分为三大类：自身免疫性疾病、口腔感染或其他感染）的关联，基于总共226项研究。边的厚度与报告普雷沃氏菌与疾病关系的文章数量成正比。
❤ 编者总结
这两个菌属是中国人群肠道菌群最主要的两个属，两个菌属代表了不同的饮食习惯，展现了肠道菌群令人惊叹的适应能力和复杂的相互作用。它们不仅在进化过程中形成了独特的生态位分配，还通过各自的代谢特长参与营养物质的消化和吸收，还能通过产生多种代谢物来调节人体免疫系统，影响我们的整体健康状况。
主要参考文献
Hjorth MF, Blædel T, Bendtsen LQ, Lorenzen JK, Holm JB, Kiilerich P, Roager HM, Kristiansen K, Larsen LH, Astrup A. Prevotella-to-Bacteroides ratio predicts body weight and fat loss success on 24-week diets varying in macronutrient composition and dietary fiber: results from a post-hoc analysis. Int J Obes (Lond). 2019 Jan;43(1):149-157.
Rinninella E, Raoul P, Cintoni M, Franceschi F, Miggiano GAD, Gasbarrini A, Mele MC. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases. Microorganisms. 2019 Jan 10;7(1):14.
Hitch TCA, Bisdorf K, Afrizal A, Riedel T, Overmann J, Strowig T, Clavel T. A taxonomic note on the genus Prevotella: Description of four novel genera and emended description of the genera Hallella and Xylanibacter. Syst Appl Microbiol. 2022 Nov;45(6):126354.
Shah HN, Collins DM. Prevotella, a new genus to include Bacteroides melaninogenicus and related species formerly classified in the genus Bacteroides. Int J Syst Bacteriol. 1990 Apr;40(2):205-8.
De Filippis F, Pasolli E, Tett A, Tarallo S, Naccarati A, De Angelis M, Neviani E, Cocolin L, Gobbetti M, Segata N, Ercolini D. Distinct Genetic and Functional Traits of Human Intestinal Prevotella copri Strains Are Associated with Different Habitual Diets. Cell Host Microbe. 2019 Mar 13;25(3):444-453.e3.
De Filippis F, Pellegrini N, Laghi L, Gobbetti M, Ercolini D. Unusual sub-genus associations of faecal Prevotella and Bacteroides with specific dietary patterns. Microbiome. 2016 Oct 21;4(1):57.
Larsen JM. The immune response to Prevotella bacteria in chronic inflammatory disease. Immunology. 2017 Aug;151(4):363-374.
Tett A, Huang KD, Asnicar F, Fehlner-Peach H, Pasolli E, Karcher N, Armanini F, Manghi P, Bonham K, Zolfo M, De Filippis F, Magnabosco C, Bonneau R, Lusingu J, Amuasi J, Reinhard K, Rattei T, Boulund F, Engstrand L, Zink A, Collado MC, Littman DR, Eibach D, Ercolini D, Rota-Stabelli O, Huttenhower C, Maixner F, Segata N. The Prevotella copri Complex Comprises Four Distinct Clades Underrepresented in Westernized Populations. Cell Host Microbe. 2019 Nov 13;26(5):666-679.e7.
Hjorth MF, Blædel T, Bendtsen LQ, Lorenzen JK, Holm JB, Kiilerich P, Roager HM, Kristiansen K, Larsen LH, Astrup A. Prevotella-to-Bacteroides ratio predicts body weight and fat loss success on 24-week diets varying in macronutrient composition and dietary fiber: results from a post-hoc analysis. Int J Obes (Lond). 2019 Jan;43(1):149-157.
Gellman RH, Olm MR, Terrapon N, Enam F, Higginbottom SK, Sonnenburg JL, Sonnenburg ED. Hadza Prevotella Require Diet-derived Microbiota Accessible Carbohydrates to Persist in Mice. bioRxiv [Preprint]. 2023 Mar 9:2023.03.08.531063.
Yeoh YK, Sun Y, Ip LYT, Wang L, Chan FKL, Miao Y, Ng SC. Prevotella species in the human gut is primarily comprised of Prevotella copri, Prevotella stercorea and related lineages. Sci Rep. 2022 May 31;12(1):9055.
Iljazovic A, Roy U, Gálvez EJC, Lesker TR, Zhao B, Gronow A, Amend L, Will SE, Hofmann JD, Pils MC, Schmidt-Hohagen K, Neumann-Schaal M, Strowig T. Perturbation of the gut microbiome by Prevotella spp. enhances host susceptibility to mucosal inflammation. Mucosal Immunol. 2021 Jan;14(1):113-124.
Tett, A., Pasolli, E., Masetti, G. et al. Prevotella diversity, niches and interactions with the human host. Nat Rev Microbiol 19, 585–599 (2021).
谷禾健康
脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)是拟杆菌门拟杆菌属的重要成员。事实上，脆弱拟杆菌因其免疫调节功能而成为该属中研究最多的共生微生物。它是革兰氏阴性、不形成孢子、杆状专性厌氧菌。在人类健康中扮演着复杂而双面的角色。
这种革兰氏阴性专性厌氧菌常见于人类肠道菌群中，但也在口腔、上呼吸道和女性生殖道中检测到。第一个发现的脆弱拟杆菌菌株是从感染患者体内作为病原体分离出来的，随后的研究表明，该物种经常在患有各种炎症性疾病的患者中检测到，例如腹部、皮肤和软组织、骨和关节、女性生殖道、中枢神经系统和下呼吸道感染以及炎症性肠道感染疾病、心内膜炎、菌血症和败血症。
脆弱拟杆菌也通常定植于各种哺乳动物的下胃肠道粘膜表面，包括人类、新生羔羊、牛犊、幼兔和小猪。据报道，这种细菌物种可以代谢饮食和宿主来源的多糖作为碳和能量来源，并且能够耐受氧气暴露。
人类脆弱拟杆菌生态位具有物种特异性，使得单一菌株能够占据主导地位并经历适应性多样化。根据合成和分泌脆弱拟杆菌毒素(BFT)的能力分为产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)和不产肠毒素脆弱拟杆菌(NTBF)。 ETBF 已被确定为临床感染中常见的机会致病菌，可促进慢性炎症，从而导致结肠炎、阿尔兹海默症甚至是结直肠癌。
★ 脆弱拟杆菌的危害
从人类中分离出的脆弱拟杆菌菌株中有10%至20%编码脆弱拟杆菌毒素(BFT)，这是一种锌依赖性金属蛋白酶，可通过E-钙粘蛋白裂解损害结肠上皮屏障。BFT是脆弱拟杆菌研究最多的毒力因子之一，目前的证据表明这种毒素可能是慢性结肠炎和结直肠癌的驱动因素。
含毒素菌株或产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)还会引起儿童和成人的急性和慢性肠道疾病。BFT通过诱导小带粘附蛋白E-钙粘蛋白裂解并启动以炎症和c-Myc依赖性促癌过度增殖为特征的细胞信号传导反应来损害结肠上皮屏障。因此，携带易患结肠炎症或肿瘤形成的基因突变的宿主特别容易受到毒素介导的损伤。最近在具有结肠癌易感位点的人类结肠活检中观察到带有ETBF的生物膜，强烈表明ETBF是结直肠癌的驱动因素。
★ 脆弱拟杆菌的益处
尽管与疾病存在关联，但大约20%的人群似乎是无症状的ETBF携带者。不产肠毒素脆弱拟杆菌(NTBF)对结肠上皮细胞有有益作用，增强屏障作用，降低膜通透性，抑制其他病原菌定植，优先占据结肠生态位，维持肠道菌群稳态。
此外，脆弱拟杆菌具有多种代谢潜力，与多糖利用相关的各种基因通过调节肠道微生物群的组成和促进肠道内短链脂肪酸的产生来影响宿主生理机能。
脆弱拟杆菌的功效很大一部分是由于荚膜多糖的合成。据报道，脆弱拟杆菌可产生八种荚膜多糖，考虑到大多数细菌只能合成一种荚膜多糖(如果它们能合成的话)，这是一个惊人的数字 。脆弱拟杆菌荚膜多糖A(PSA)由于其免疫调节功能被广泛描述，这种共生细菌产生由抗原呈递细胞处理的独特荚膜多糖，并激活CD4+ T细胞调节炎症细胞因子的平衡。
脆弱拟杆菌/多糖A已被证明可以减少脓肿、细菌感染，预防结肠炎、结直肠癌、改善中枢神经系统疾病、肺部炎症等。
Sun F,et al.Food Res Int.2019
★ 脆弱拟杆菌耐药性很强
多项研究进一步揭示，与胃肠道中的其他厌氧菌相比，脆弱拟杆菌表现出最高的抗生素耐药性和最多的抗生素耐药机制。这不仅使得治疗脆弱拟杆菌引起的感染变得困难，而且有可能成为抗生素抗性基因的储存库，导致它们通过整合转座子、整合遗传元件转移到其他正常细菌菌群中。
甲硝唑只是针对所有脆弱拟杆菌分离株的体外活性最强的药物，应被视为经验性治疗脆弱拟杆菌感染的一线抗生素。但是持续监测不同地理区域脆弱拟杆菌的抗生素耐药性模式对于提供合适的治疗方案和更准确地预防感染至关重要。
人们对脆弱拟杆菌的研究不仅要关注其对肠道健康的积极影响，还应关注其潜在的病原性。了解脆弱拟杆菌的特性对于未来的人群的健康至关重要。
脆弱拟杆菌(B. fragilis)普遍存在于人体内，但随着越来越多的研究和对人体样本的测序，我们发现脆弱拟杆菌在不同人群中存在很大的差异(丰度、菌种组成)。
Sun F,et al.Food Res Int.2019
究竟是什么造成了如此显著的差异，主要总结为：宿主因素和菌群自身的特殊结构以及细菌间的竞争机制。
研究发现，多种因素，包括年龄、饮食、身体状况、药物摄入和生活习惯，都会影响肠道中脆弱拟杆菌的丰度。
★ 饮食对脆弱拟杆菌的丰度有重要影响
其中，饮食对脆弱拟杆菌肠道丰度的影响最大。对蒙古人群饮食干预的研究表明，从含有高水平蛋白质和脂肪的传统饮食转向富含碳水化合物的饮食导致脆弱拟杆菌丰度发生显著变化。
在泰国，对来自两个饮食偏好不同地区的60名健康儿童的肠道微生物群落进行分析发现，来自肉类和碳水化合物占饮食比例较高地区的儿童中脆弱拟杆菌的丰度较高。
此外，在六名患有2型糖尿病或高血压的肥胖受试者中，严格的素食饮食被证明可以增加共生微生物的丰度，例如脆弱拟杆菌。另一项对913名婴儿(1个月)进行的研究显示，母体补充维生素D和婴儿直接补充维生素D与脆弱拟杆菌丰度呈正相关。
★ 不同年龄的人脆弱拟杆菌存在差异
不同年龄段的人肠道中脆弱拟杆菌存在差异。脆弱拟杆菌在宿主体内的丰度在出生时会丰富，弱的粘膜选择性使得多种脆弱拟杆菌菌株能够在婴儿宿主体内共存。
脆弱拟杆菌的持久性在4个月至1-2岁之间增加，这与适应性免疫系统的发育相对应。随着人类肠道微生物群的成熟，脆弱拟杆菌的特定菌株更有可能在肠道定殖。研究表明，随着时间的推移(即数十年)，拟杆菌门的成员在宿主肠道内构成最稳定的细菌成分，并且单一菌株通常在该物种中占主导地位。
★ 生活方式和健康状态影响脆弱拟杆菌丰度
与健康人相比，患有真菌性角膜炎、急性阑尾炎、炎症性肠病、家族性腺瘤性息肉病和结直肠癌等疾病的患者肠道细菌微生物组中脆弱拟杆菌的丰度通常会增加。
此外，同一疾病中不同年龄段患者的脆弱拟杆菌丰度也不同，儿童脊柱关节炎患者的脆弱拟杆菌丰度增加，而成人患者则出现相反的现象。
对短期二甲双胍治疗后从2型糖尿病患者收集的粪便样本进行的分析显示，脆弱拟杆菌的丰度有所减少。然而，抗结核治疗导致脆弱拟杆菌的丰度显著增加。
腹泻患者产肠毒素脆弱拟杆菌感染率较高
已在健康个体和腹泻患者的粪便样本中鉴定出产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)。注意，腹泻患者中ETBF的患病率(20-30%)大约是健康个体(10-20%)的两倍。
来自不同城市和地理位置的报告显示，1岁以上腹泻儿童的ETBF定植百分比高于年龄匹配的对照组。
有趣的是，一岁以下的儿童，患病率在一般人群中最低，并且与腹泻无关，这表明发育轨迹对于腹泻相关性的发生很重要。
肥胖人群的脆弱拟杆菌丰度较高
宿主的生活方式和生理状态也会影响肠道脆弱拟杆菌的丰度。例如，缺乏运动可能会导致脆弱拟杆菌和其他拟杆菌属物种显著富集。
以往的研究表明，脆弱拟杆菌与肥胖呈正相关，肥胖儿童中脆弱拟杆菌的丰度高于瘦儿童。
★ 抗生素和药物的使用减少脆弱拟杆菌
抗生素可以显著改变肠道微生物群的组成，可能导致脆弱拟杆菌数量减少。除了抗生素，其他药物如抗酸药、非甾体抗炎药等也会对脆弱拟杆菌的丰度产生影响。
此外，宿主的遗传背景和不同地理位置也可能影响肠道中脆弱拟杆菌的丰度和组成。
★ 一部分以毒性依赖的方式定植
由于不产毒素脆弱拟杆菌(NTBF)很容易在人类结肠中定殖，并且在小鼠模型中进行的研究表明其有利于宿主T细胞反应的发展。
一种特定的 ETBF 菌株(43859)可以以毒素依赖性方式定植先前被NTBF(TM4000) 占据的生态位。然而，毒素的存在并不是腔内生态位获取或竞争的普遍决定因素，这也部分依赖于脆弱拟杆菌VI型分泌系统(T6SS)和其他遗传决定因素。
中毒促进ETBF的传播。如前所述，在1至5岁儿童中，腹泻患者的ETBF计数会增加。毒素的产生和相关的腹泻可能是病原体通过增加粪口污染在人与人之间传播的关键策略。
霍乱弧菌和肠沙门氏菌等人类肠道病原体利用腹泻作为在人类宿主之间传播感染的手段，因此产肠毒素脆弱拟杆菌也可能属于这种情况。
• 造成多组织感染甚至菌血症
适量的脆弱拟杆菌定植于肠道可能不会引起任何症状，然而，脆弱拟杆菌表现出侵入体内多个组织部位的能力。当这种细菌逃离肠道并进入血液或其他组织时，可能造成感染甚至菌血症。
如果脆弱拟杆菌逃逸到腹腔、血液或其他无菌环境，它可能导致感染，如腹膜炎、菌血症、败血症、脑膜炎、肺炎、皮肤和软组织感染等。
脆弱拟杆菌毒素(BFT)已被证明对肾和肺上皮细胞以及内皮细胞具有体外毒性，表明其在肠外感染中具有潜在作用 。尽管定植的其他遗传决定因素(包括荚膜多糖)与肠外感染和脓肿形成有关，但BFT的这种作用尚未明确定义。
ETBF 在血流分离株和阴道感染样本中可能更具代表性 。
• 与慢性肠道疾病存在关联
产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)与慢性肠道疾病的关联已经建立了二十多年，首次报道是在炎症性肠病患者中。ETBF还与溃疡性结肠炎和结肠肿瘤呈正相关。
结直肠癌患者中ETBF的相关性包括散发病例和家族病例，表明这种疾病无论何时起病，都具有生理学共性。人群中ETBF的高无症状携带率与 ETBF 相关炎症性肠病和散发性结直肠癌病例数低之间的差异表明，致病性不是随机的，而是取决于未知的宿主易感性决定因素。
• 造成抗生素耐药性
脆弱拟杆菌是已知的可以携带抗生素耐药基因的细菌，这使得感染难以治疗，并且可能导致耐药性在细菌之间传播。
拓展：脆弱拟杆菌毒素的发现
1984年首次报道了脆弱拟杆菌的肠道毒性，描述了羔羊腹泻。当时，产肠毒素菌株和非产肠毒素菌株之间存在明显区别，但腹泻的病因尚不清楚。
1992年，首次证明产肠毒素菌株培养物上清液中的一种成分导致了先前在向羔羊回肠环(LIL)注射细菌时观察到的分泌表型。开发了一种使用结肠癌HT29细胞系进行脆弱拟杆菌毒素(BFT)细胞损伤的体外测定方法，允许同时筛选多种产肠毒素菌株。该毒素最初从培养物上清液中纯化为20-KDa蛋白质，并在LIL和HT29模型中分别具有肠毒性和细胞毒性。
该毒素的部分克隆和表达表明它是一种不耐热的金属蛋白酶。还开发了用于检测毒素的诊断方法，从而可以确认患有ETBF相关腹泻的人中分离出的ETBF菌株中存在肠毒素。
克隆了BFT基因的完整序列，氨基酸序列的表征和生化分析表明，BFT是作为原毒素产生的，经过处理后将活性C末端结构域释放到细胞外环境中 。进一步的研究表明，原毒素的裂解不依赖于金属蛋白酶结构域的锌结合基序，并且整个C末端结构域对于毒素活性至关重要。
详细的结构分析确定，N端前结构域可能参与原毒素通过细胞被膜的分泌以及细菌细胞内毒素活性的抑制。有趣的是，N端结构域包含代表独特折叠的脂蛋白信号肽，而C端金属蛋白酶结构域是真核A解整合素和金属蛋白酶(ADAM)蛋白酶的异种同源物，表明脆弱拟杆菌水平获取BFT。
如下图所示，原毒素的裂解可通过来自肠腔的宿主蛋白酶在体内发生。有趣的是，在血液中，BFT只能被单一的内源性细菌半胱氨酸蛋白酶激活命名为fragipain (Fpn) 。当静脉注射细菌时， ETBF fpn突变菌株无法导致小鼠死亡，这表明 Fpn 在 ETBF 介导的脓毒症中的重要性。fpn基因存在于大多数 NTBF 和 ETBF 菌株中，表明 Fpn 除了 BFT 激活之外还有其他作用。
控制脆弱拟杆菌毒素分泌的已知分子机制
Valguarnera E,et al.J Mol Biol.2020
自从发现脆弱拟杆菌毒素(BFT)以来，控制宿主细胞损伤的分子机制已经被描述。当建立HT29细胞模型(结肠癌HT29细胞)时，观察到BFT引起细胞变圆和脱落，推测是由于细胞间连接损伤所致。
经BFT处理的HT29细胞的形态变化被发现是F-和 G-肌动蛋白重排的产物。BFT以蛋白酶依赖性方式与未识别的细胞受体结合，并诱导小带粘附蛋白E-钙粘蛋白的胞外结构域裂解；这种裂解事件仅发生在完整细胞的情况下。
鉴于BFT与ADAM10的相似性，BFT可能直接促进E-钙粘蛋白裂解。由于尚无证据表明BFT可以直接处理细胞E-钙粘蛋白，因此另一种假设是，BFT对其受体或另一种宿主蛋白的活性可能触发导致E-钙粘蛋白丢失的信号传导途径(下图)。
脆弱拟杆菌毒素-宿主细胞相互作用
Valguarnera E,et al.J Mol Biol.2020
BFT通过未知受体与结肠上皮细胞(CEC)结合，并触发 E-钙粘蛋白的裂解。
BFT:脆弱拟杆菌毒素；ETBF:产肠毒素脆弱拟杆菌。
• 增加了白细胞介素-8的分泌
BFT介导的E-钙粘蛋白裂解促进β-连环蛋白迁移至细胞核。此外，BFT对E-钙粘蛋白的切割会触发丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)和NF-κB通路的诱导，从而增加白细胞介素-8(一种吸引多形核细胞的趋化因子)的分泌。
NF-κB 激活通过诱导 COX2 和增加前列腺素 E2控制肠细胞的液体分泌水平。BFT诱导COX2和血红素加氧酶1 与肠上皮细胞凋亡延迟有关。
• 诱导宿主防御机制，影响疾病进展
BFT还可以诱导宿主防御机制，例如β-防御素2和铁载体结合抗菌蛋白 lipocalin-2 的表达，并且还可以通过 MAPK、AP-1增加人脐静脉内皮细胞的自噬。
受毒素影响的信号通路导致HT29细胞中基因表达差异和表观遗传变化。当毒素刺激取消时，宿主细胞转录谱和表观遗传标记的变化就会消失，这表明ETBF持续分泌毒素可能是疾病进展的一个组成部分。
拟杆菌属的物种在生命早期获得，常见于下胃肠道。给定菌株能否在其生态位中建立成功，有许多潜在的决定因素，包括宿主饮食、发育、抗生素的使用以及与微生物群其他成员的相互作用。
尽管外部因素(例如上述因素)对于定植至关重要，但脆弱拟杆菌携带定植的遗传决定因素，通过与宿主和微生物竞争者相互作用，有助于占据生态位。
• 荚膜多糖
在20世纪70年代的研究中描述了脆弱拟杆菌的荚膜，认为这是该生物体相对于拟杆菌属其他物种的显著特征。这些观察结果，再加上脆弱拟杆菌是人类厌氧感染中最常见的拟杆菌属，尽管其在微生物组中的相对丰度较低，因此得出了脆弱拟杆菌荚膜与疾病发病机制有关的假设。
荚膜多糖利于脆弱拟杆菌在宿主体内生存
事实上，研究表明脆弱拟杆菌减少了免疫细胞的吞噬作用，从而增加了结肠腔外的细菌适应性。与这一发现一致，荚膜多糖是脆弱拟杆菌形成肠外脓肿的主要因素。
脆弱拟杆菌(B.fragilis)拥有8个不同的基因组位点，每个基因座都编码合成特定荚膜多糖变体所需的酶。这些基因座的表达是通过启动子倒位为“开”或“关”构型来调节的。
当脆弱拟杆菌经过动物传代时，荚膜多糖水平会增加，表明其在宿主体内的生存中发挥着关键作用。无菌小鼠的单定植实验表明，任何荚膜多糖都足以建立生态位；然而，这一发现并不表明所有荚膜变体在宿主内具有免疫等效性，或者单个荚膜变体足以在复杂的生态系统中定植。
荚膜多糖会影响免疫，使脆弱拟杆菌更耐受
B. fragilis荚膜多糖由两性离子聚糖的重复单元组成。与大多数聚糖抗原不同，多糖A(PSA)可以在MHCII抗原呈递细胞的背景下呈递，诱导调节性T细胞的形成，从而有助于对脆弱拟杆菌的免疫耐受。
PSA通过Toll样受体(TLR)2 途径诱导IL-10产生，并抑制无菌小鼠中IL-17的产生，从而促进低炎症环境 。然而，缺乏PSA不会降低不产肠毒素脆弱拟杆菌(NTBF)定植的小鼠中的 IL-10。对于产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)，最近使用人类结肠组织活检的速冻样本进行的研究表明，PSA表达与脆弱拟杆菌毒素基因携带之间呈负相关，这表明可能会加剧炎症。
总之，这些研究表明可能存在菌株和环境依赖性调节元件来调节宿主对脆弱拟杆菌多糖的反应。
• 多糖利用位点
多糖利用位点(PUL)是专门负责复杂聚糖分解和同化的特殊位点；这些构成了一些拟杆菌属物种基因组含量的近20%。
加工不同的膳食多糖增加了生存机会
不同的PUL可以加工不同的多糖，使拟杆菌能够加工膳食聚糖和宿主聚糖。营养物质利用的多功能性增加了宿主饮食变化期间的生存机会；因此，拟杆菌属物种内的PUL多样性是生态位获取和稳定生态位占有的关键。
通过基因筛查发现了“共生定植因子”(ccf)操纵子，ccf操纵子的结构类似于拟杆菌属的典型多糖利用位点(PUL)。与大多数PUL类似，ccf操纵子由控制基因表达的转录调节因子sigma/antisigma因子对（ccfA和ccfB）组成。ccfA/B的下游是TonB依赖性受体，它将分解产物转运到细胞周质(ccfC)和SusD样辅助脂蛋白 (ccfD)，这是控制ccfC营养转运所需的。
最近的一项研究表明，ccf基因座控制荚膜变异，抑制PSA并诱导多糖C(PSC)表达。ccf功能允许响应PSC建立IgA依赖性生态位，使脆弱拟杆菌细胞能够定位到更靠近肠道上皮的位置。
• 脆弱拟杆菌溶血素
许多革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌分泌裂解红细胞的酶，称为溶血素。脆弱拟杆菌也不例外，因为许多菌株携带溶血素直系同源基因。溶血素A和B(分别为HlyA和HlyB)已被证明在体外对红细胞具有酶活性。
缺乏溶血素A和B的脆弱拟杆菌适应性较低
缺乏hlyA/B基因的脆弱拟杆菌突变株在体外和体内表现出适应性降低，表明溶血素可能参与定植。但目前尚无明确证据表明溶血素在脆弱拟杆菌引起的疾病发病机制中具有特定作用。
• 神经氨酸酶
细菌糖苷酶无处不在，被许多生物体用来降解复杂的多糖，以达到营养和生态目的。而脆弱拟杆菌和其他拟杆菌属可以通过分泌神经氨酸酶将唾液酸从宿主糖蛋白上裂解下来。
神经氨酸酶有助于脆弱拟杆菌利用更多的营养物质，从而帮助定植
唾液酸通常存在于宿主糖蛋白上。研究最多的来自脆弱拟杆菌的神经氨酸酶是由nanH基因编码的。nanH的缺失会产生突变株。
宿主糖蛋白的唾液酸释放和利用可能作为营养多样性的额外衡量标准，这对肠道共生至关重要。神经氨酸酶似乎还通过释放唾液酸和发现其他聚糖部分来增加脆弱拟杆菌与哺乳动物上皮细胞的结合。nanH基因的存在也被用作附加分类信息的手段，用于对感染部位和粪便样本中分离的脆弱拟杆菌进行分类。
• 蛋白酶
脆弱拟杆菌已被证明可产生除脆弱拟杆菌毒素和脆杆蛋白酶以外的其他蛋白酶。在脆弱拟杆菌菌株的基因组中发现了C10家族(BFP)的半胱氨酸蛋白酶子集。
蛋白酶有助于适应环境变化
BFP基因表达，特别是BFP4，在体外随着氧气浓度的增加而被诱导，这表明BFP在适应环境变化中具有一定的作用。
BFP基因在感染部位的细菌分离物和健康捐赠者的粪便样本中均被发现；然而，尚未对同基因BFP缺失菌株进行评估，以评估BFP在致病性中的作用。
在脆弱拟杆菌中也发现了一种纤维蛋白原降解蛋白酶，尽管其在毒力中的作用尚不清楚。
• 粘附分子
细菌细胞通过粘附素粘附到基质上，粘附素是特异性结合宿主细胞受体的蛋白质。许多粘附素表达为菌毛或菌毛的一部分。
在拟杆菌等共生肠道细菌中，与肠道粘液和上皮细胞的结合有利于稳定的肠道生态位定植。在人类中，绒毛菌株更常见于脓肿和健康粪便样本，而非绒毛菌株则富含血液感染的分离株。
细胞粘附性丧失会促进肠外传播和免疫逃避
粘附的毛状拟杆菌更容易被中性粒细胞吞噬；因此，细胞粘附性的丧失可以促进肠外传播和免疫逃避。
在血液分离物中比在脓肿或健康粪便分离物中更频繁地观察到与红细胞的特异性结合或血凝作用。
结合蛋白有助于脆弱拟杆菌在肠外存活
脆弱拟杆菌还呈现细胞外基质(ECM)结合蛋白，表明其在肠外存活中发挥作用。与ECM中最丰富的蛋白质纤连蛋白的结合是由类似于TonB依赖性受体BF1991的蛋白质介导的。
令人惊讶的是，缺乏BF1991的突变菌株比野生型菌株对纤连蛋白的粘附性更强，这表明存在多余的纤连蛋白结合蛋白。BF1991突变体在体外更容易被巨噬细胞吞噬。
脆弱拟杆菌与层粘连蛋白-1和胶原蛋白-1的结合也有报道。与其他人类病原体类似，脆弱拟杆菌可以与凝血相关的血浆蛋白相互作用。BF-FBP是一种54-KDa的蛋白质，可结合纤维蛋白原，纤维蛋白原是纤维蛋白脓肿形成的主要成分。
其他蛋白质可以结合纤溶酶原和高分子激肽原，但在脆弱拟杆菌操纵宿主凝血过程中的作用尚不清楚。脆弱拟杆菌可能结合的宿主靶标的多样性使我们能够假设体内可能会诱导不同的结合模式作为对环境和宿主线索的反应。
• 氧化应激反应
由于肠腔内的氧气浓度梯度，肠道细菌暴露于宿主外部和肠腔内的氧气。拟杆菌临床分离株比非临床分离株具有更高的耐氧性，表明这种适应在发病机制中发挥着作用。
含氧量会影响脆弱拟杆菌的感染率
氧化应激反应(OSR)机制在肠外感染的情况下可能特别具有保护作用，因为肠外感染时组织的含氧量比肠腔的含氧量更高。
厌氧/需氧通量可以改变基因表达谱，潜在地改变生物体的致病性及其与腹部和腹膜感染的关联。尽管脆弱拟杆菌可以在低摩尔氧浓度下生长，但暴露于较高浓度的氧气会阻止其生长；因此，需要OSR来避免细胞氧化损伤。
注：OSR是通过大量具有不同功能的蛋白质来实现的，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、铁储存蛋白和硫氧还蛋白。转录因子OxyR负责诱导OSR途径中的许多基因。据报道，另一种转录因子bmoR是OSR的组成部分，可诱导维持细胞内氧化还原状态所需的基因。
• 其他环境刺激，例如胆汁酸
脆弱拟杆菌已被证明对胆汁盐的存在有反应，在体外增加细胞粘附和聚集。
没有证据表明拟杆菌属的胆汁盐耐受性是一种致病性状，而不是环境应激反应的一部分。mar系统等转录调节因子介导对抗菌药物和其他环境压力源的耐药性。
• 拟杆菌中的T6SS
栖息在肠道中的细菌大量存在，并且在这种环境中争夺稳定位置的情况通常存在。有毒蛋白的分泌是一种常见的竞争机制，最近多项研究表明T6SS在拟杆菌生态位建立中的重要性以及更广泛的肠道内细菌间竞争。
六型分泌系统（T6SS）是病原菌中高度保守的蛋白质分泌系统，可分泌效应蛋白作用于真核宿主或其他细菌，从而促进其生存及感染。
T6SS类似于反向噬菌体，序列和结构分析表明这些系统之间存在同源性。T6SS通过以接触依赖性方式将效应物(毒素)直接从细菌细胞的细胞质分泌到另一个细胞中来发挥作用。
细菌细胞分泌T6SS效应子时会合成特定的免疫蛋白，从而抵抗姐妹细胞的攻击。每个效应蛋白都包含一个同源免疫蛋白，通常由邻近基因编码。尽管已经表明某些细菌可以利用T6SS将毒素注入真核细胞，但大多数物种使用T6SS作为细菌间杀伤机制。
在拟杆菌目的物种中，编码T6SS的基因可以存在于被称为基因组结构(GA)、GA1、GA2和GA3的三种不同遗传排列中。虽然GA1和GA2存在于拟杆菌目的许多物种中，但GA3仅限于脆弱拟杆菌。对脆弱拟杆菌GA3限制的进化解释是，GA1和GA2可以通过遗传元件在细菌细胞之间动员，但GA3不包含这种传播特征。
携带T6SS的脆弱拟杆菌有助于竞争中占据优势
根据人类微生物组的序列分析，存在于高达75%的人群中。携带T6SS的拟杆菌在人类中的高流行表明该基因在结肠生态位建立的竞争中发挥着重要作用。
大多数成年人宿主都被单一脆弱拟杆菌菌株定殖；T6SS是幼儿期初始利基获得的关键特征。同一项研究表明，携带T6SS的脆弱拟杆菌与同一生态系统中其他拟杆菌属的增加之间存在关联，这表明GA3效应子-免疫对在体内主要用于脆弱拟杆菌菌株之间的竞争。这可能是由于其他拟杆菌属物种在结肠内占据不同的地理位，限制了脆弱拟杆菌的T6SS的负面影响。
• 拟杆菌中的抗菌蛋白
除了接触依赖性杀伤作用外，拟杆菌还能分泌可溶性毒素。拟杆菌基因组携带编码毒素的基因，这些毒素属于拟杆菌目分泌的抗菌蛋白(BSAP)。
抗菌蛋白对于体内外菌株竞争非常重要
BSAP是含有膜攻击复合物/穿孔素(MACPF)结构域的蛋白质的直系同源物，已被证明对于拟杆菌属物种之间的体外和体内菌株竞争非常重要。
• 拟杆菌分泌的类泛素蛋白
拟杆菌属物种还可以分泌一种类泛素蛋白，介导细菌间杀伤作用。用于细菌竞争的各种各样的接触依赖性和非接触依赖性机制和效应分子强化了这样的概念：单一遗传决定因素不足以在给定生态位中击败许多不同的生物体；多种遗传因素可能控制脆弱拟杆菌占据的生态位。
因此，菌株之间的基因组多样性降低了单一菌株用作通用益生菌以取代肠道生态系统中的ETBF的可能性。目前来看，基因功能的管理仍然是理解脆弱拟杆菌基因组15-20%菌株特异性部分在定植中的作用的主要瓶颈之一。
当我们说脆弱拟杆菌是条件致病菌时，意思是在正常情况下，它可能是无害的，但在特定条件下（如免疫力低下），它可以引起疾病。这种菌在特定的环境或宿主状态下，具有潜在的致病能力。而在一般情况下，其可能有一定的健康益处。
迄今为止，共生不产肠毒素脆弱拟杆菌(NTBF)菌株已被证明可以抑制不同器官的炎症，包括腹膜、肠道、大脑和肺。这些菌株还可以抑制病原菌感染并支持癌症治疗。
多糖A(PSA)已被确定为脆弱拟杆菌NCTC 9343产生的主要功能分子。这种多糖具有由重复寡糖单元组成的两性离子结构，该重复寡糖单元包含具有游离氨基和羧基的组成糖，并且对于菌株的有利生物活性至关重要。
此外，脆弱拟杆菌产生的两性离子PSA已被确定为一种免疫调节分子，在免疫系统成熟中发挥作用。T 辅助细胞1(TH1)和TH2细胞是效应CD4+ T细胞群的亚型。在之前的一项研究中，脆弱拟杆菌NCTC 9343或多糖A(PSA)都可以纠正无菌小鼠中的TH1/TH2细胞失衡并增强调节性T细胞(Treg)功能。
最近的研究揭示了脆弱拟杆菌NCTC 9343以及相关PSA在不同疾病中使用的免疫调节机制。新发现的菌株B. fragilis ZY-312 也已被证实对宿主发挥有益的免疫调节作用。
此外，源自涉及碳水化合物发酵（包括脆弱拟杆菌）的肠道微生物群的短链脂肪酸，例如主要是乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，具有有益的功能，包括为结肠粘膜提供能量和维持结肠稳态。
例如，口服脆弱拟杆菌可以显著增加沙门氏菌感染大鼠肠道内容物中的短链脂肪酸浓度，这可能会进一步减少炎症并恢复肠道屏障的完整性。
脆弱拟杆菌的免疫调节作用
Sun F,et al.Food Res Int.2019
经过二十年的研究，脆弱拟杆菌荚膜多糖的免疫调节特性已被阐明。研究表明，皮下注射脆弱拟杆菌NCTC 9343 (ATCC 25285) 和 ATCC 23745 荚膜复合物（包含多糖A和多糖B(PSB)），可以防止脓毒症形成的腹腔内脓肿。
尽管这种保护活性可能不符合抗原特异性的传统标准，但它可能专门针对多糖上带相反电荷基团的基序。因此，观察到的保护将是T细胞依赖性的。
• 通过介导T细胞产生细胞因子减轻脓肿
随后的研究还表明，脆弱拟杆菌产生的两性离子多糖介导CD4 + T细胞反应。观察到的反应需要抗原呈递细胞(APC)内化PSA，然后抗原呈递细胞将 PSA 抗原呈递到主要组织相容性复合物(MHC)II类分子上 。CD4+ T 细胞通过产生白细胞介素-2、干扰素-γ和IL-10等细胞因子，进一步提供针对病原菌引起的脓肿的保护。
特别地，IL-2被鉴定为脓肿形成的重要抑制剂。
下面还将讲述其他研究报道了脆弱拟杆菌相关疾病与具体免疫机制的关联，包括脆弱拟杆菌NCTC 9343 PSA免疫调节机制的典型例子。
对小鼠的研究表明，脆弱拟杆菌(B.fragilis NCTC 9343)释放的多糖A(PSA)对结肠炎的治疗具有显著影响，并且可以防止体重减轻和炎症。
• 多糖A具有抗炎作用，并有效抑制促炎细胞因子产生
作为一种有用的抗炎分子，PSA被证明可以通过扩大产生IL-10的CD4+CD45Blow T细胞的数量和抑制促炎性IL-17的产生来介导健康的免疫反应并预防小鼠中肝螺杆菌诱导的结肠炎。
在无菌小鼠中，脆弱拟杆菌定殖需要TLR2信号来诱导CD4+Foxp3+T调节细胞的发育，并通过产生IL-10来增强炎症抑制能力。值得注意的是，PSA在动物模型中不仅可以预防结肠炎，还可以治愈结肠炎。
外膜囊泡(OMV)中包装的PSA可改善动物结肠炎，类似于口服纯化PSA的效果。此外，最近的一项研究证明了一种相互作用机制，其中脆弱拟杆菌OMV 可以激活非典型宿主自噬途径，从而预防 2,4-二硝基苯磺酸 (DNBS) 诱导的结肠炎。该机制同时需要宿主炎症性肠病相关基因ATG16L1和NOD2的表达。
• 脆弱拟杆菌对适应性免疫与先天免疫都有益
ZY-312 是一种从健康婴儿粪便中分离出来的新型非肠毒素脆弱拟杆菌菌株，最近被证实是拟杆菌门的潜在下一代益生菌候选者。研究报告称，除了对适应性免疫的影响外，脆弱拟杆菌还与先天免疫系统有关。B. fragilis ZY-312 可增强巨噬细胞的吞噬活性并诱导极化至M1表型。
• B.fragilis ZY-312 未来可能成为重要益生菌
进一步的研究表明，B. fragilis ZY-312 可以缓解抗生素相关性腹泻(AAD)大鼠模型中的腹泻并增加微生物丰度。所有这些作用都促进了肠道屏障的恢复和肠上皮细胞的再生，这些机制可能解释了 AAD 治疗的策略。
脆弱拟杆菌产生的短链脂肪酸还可以增加结肠 Tregs 的数量并预防结肠炎。一项体外研究还表明，源自脆弱拟杆菌的短链脂肪酸可以抑制可能导致患者腹泻的产气荚膜梭菌的孢子形成。
据报道，脆弱拟杆菌对宿主具有间接影响，这归因于其独特的免疫调节功能。脆弱拟杆菌分泌的多糖A(PSA)是中枢神经系统脱髓鞘疾病的有效调节剂和抑制剂。
• 预防和改善抗生素引起的肠道细菌变化
在一项实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠模型研究中，纯化的脆弱拟杆菌PSA被证明可以预防和治疗口服抗生素治疗引起的肠道细菌变化和疾病发展。人们发现这种保护机制依赖于IL-10的产生。
进一步研究表明，脆弱拟杆菌PSA可能通过TLR2介导的CD39信号传导预防 EAE，并且CD4+细胞上 CD39 的表达可能与分泌IL-17的Th17和分泌IL-10的Tregs之间的平衡有关。
• 改善神经发育障碍和胃肠道异常
上述发现表明肠粘膜组织、大脑和脊髓之间存在复杂的相互作用。与此同时，在怀孕期间腹腔注射 20 mg/kg Poly(I:C) 诱导母体免疫激活 (MIA) 的小鼠后代中也发现了肠道-微生物组-大脑的联系。
这些后代表现出自闭症谱系障碍(ASD)的特征，伴有社交障碍和胃肠道屏障缺陷。然而，口服脆弱拟杆菌可以改善这些缺陷后代的神经发育障碍和胃肠道异常。
脆弱拟杆菌与人体之间相互作用的潜在免疫机制
Sun F,et al.Food Res Int.2019
最近的研究表明，脆弱拟杆菌PSA可以通过诱导 CD4+ T 细胞的扩增和IL-10的产生来预防气道炎症和实验性哮喘。与免疫的系统性本质一致，研究证实PSA激活的效应/记忆T细胞可以与肺组织中的FoxP3 + Tregs协同预防肺部炎症。
首先，PSA抗原被内化并呈递在APC表面表达的MHC II类分子上，促进肠道中CD4+ T细胞的激活。接下来，效应T细胞与肺部常驻FoxP3 + Tregs之间的通讯会增强Tr1细胞的抑制能力，最终导致抗炎细胞因子IL-10的释放并预防肺部炎症。
如上所述，脆弱拟杆菌的荚膜多糖通过依赖于CD4+ T细胞激活和随后T细胞驱动的 IL-10 产生的机制抑制气道炎症。
研究发现，脆弱芽孢杆菌NCTC 9343 可预防多种病原体，包括肝螺杆菌和汉氏巴尔通体。最近的一项研究发现，新型脆弱拟杆菌菌株ZY-312分泌的某些物质可以预防副溶血性弧菌感染。另一项研究表明，根据T6SS竞争机制，共生NTBF可以限制致病性ETBF的定植并预防结肠炎。
如上所述，BSAP-1是影响微生物群菌株水平组成的重要竞争因子。因此，我们推测脆弱拟杆菌在种间竞争中既使用了已知的竞争机制，也可能与病原体竞争。
B.fragilis NCTC 9343 还有效促进抗癌免疫监视。口服脆弱拟杆菌或多糖可以逆转 CTLA-4 阻断抗癌疗法的无反应性。然而，许多患者不能很好地耐受多种副作用，特别是促炎作用。
幸运的是，最近的一项小鼠研究发现脆弱拟杆菌减轻了广泛使用的抗癌免疫抑制剂甲氨蝶呤(MTX)引起的不良反应。PSA 在体外诱导 IL-8 的产生，这可能会抑制结直肠癌细胞的增殖并限制上皮间质转化。
在体内，脆弱拟杆菌可以预防结肠癌的发展。AOM/DSS 诱导的结肠炎相关结肠癌小鼠模型在施用脆弱拟杆菌后表现出肿瘤发生减少。
ETBF菌株与多种涉及肠道和肠外感染的病症有关，包括炎症性肠病、菌血症、全身炎症和神经系统疾病。
Sun F,et al.Food Res Int.2019
然而，无症状ETBF定植在成人中也很常见。事实上，ETBF和NTBF都可以长期定植于人体等宿主，尽管只有前者可以触发致癌的多步炎症反应。
在儿童中，ETBF相关腹泻通常发生在1至5岁之间。在成人中，ETBF相关腹泻的发生率可能随着年龄的增长而逐渐增加。
一项针对台北市513名肠胃炎患者的研究显示，ETBF感染多发生于老年人和寒冷干燥的冬季。此外，ETBF相关腹泻因地理位置而异。
接下来我们重点讲述两种ETBF会引起的疾病。
结肠炎和结直肠癌与携带产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)之间的关联产生了这样的假设：由于其组织损伤性毒素，该菌株是结直肠癌的致病因子。
• 感染ETBF可能导致结直肠癌
ETBF可以释放复杂的毒素。一个值得注意的ETBF 毒力因子是脆弱拟杆菌毒素(BFT)，一种锌依赖性金属蛋白酶，具有三种不同的分子亚型(BFT-1、-2和-3)。
最近的一项研究表明，BFT可能被fragipain激活。此外，与外膜成分发生疏水和静电相互作用的BFT可能在囊泡形成过程中分泌。
ETBF的暂时扩张会破坏肠粘膜和毒素调节系统 RprXY，从而诱发炎症性肠病和结直肠癌。ETBF被认为是结直肠癌的危险因素，因为它增加肠上皮细胞的通透性并促进细胞增殖，这与结肠炎和结直肠肿瘤的发生有关。此外，还发现ETBF比例与结直肠癌发生之间存在显著关联。
• 感染ETBF会诱导结肠炎的产生
研究表明，口服接种ETBF可以引发肠上皮中细胞间粘附蛋白 E-钙粘蛋白的严重裂解，导致无特定病原体小鼠出现持续性亚临床结肠炎，但在无菌小鼠中迅速导致致命性结肠炎。
进一步的报告显示，ETBF产生的BFT可能与假定的结肠上皮受体结合，在γ分泌酶调节的过程中刺激β-肌动蛋白-T细胞因子核信号传导。这种结合会诱导 E-钙粘蛋白的裂解，从而促进原癌蛋白 c-Myc 的表达，并最终促进细胞增殖。
此外，在被结肠上皮受体识别后，BFT被证明可以激活 Wnt 和 NF-κB 信号通路，导致 ETBF 诱导的结肠炎小鼠模型中免疫细胞中的Stat3持续激活和粘膜 Th17 免疫反应。
研究发现，家族性腺瘤性息肉病(FAP)患者的结肠粘膜中脆弱拟杆菌毒素基因高度富集。超过一半的FAP患者同时被ETBF和携带基因毒性pks基因岛的大肠杆菌菌株共同定殖，从而产生协同致癌作用。
ETBF可以降解粘膜，以促进大肠杆菌pks+E对粘膜组织的再定植。因此，活性氧和IL-17的产生会增加结肠上皮细胞的DNA损伤，导致癌变。
ETBF可能因肠道菌群失调和屏障功能障碍而进入血流。最近的研究表明，极度促炎的脆弱拟杆菌脂多糖(BF-LPS)通过胃肠道裂口渗漏到血液中，是导致宿主发生全身炎症的主要因素。BF-LPS还可能穿过血脑屏障，逐渐促进阿尔茨海默病的发展。
• 可能导致促炎性退行性神经疾病的发生
一旦被小胶质细胞上的TLR2、TLR4 CD14识别，BF-LPS可以引发NF-kB 复合物(一种炎症转录因子)以及促炎性 microRNA 的表达。
这些事件抑制 miRNA 结合 mRNA 的表达并触发骨髓/小胶质细胞中的受体，与大脑中散发性阿尔茨海默病的观察结果一致。
因此，我们认为与人类胃肠道微生物组相关的神经毒素，例如 BF-LPS，可能是促炎性退行性神经病理学的驱动因素。
除此之外，产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)对肠道健康具有重要影响。
• ETBF与肠道稳态紧密相关
研究发现，经口灌胃产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)后，约4周出现结肠疾病。BFT驱动的APC突变小鼠结肠细胞损伤以Stat3和IL-17依赖性方式触发过度增殖反应和炎症级联反应。
IL-8和其他CXC趋化因子的分泌会招募未成熟的多形核细胞，导致炎症和细胞损伤加剧。这些实验表明，ETBF可以在易患模型生物体中彻底重塑结肠上皮，使其进入疾病状态。
最近，来自健康个体和结肠癌患者的粘膜细菌群落被证明可以在三种Apc模型中诱导肿瘤。肠道上皮稳态的主要扰动似乎伴随着更严重的产肠毒素脆弱拟杆菌依赖性表型。
脆弱拟杆菌毒素对免疫反应的影响
Valguarnera E,et al.J Mol Biol.2020
细胞损伤和炎症需要激活β-catenin/Wnt、STAT3 和NF-κβ通路。固有层内的巨噬细胞分泌促炎细胞因子，促进Th17细胞表型。结肠上皮细胞分泌CXC 趋化因子，例如IL-8，促进骨髓细胞募集到损伤部位。
• 肠道稳态期间毒素可能被消除
每个个体对结肠炎症和生态失调的内在倾向可能决定ETBF是否表现出与无症状定植或严重结肠疾病一致的表型。宿主对ETBF的易感性由哺乳动物宿主细胞本身和共生微生物的状态决定，它们共同形成复杂且动态的生态系统。
在肠道稳态期间，毒素的产生可以被消除，或者在具有健康粘液层和共生微生物组的宿主中变得无害。肠道环境的扰动可能引发ETBF的致病性，导致炎症和生态失调。
调节ETBF共生性或致病性程度的宿主和微生物因素
Valguarnera E,et al.J Mol Biol.2020
由于脆弱拟杆菌毒素(BFT)的分泌和细胞损伤，ETBF携带可能导致结肠疾病的风险，但宿主易感性是ETBF疾病的关键。不允许ETBF定植的健康稳态微生物群落应包含与ETBF竞争结肠生态位的NTBF细菌。
NTBF要求胶囊定植并通过T6SS和BSAP建立竞争。
• ETBF感染影响益生菌干预的效果
益生菌干预可能是一种非常有价值的工具，可以延缓易感人群由 ETBF 引起的疾病进展。但最近的研究表明，在小鼠中，将 NTBF和 ETBF联合接种，或在 ETBF 定植后接种 NTBF，并不能挽救慢性结肠炎和结直肠癌的进展。
因此，ETBF之前的生态位占据大大降低了益生菌 NTBF菌株定植的成功率。在这项研究中，ETBF 相对于 NTBF 的主导地位部分是由MACPF非 T6SS 毒素的分泌来解释的，这突显了益生菌干预在临床环境中的潜在复杂性，临床环境中遗传多样性很高，而且大多数利基获得决定因素仍未被探索。
▼
拓展：脆弱拟杆菌的耐药性
传统抗生素，如甲硝唑、碳青霉烯类药物和头孢西丁，通常有效地用于治疗脆弱拟杆菌感染。
• 脆弱拟杆菌适应性很强，极易产生耐药性
然而，这种细菌对周围环境的适应性很强，很容易产生抗生素耐药性，抗生素的不当使用进一步助长了耐药性。因此，抗生素耐药性已成为脆弱双歧杆菌感染治疗的主要障碍。
这种抗性在很大程度上归因于脆弱拟杆菌的遗传可塑性，即反转、复制、水平基因转移和大规模染色体转移。根据文献，脆弱拟杆菌携带四个CRISPR-Cas系统。其中三个涉及与1类IB型、1类IIIB型和2类IIC型紧密匹配的相邻cas基因。相反，从血液中分离的CRISPR-Cas系统是一个非典型的IIIB型系统，缺乏相邻的Cas基因。此外，脆弱芽孢杆菌的CRISPR-Cas系统可能调节与共生体和病原体转化相关的内源性基因。
此外，脆弱拟杆菌具有多药外排泵转运系统，可以将有毒的抗菌底物输出到外部环境，并可能导致对多种抗生素产生耐药性。
甲硝唑只是针对所有脆弱拟杆菌分离株的体外活性最强的药物，应被视为经验性治疗脆弱拟杆菌感染的一线抗生素。但是持续监测不同地理区域脆弱拟杆菌的抗生素耐药性模式对于提供合适的治疗方案和更准确地预防感染至关重要。
“
单一脆弱拟杆菌菌株可保护肠道完整性并降低移植物抗宿主病
移植物抗宿主病(GVHD)是一种由供体T细胞引发的促炎综合征，也是同种异体造血细胞移植(allo-HCT)后的主要并发症。
GVHD有两种形式：急性(aGVHD)和慢性(cGVHD)。aGVHD主要由T细胞诱导，通常以1型 T细胞反应为特征，而cGVHD由T细胞和B细胞诱导，具有与自身免疫性疾病相似的表现。
在急性期，GVHD通常针对一组有限的器官，包括皮肤、肺、肝脏和胃肠道。在这些组织部位中，胃肠道在GVHD发病机制中尤为重要，因为肠道损伤在全身GVHD的引发和放大中发挥着关键作用。其结果可归因于粘膜屏障的破坏，这是由于细菌产物(例如内毒素)和驻留在宿主胃肠道中的免疫细胞之间相互作用而导致全身性促炎细胞因子的产生增加。
在临床上，肠道损伤本身和随后的感染并发症可能会危及患者的生命。
该研究证明了脆弱拟杆菌可降低急性和慢性移植物抗宿主病。GVHD的降低与诱导的T细胞和B细胞同种异体反应的一些变化有关。脆弱拟杆菌(B.fragilis)通过PSA依赖性方式和短链脂肪酸介导的机制稳定肠道环境来调节这些反应。因此，受体肠道完整性得以维持，部分归因于通过IL-22和 GRP43实现肠隐窝再生，最终将免疫反应转向减少炎症，从而产生GVHD保护。
这项研究为使用单一菌株(如脆弱拟杆菌)作为安全有效的干预措施提供了强有力的理由和手段，这将有利于临床上的移植患者。
“
脆弱拟杆菌菌株可增强肠道紧密连接蛋白并表现出肠道抗炎作用
脆弱拟杆菌介导的保护机制很复杂，但来自脆弱拟杆菌的细胞外囊泡及其外膜PSA对 NF-κB 介导的炎症也有效，这种炎症不仅限于结肠疾病。
此外，脆弱拟杆菌定植诱导的肠道代谢物(短链脂肪酸)在体内和体外调节免疫细胞发育(Treg)和肠道通透性。
研究发现单独使用脆弱拟杆菌处理是无害的，并且对细胞活力或细胞凋亡没有影响。虽然TNF-α可以预见地降低了细胞活力并增加了细胞凋亡，但脆弱拟杆菌却减弱了这种恶化。
TNF-α激活的NF-κB通路以及炎症细胞因子IL-6和IL-1β也被脆弱拟杆菌阻断。值得注意的是，脆弱拟杆菌的代谢上清液还具有抗炎作用。
动物研究表明，活体脆弱拟杆菌（而非死亡菌株）可改善 DSS 诱发的结肠炎，体重减轻、结肠长度缩短和屏障功能增强即可证明这一点。
施用脆弱拟杆菌后，结肠组织炎症细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平降低，抗炎细胞因子IL-10水平增加。
总之，脆弱拟杆菌ATCC 25285无论在体内还是体外都表现出抗炎作用，它可能是一种潜在的改善结肠炎的益生菌剂。
“
脆弱拟杆菌调节宿主对病毒感染和治疗的反应
脆弱拟杆菌及其荚膜多糖A调节 I 型干扰素的组成水平以预防病毒感染
I型干扰素 (IFN-Is) 是一类专门的细胞因子，可协调宿主对病毒的免疫反应。IFN-Is 调节宿主机制，最终杀死受感染的细胞以限制病毒传播。然而，它们还参与免疫细胞的增殖和激活，这对于控制其他细胞内感染、抗肿瘤和抗炎反应至关重要。
哺乳动物中最明确的IFN-Is是干扰素-α和干扰素-β。先前的文献表明，肠道微生物群的耗竭降低了肠道和脾脏干扰素刺激的表达基因(ISG)。
在这项研究中，单独给无菌小鼠灌胃脆弱拟杆菌可增加IFN-β基因的表达。正如预期的那样，来自脆弱拟杆菌的多糖A还显著增加了ISG的体外和体内表达以及 IFN-β的分泌。
PSA/脆弱拟杆菌的免疫保护机制
编辑
脆弱拟杆菌多糖A的双重性——炎症特性
事实上，来自脆弱拟杆菌的PSA因其细胞因子诱导特性而被广泛研究，并被证明可以协调炎症过程的抑制，以预防实验性自身免疫性疾病(EAE) 、炎症性肠病等疾病。相反，来自脆弱拟杆菌的PSA也可以促进炎症作用，从而诱发例如脓肿。
在最近的一项研究中，描述了PSA反应的这种双重性。在这里，来自脆弱拟杆菌的PSA上调了许多干扰素相关基因的表达，并诱导肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、IL-6、IFN-γ和趋化因子配体(CXCL)-10 的分泌。
“
肠道脆弱拟杆菌可改善肾纤维化
大约10%的普通人群患有慢性肾病(CKD)。肾纤维化不可避免地导致CKD进展，其特征是成纤维细胞和肌成纤维细胞的增殖。肌成纤维细胞的特点是产生α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)纤维、胶原蛋白和细胞外基质(ECM)蛋白。
持续的ECM产生会导致肾小球滤过率降低和肾损伤。完全停止疾病进展或诱导肾纤维化消退可以缓解CKD。肾纤维化是进行性慢性肾脏病(CKD)各种表现的必然结果。因此，对针对肾纤维化的有效治疗方案的需求怎么强调都不为过。在这篇研究里，展示了脆弱拟杆菌(B.fragilis)对小鼠肾纤维化的保护作用。
脆弱拟杆菌通过降低脂多糖水平来减轻肾纤维化。由于血液中1,5-脱水葡萄糖醇 (1,5-AG) 水平增加，它还能抑制Nrf2/Keap1和TGF-β/Smad信号通路。发现 1,5-AG 是钠-葡萄糖协同转运蛋白 2 (SGLT2) 的底物。B. fragilis恢复了 UUO 和腺嘌呤模型肾脏中 SGLT2 表达的降低。因此，调节肠道中脆弱拟杆菌的丰度可能是治疗慢性肾病的一种策略。
“
脆弱拟杆菌通过代谢调节参与甲氨蝶呤对关节炎的治疗作用
甲氨蝶呤(MTX)是治疗类风湿性关节炎(RA)的首选缓解病情抗风湿药物。然而，MTX的毒性和低效限制了其临床应用。肠道微生物群与MTX的副作用和功效有关。
脆弱拟杆菌有助于提高甲氨蝶呤对类风湿性关节炎的疗效
在这项研究中，对RA患者肠道微生物群的分析表明，MTX治疗后肠道脆弱拟杆菌的丰度有所降低。还观察到，在没有脆弱拟杆菌的情况下，MTX没有明显的治疗作用，而脆弱拟杆菌的移植在抗生素预处理的胶原诱导性关节炎(CIA)小鼠中恢复了MTX的功效。
此外，强饲脆弱拟杆菌还伴随着丁酸盐的增加。补充丁酸盐可以恢复肠道微生物群缺陷小鼠对 MTX 的反应，达到与脆弱拟杆菌灌胃相似的水平。这些结果表明，肠道微生物群调节的丁酸盐在甲氨蝶呤的疗效中发挥着重要作用，这将为提高甲氨蝶呤在类风湿性关节炎治疗中的有效性提供新的策略。
“
脆弱拟杆菌衍生代谢物可降低沙门氏菌的毒力
大量研究表明，肠道微生物群含有分泌代谢物的健康细菌，有助于对抗肠道和其他器官的疾病。肠道微生物群产生的代谢物包括叶酸、吲哚、γ-氨基丁酸、血清素、次级胆汁酸、脱氨基酪氨酸和短链脂肪酸。
多项研究表明，这些存在于无细胞上清液中的微生物群衍生代谢物可能成为对抗大肠杆菌和沙门氏菌等病原体的抗生素的替代品。
在这项研究中，在接受脆弱拟杆菌和沙门氏菌生物活性组分的小鼠中，与单独接受沙门氏菌相比，结肠中 cldn-1和occludin的表达显著增加，表明肠道屏障得到改善。在单独存在生物活性组分的情况下，仅cldn-1被上调。
已有报道称，脆弱拟杆菌NTBF ZY-312 会诱导患有抗生素相关性腹泻(AAD)的小鼠中occludin过度表达。B. fragilis NTCC 9343增加了结肠中紧密连接蛋白ZO-1、occludin和claudin-1的表达，以对抗 DSS 诱导的溃疡性结肠炎，而B. fragilis菌株FJSWX11BF没有起到保护作用。然而，在这两项研究中，由于仅使用活细菌，因此并未鉴定出与该调节有关的细菌化合物。
然而，这项研究有一些局限性。实验是在实验室条件下进行的，这并不能完全反映人类肠道的复杂性以及共生细菌可能发挥其有益作用的环境。此外，需要对含有 20%血清的完整 DMEM 进行更多研究，以了解脆弱拟杆菌影响的具体机制。
脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)是人类肠道中的一种共生菌，对于健康有着重要的影响。以前经常将脆弱拟杆菌认为是一种条件致病菌，然而，越来越多的研究发现其有作为益生菌的潜力。
脆弱拟杆菌菌株可分为两种亚型：不产毒脆弱拟杆菌(NTBF)菌株，不携带或分泌脆弱拟杆菌毒素 (BFT)，以及产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)菌株，携带BFT基因并编码脆弱拟杆菌毒素。
ETBF菌株具有致病性，可能诱发能量代谢功能障碍、影响肠道稳态，产生的毒素能导致结肠炎、阿尔兹海默病甚至是结直肠癌。
相比之下，NTBF菌株通常被认为是有益的共生微生物，可能通过种间竞争对抗ETBF。它还参与调节免疫系统、保护肠道屏障以及代谢关键营养物质。这些有益菌株通过释放某些有利分子来促进肠道健康，其中一种已被明确鉴定为多糖A。
通过深入理解脆弱拟杆菌与宿主之间的微妙平衡，我们可以更好地利用这种微生物来促进人类健康，并开发新的治疗策略来对抗相关疾病。
主要参考文献：
Sofi MH, Wu Y, Ticer T, Schutt S, Bastian D, Choi HJ, Tian L, Mealer C, Liu C, Westwater C, Armeson KE, Alekseyenko AV, Yu XZ. A single strain of Bacteroides fragilis protects gut integrity and reduces GVHD. JCI Insight. 2021 Feb 8;6(3):e136841.
He Q, Niu M, Bi J, Du N, Liu S, Yang K, Li H, Yao J, Du Y, Duan Y. Protective effects of a new generation of probiotic Bacteroides fragilis against colitis in vivo and in vitro. Sci Rep. 2023 Sep 22;13(1):15842.
Xia Y, Xiao Y, Wang ZH, Liu X, Alam AM, Haran JP, McCormick BA, Shu X, Wang X, Ye K. Bacteroides Fragilis in the gut microbiomes of Alzheimer’s disease activates microglia and triggers pathogenesis in neuronal C/EBPβ transgenic mice. Nat Commun.
Eribo OA, du Plessis N, Chegou NN. The Intestinal Commensal, Bacteroides fragilis, Modulates Host Responses to Viral Infection and Therapy: Lessons for Exploration during Mycobacterium tuberculosis Infection. Infect Immun. 2022 Jan 25;90(1):e0032121.
Hu, J., Chen, J., Xu, X. et al. Gut microbiota-derived 3-phenylpropionic acid promotes intestinal epithelial barrier function via AhR signaling. Microbiome 11, 102 (2023).
Zhou, W., Wu, Wh., Si, Zl. et al. The gut microbe Bacteroides fragilis ameliorates renal fibrosis in mice. Nat Commun 13, 6081 (2022).
Jiang K, Li W, Tong M, Xu J, Chen Z, Yang Y, Zang Y, Jiao X, Liu C, Lim B, Jiang X, Wang J, Wu D, Wang M, Liu SJ, Shao F, Gao X. Bacteroides fragilis ubiquitin homologue drives intraspecies bacterial competition in the gut microbiome. Nat Microbiol. 2024 Jan;9(1):70-84.
Nakajima A, Sasaki T, Itoh K, Kitahara T, Takema Y, Hiramatsu K, Ishikawa D, Shibuya T, Kobayashi O, Osada T, Watanabe S, Nagahara A. A Soluble Fiber Diet Increases Bacteroides fragilis Group Abundance and Immunoglobulin A Production in the Gut. Appl Environ Microbiol. 2020 Jun 17;86(13):e00405-20.
Wieland Brown LC, Penaranda C, Kashyap PC, Williams BB, Clardy J, Kronenberg M, Sonnenburg JL, Comstock LE, Bluestone JA, Fischbach MA. Production of α-galactosylceramide by a prominent member of the human gut microbiota. PLoS Biol. 2013 Jul;11(7):e1001610.
Zhou Q, Shen B, Huang R, Liu H, Zhang W, Song M, Liu K, Lin X, Chen S, Liu Y, Wang Y, Zhi F. Bacteroides fragilis strain ZY-312 promotes intestinal barrier integrity via upregulating the STAT3 pathway in a radiation-induced intestinal injury mouse model. Front Nutr. 2022 Dec 15;9:1063699.
Sun L, Zhang Y, Cai J, Rimal B, Rocha ER, Coleman JP, Zhang C, Nichols RG, Luo Y, Kim B, Chen Y, Krausz KW, Harris CC, Patterson AD, Zhang Z, Takahashi S, Gonzalez FJ. Bile salt hydrolase in non-enterotoxigenic Bacteroides potentiates colorectal cancer. Nat Commun. 2023 Feb 10;14(1):755.
Valguarnera E, Wardenburg JB. Good Gone Bad: One Toxin Away From Disease for Bacteroides fragilis. J Mol Biol. 2020 Feb 14;432(4):765-785.