黃秀艷， 曾耀英

盡管人類(lèi)是地球的主宰者，但是無(wú)論在數(shù)量或者多樣性方面，地球上的微生物是主流。人體只是許許多多細(xì)菌、古生菌、病毒以及真核微生物的支架或者平臺(tái)罷了。這些微生物棲息在多個(gè)人體解剖學(xué)上的壁龕里(消化道、泌尿生殖道、呼吸道和皮膚)與宿主形成共生關(guān)系，其數(shù)量大大超過(guò)人體的體細(xì)胞和生殖細(xì)胞一個(gè)或者多個(gè)數(shù)量級(jí)。與人類(lèi)其他解剖部位相比，腸道微生物群的復(fù)雜程度最高，其中細(xì)菌基因組數(shù)占99%以上，而且病毒和真核微生物目前的研究還很少。因此，文獻(xiàn)中的“gut microbiota”常常是指“腸道菌群”。在以往的文獻(xiàn)中的“gut flora”一詞也已經(jīng)逐漸被“gut microbiota”所替代。當(dāng)人們把人體看作超級(jí)生物體(superorganism)時(shí)，腸道菌群就被看作“第二基因組”、“被遺忘的器官”，或者外掛“基因硬盤(pán)”。人類(lèi)腸道菌群包含1013～1014個(gè)微生物，其數(shù)量是人體細(xì)胞的10倍;人體基因組大致有2.3萬(wàn)個(gè)基因，而腸道菌群基因組大概有3.3百萬(wàn)個(gè)基因，150倍于人體基因組。10年前，人們對(duì)腸道菌群的生理功能所知甚少。這是因?yàn)槟c道菌群的大多數(shù)是不能進(jìn)行體外培養(yǎng)，而且測(cè)序技術(shù)的能力無(wú)法對(duì)人的腸道菌群基因組進(jìn)行有效測(cè)序和分析。直到不依賴(lài)培養(yǎng)的高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，人們才對(duì)人腸道菌群高度多樣性的程度有所了解。2007年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院主持并啟動(dòng)了人微生物基因組計(jì)劃(Human Microbiome Project，HMP)［1］，其目的是闡明人體各個(gè)部位菌群的特性，探索人體微生物基因組(microbiome)的變化與健康的關(guān)聯(lián)性。同年歐盟也啟動(dòng)了全球人類(lèi)腸道宏基因組計(jì)劃(Metagenomics of the Human Intestinal Tract，MetaHIT)，其目標(biāo)與 HMP相似，而重點(diǎn)放在人類(lèi)腸道菌群。近年來(lái)，有關(guān)腸道菌群論文大量涌現(xiàn)，以關(guān)鍵詞“gut microbiota”和(或)“gut flora”在 PubMed進(jìn)行撿索，2014年3月2日之前，收錄852篇論文，而2004年大概有350篇，1994年只有130篇。Nature、Nature Reviews Gastroentero-logy＆ Hepatology、Science和 Science Translational Medicine等著名的國(guó)際科學(xué)期刊在2011到2012年間分別以“Gut Microbiota”為標(biāo)題的專(zhuān)刊形式刊登多篇Reviews和Perspectives，這表明人腸道菌群與健康這一領(lǐng)域的前沿性。

對(duì)人體微生物菌群的研究越來(lái)越深入，其成果正在對(duì)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的方方面面產(chǎn)生深刻的影響。例如在人類(lèi)進(jìn)化、出生后的發(fā)育、系統(tǒng)生理學(xué)、個(gè)體特征等傳統(tǒng)領(lǐng)域，已經(jīng)開(kāi)始滲入菌群生態(tài)學(xué)理論。人們正在重新思考健康和疾病的定義，并且認(rèn)真評(píng)估人類(lèi)生活方式的變化對(duì)健康的影響。

1 腸道菌群研究的推動(dòng)因素［2-3］(高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)展、動(dòng)物模型的建立和生態(tài)理論的引入)

與人體其它解剖部位相比，腸道菌群最為復(fù)雜。在先進(jìn)的高通量測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)之前，人們對(duì)腸道菌群的研究很少?，F(xiàn)在通過(guò)測(cè)序所鑒定的腸道菌群中的大多數(shù)成員，就目前的技術(shù)條件是無(wú)法進(jìn)行培養(yǎng)的。目前大多數(shù)的研究均為不依賴(lài)培養(yǎng)的測(cè)序技術(shù)。16S rRNA基因的全長(zhǎng)測(cè)序和全基因組霰彈槍測(cè)序法(whole-genome shotgun，WGS);即16S rRNA基因是細(xì)菌上編碼rRNA相對(duì)應(yīng)的DNA序列，存在于所有細(xì)菌的基因組中。它具有高度的保守性和特異性，可以用于細(xì)菌種屬鑒定。大致包括以下程序步驟:16S rDNA特異引物PCR擴(kuò)增、擴(kuò)增產(chǎn)物純化、DNA測(cè)序、序列比對(duì)等。近年測(cè)序技術(shù)的通量也大大提高，從16S rRNA基因全長(zhǎng)(1 200 bp)測(cè)序，改變?yōu)闄z測(cè)這個(gè)基因的高度可變片段(hypervariable portion)。這一策略的變化在提高通量同時(shí)還降低費(fèi)用，從使用Sanger測(cè)序儀(大約能測(cè)定1 000 bp)到使用Roche 454(大約能測(cè)定400 bp)或者Illumina平臺(tái)(大約能測(cè)定100 bp)。此外，高通量測(cè)序技術(shù)的引入，除了能克服克隆所造成的偏差外，還可以同時(shí)檢測(cè)數(shù)百份樣品。技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面的可行性也促進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改善，以大樣品量檢測(cè)為基礎(chǔ)的隊(duì)列研究和不同時(shí)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)研究成為可能。霰彈槍測(cè)序法在大規(guī)模的研究中也經(jīng)常使用，比如在HMP和MetaHIT計(jì)劃的研究中，除了16S rRNA技術(shù)外，也使用霰彈槍測(cè)序法。霰彈槍測(cè)序法是一種廣泛使用的為長(zhǎng)DNA測(cè)序的方法，比傳統(tǒng)的定序法快速，但精確度較差。其思想是將基因組打斷為數(shù)百萬(wàn)個(gè)DNA片段，測(cè)定每個(gè)片段的序列后，然后將片斷的序列信息重新整合在一起，從而得到功能基因組序列。此技術(shù)在細(xì)菌基因組測(cè)序研究上相當(dāng)有效。以體外培養(yǎng)的糞便樣品分離株為基礎(chǔ)的序列分析，可以提供全長(zhǎng)序列。全長(zhǎng)序列的資料所組成的數(shù)據(jù)庫(kù)，是前面提及的2種技術(shù)的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以進(jìn)行腸道菌群的特定組合的功能性研究，是與疾病關(guān)聯(lián)性研究所不能缺省的部分。其中，動(dòng)物模型是關(guān)鍵。用于腸道菌群研究的模型包括:已知菌(gnotobiotic)或無(wú)菌(germ-free)小鼠、豬和斑馬魚(yú)。其中，已知菌或無(wú)菌小鼠最為常用。前者是在完全無(wú)菌狀態(tài)下出生(剖腹產(chǎn)手術(shù))并且在無(wú)菌條件下飼養(yǎng)，按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊胩囟?xì)菌，以研究其共生關(guān)系。無(wú)菌小鼠出生和飼養(yǎng)條件與前者相同，只是沒(méi)有引入特定腸菌，一旦引入特定腸菌，就稱(chēng)作已知微生物小鼠。近年來(lái)，有關(guān)通過(guò)把人的腸道菌群移植到無(wú)菌小鼠，觀察人的特定結(jié)構(gòu)腸道菌群對(duì)小鼠表型影響的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮。妊娠常常伴有代謝的變化，如高血糖、胰島素抵抗和體重增加等，這些代謝改變與支持胎兒的生長(zhǎng)有關(guān)。為了闡明這些代謝的變化與腸道菌群的關(guān)聯(lián)性，Koren等［1］通過(guò)把妊娠早期和妊娠末期個(gè)體的腸菌分別接種到無(wú)菌小鼠，發(fā)現(xiàn)妊娠早期的腸菌接種的小鼠體重?zé)o異常，而妊娠后期的腸菌接種的小鼠出現(xiàn)肥胖，伴有胰島素抵抗。此外，作者還對(duì)妊娠2個(gè)時(shí)期的腸菌組成進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn):前者以厚壁菌門(mén)菌(Firmicutes)和擬桿菌門(mén)菌(Bacteroidetes)為菌群的主體，僅有小比例的變形菌門(mén)菌(Proteobaceteria);后者以變形菌門(mén)菌為菌群主體，厚壁菌門(mén)菌和擬桿菌門(mén)菌的比例明顯減少，而且這些菌群結(jié)構(gòu)模式完全通過(guò)接種而轉(zhuǎn)移到小鼠，從而證實(shí)妊娠期代謝變化與腸道菌群組成變化相關(guān)。

由于人類(lèi)-微生物生態(tài)系統(tǒng)(human-microbial ecosystem)與群落生態(tài)系統(tǒng)(community ecosystem)的類(lèi)同性，人們正在嘗試應(yīng)用后者的生態(tài)理論去解讀人類(lèi)的微生物基因組。人們已經(jīng)越來(lái)越清楚地意識(shí)到人類(lèi)-微生物生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)的健康和疾病的發(fā)生發(fā)展有著深刻的影響。每個(gè)人體可以看作是被微生物生態(tài)群所占據(jù)的島樣棲息地。這些微生物生態(tài)群按照群落生態(tài)學(xué)的基本過(guò)程形成的，其中包括:分布、局部多樣化、環(huán)境選擇和生態(tài)漂變。群落裝配理論，尤其是宏群落(metacommunity)理論為了解人類(lèi)微生物基因組的生態(tài)動(dòng)力學(xué)提供了思考框架，比如微生物基因組的組成在同一個(gè)宿主的不同時(shí)間以及不同宿主之間的差異。目前人類(lèi)微生物基因組3種典型的配置尤其受到關(guān)注:嬰幼兒發(fā)育時(shí)期的裝配，它代表原先沒(méi)有占據(jù)棲息地的裝配模式;使用抗菌素后的恢復(fù)，它代表騷擾后的裝配模式;病原體入侵狀態(tài)，它代表在新種入侵情況下的裝配。如果能嫻熟應(yīng)用生態(tài)理論，就能正確制定出恢復(fù)和維持人類(lèi)-微生物生態(tài)系統(tǒng)的自穩(wěn)的方案，并且為宿主提供關(guān)鍵性健康相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2 腸道菌群生態(tài)學(xué)特征［4］(分類(lèi)學(xué)組成多樣性、群體偏差和個(gè)體波動(dòng)、穩(wěn)態(tài)偏離和恢復(fù))

雖然，地球已知大概有55門(mén)細(xì)菌和13門(mén)古生菌，但是由于進(jìn)化選擇作用，人類(lèi)的腸道僅僅寄生2～5門(mén)細(xì)菌，主要為擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)，以及1門(mén)古生菌(Methanobrevibacter smithii，史氏甲烷短桿菌)。人類(lèi)腸道嚴(yán)格按照以下條件選擇其寄生菌［5］:攜帶編碼用于生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)物的酶;基因組包含有利于棲息的基因，以實(shí)現(xiàn)黏附到腸道恰當(dāng)部位、逃脫噬菌體的攻擊以及與宿主免疫系統(tǒng)和平相處;遺傳配置具有適度的突變能力，以適應(yīng)寄生環(huán)境;具有適度增殖力，以免因排糞而被清除;具有一定的抗應(yīng)激能力，以便隨著干糞顆粒傳播到另外宿主個(gè)體。人類(lèi)腸道菌群的組成多樣性主要體現(xiàn)在菌門(mén)和菌種2個(gè)水平上。綜合目前的報(bào)道，在門(mén)的水平上，人類(lèi)腸道菌群的組成如下:擬桿菌和厚壁菌在大多數(shù)個(gè)體中為主要成分，放線菌(Actinobacteria)、變形菌(Proteobacteria)和疣微菌(Verrucomicrobia)為次要組分。古生菌主要為疣微菌，真核細(xì)胞主要為酵母，病毒主要為噬菌體。在人群不同個(gè)體的組成差別主要表現(xiàn)在各個(gè)門(mén)細(xì)菌的比例上。在人微生物基因組中大概包含3.3百萬(wàn)非重復(fù)的基因，其中99%來(lái)自1 000～1 150個(gè)菌種(species)和7 000株(strains)。人們?cè)噲D找出在生理狀態(tài)條件下分類(lèi)學(xué)的核心組成模式。Arumugam等根據(jù)來(lái)自33例美國(guó)和歐洲成人糞便標(biāo)本霰彈槍測(cè)序分析結(jié)果，提出腸型(enterotype)的概念，它代表3種不同的宿主與腸菌的共生狀態(tài)。有部分個(gè)體腸道菌群以擬桿菌為主體，而普氏菌(Prevotella)和胃瘤球菌(Ruminococcus)占的比例很低，這是腸型1(enterotype 1)共生態(tài);另外有部分個(gè)體以普氏菌為主體，而擬桿菌和胃瘤球菌占的比例很低，這是腸型2共生態(tài);還有部分個(gè)體以胃瘤球菌為主體，而擬桿菌和普氏菌占的比例很低，這是腸型3共生態(tài)。隨后，還有2份報(bào)告，支持Arumugam的發(fā)現(xiàn)。然而，其后也有報(bào)道，把嬰兒的資料放進(jìn)去，這種模式就被打破了。還有報(bào)道認(rèn)為，柔嫩梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)、羅氏菌(Roseburia intestinalis)和單形擬桿菌(Bacteroides uniformis)為核心組成的共生模式。但是，后來(lái)又有報(bào)道指出，上述細(xì)菌在某些個(gè)體中只占0.5%的比例。如果把國(guó)家和年齡因素放進(jìn)去考慮，要找出這樣核心模式的可能性不大。由此可見(jiàn)，腸道菌群組成的多樣性之大。下面舉個(gè)例子說(shuō)明同一個(gè)人群不同個(gè)體腸道菌群在各個(gè)分類(lèi)學(xué)層次存在明顯差別，Yatsunenko等報(bào)道指出，4個(gè)年齡相仿的美國(guó)人，分別用A、B、C和D來(lái)表示。在門(mén)的水平上，A個(gè)體擬桿菌大約占60%，厚壁菌占35%左右，其余為放線菌等;D個(gè)體梭形菌大約占20%，厚壁菌占75%左右，其余為放線菌和疣微菌;B和C個(gè)體，是該隊(duì)列的典型，厚壁菌大約占80%，擬桿菌大約占18%，其余為放線菌等。在門(mén)的水平來(lái)看，B和C個(gè)體有一定的相似性，但是如果把兩者的厚壁菌拿出來(lái)進(jìn)行種(species)水平的分析，則兩者的差別就很大，幾乎每個(gè)家族(family)都有差別。

多份研究表明，即使在同一個(gè)人群中，不同的個(gè)體以及同一個(gè)個(gè)體的不同時(shí)間，腸道菌群分類(lèi)學(xué)組成，甚至功能譜都存在差別。這些差別是否有意義?是否代表健康狀態(tài)的差異?這些差別是什么因素驅(qū)使?這些是人們最需要了解的。Caporaso等對(duì)男性和女性各1名的4個(gè)解剖部位(腸道、口腔、左掌和右掌皮膚)的菌群組成進(jìn)行396個(gè)時(shí)點(diǎn)的分析。他們發(fā)現(xiàn)，每個(gè)解剖部位每個(gè)時(shí)點(diǎn)都有明顯差別;即使同一個(gè)體同一個(gè)解剖部位在不同時(shí)點(diǎn)上都有明顯的波動(dòng)，無(wú)論2個(gè)時(shí)點(diǎn)之間的間隔是月、周還是天;沒(méi)有任何的菌種能夠在單一解剖部位的所有檢查時(shí)點(diǎn)都存在，雖然有些菌種一度以高豐度存在，后來(lái)降到幾乎無(wú)法檢測(cè)到的水平，這就說(shuō)明幾乎不存在高豐度核心時(shí)間菌群基因組(core temporal microbiome)模式。

對(duì)于一個(gè)個(gè)體而言，在特定的時(shí)間里，其腸道菌群組成應(yīng)該是相對(duì)穩(wěn)定的，這就是腸道菌群生理性穩(wěn)態(tài)。然而，這個(gè)生理性穩(wěn)態(tài)也可以因年齡、遺傳、環(huán)境、飲食、妊娠、抗菌素使用和疾病而發(fā)生漂移。年齡的影響是十分明顯的。嬰幼兒時(shí)期的頭3年腸道菌群組成變化最大。在這個(gè)時(shí)期，腸道菌群生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷從種植走向成熟的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，其組成和功能多樣性不斷擴(kuò)大，是生態(tài)演變的典型例子。嬰兒的腸菌群分類(lèi)組成和功能基因譜波動(dòng)的幅度都比成人大得多。出生頭幾周腸道菌群大概有100種，6個(gè)月到3歲增加到700種，成年后大致有1 000種。老年是腸道菌群產(chǎn)生較大幅度變化的另一個(gè)階段。老人腸道菌群組成發(fā)生明顯變化，兼性菌的數(shù)量明顯增加，擬桿菌/厚壁菌比例增大，雙歧菌明顯減少，這種變化與免疫系統(tǒng)的老化同時(shí)發(fā)生，推測(cè)兩者之間有一定關(guān)聯(lián)性，因?yàn)楹笳邔?duì)腸道菌群組成產(chǎn)生明顯影響。Claesson等［6-7］報(bào)道，與年青人相比，老年腸道菌群個(gè)體之間的組成差異明顯得多，多樣性明顯減少。這些變化與飲食和健康狀態(tài)相關(guān)。

遺傳、環(huán)境和飲食也是影響腸道菌群的重要因素。孿生個(gè)體和母子配對(duì)的研究顯示腸道菌群組成的相同程度明顯高于無(wú)關(guān)聯(lián)的個(gè)體，提示遺傳因素影響的可能性。然而，單卵孿生和雙卵孿生之間腸道菌群組成不存在差別，似乎提示環(huán)境因素在起主導(dǎo)作用。意大利兒童與非洲農(nóng)村兒童在腸道菌群的組成上有很大差別。與非洲馬拉維和委內(nèi)瑞拉相比，美國(guó)的成人和兒童腸道菌群的組成差別十分明顯。這些差別與遺傳、環(huán)境接觸、衛(wèi)生設(shè)施、潔凈程度、飲食結(jié)構(gòu)和抗菌素使用等因素都有關(guān)聯(lián)。就食物組成而言，高纖維飲食常常導(dǎo)致普雷沃菌屬(Prevotella)的比例增加;長(zhǎng)期高動(dòng)物蛋白、高脂飲食常常導(dǎo)致擬桿菌屬(Bacteroides)的比例增加。

文化傳統(tǒng)對(duì)腸道菌群的影響一直是人們所關(guān)注的課題，其中引發(fā)腸道菌群相關(guān)疾病易感性增加的因素尤其值得關(guān)注。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)就是一個(gè)明顯的例子。IBD和某些過(guò)敏癥的發(fā)病率在工業(yè)化和西方社會(huì)明顯高于農(nóng)業(yè)社會(huì)。其中影響這個(gè)發(fā)病率差別的因素就是腸道菌群組成和多樣性的變化。文化傳統(tǒng)導(dǎo)致腸道菌群的差別，其中原因是復(fù)雜的，是遺傳、環(huán)境、飲食等因素綜合作用的結(jié)果。

以上所提及的是人腸道菌群組成的生理性變化以及影響因素。換句話來(lái)說(shuō)，“穩(wěn)定健康腸道菌群配置(stable configuration of healthy microbiota)”的漂移是怎么發(fā)生的。由于人腸道菌群是微觀生態(tài)系統(tǒng)，與宏觀生態(tài)系統(tǒng)(macroecosystem)相似，同樣也存在生態(tài)體系漂移和回彈(resilience)的過(guò)程。當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)生態(tài)體系漂移的因素過(guò)于強(qiáng)烈或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超越自我回彈的閾值，就發(fā)展成為一個(gè)新的生態(tài)體系，常常是退行性穩(wěn)態(tài)(degraded stable state)，并且通過(guò)正負(fù)反饋維持這個(gè)體系的結(jié)構(gòu)和功能的自穩(wěn)。由于退行性穩(wěn)態(tài)常常與疾病相關(guān)，而在這種狀態(tài)下依然存在向生理性穩(wěn)態(tài)“回彈”的機(jī)制。正因?yàn)檫@些回彈機(jī)制驅(qū)使個(gè)體腸道菌群生態(tài)紊亂狀態(tài)得以恢復(fù)，重新回到生理性自穩(wěn)狀態(tài)。同樣是這些“回彈”機(jī)制使處于退行性穩(wěn)態(tài)的個(gè)體進(jìn)入慢性腹瀉或炎癥的病理狀態(tài)，如梭狀芽孢桿菌相關(guān)性腸病(Clostridium difficileassociated disease，CDAD)和腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)。研究人類(lèi)腸道菌群生態(tài)系統(tǒng)的回彈機(jī)制，對(duì)研發(fā)預(yù)防和治療菌群生態(tài)紊亂相關(guān)疾病的藥物和策略的意義是顯而易見(jiàn)的。回彈能力強(qiáng)弱與腸道菌群多樣性的程度和正負(fù)反饋能力相關(guān)。腸道菌群結(jié)構(gòu)的多樣性是功能多樣性的基礎(chǔ)，也是重要的回彈基礎(chǔ)。正負(fù)反饋機(jī)制也是建立在多樣性基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)回彈能力的影響。正如生態(tài)環(huán)境水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致該生態(tài)環(huán)境生物多樣性減少的原理一樣，高脂、高糖、低纖維飲食導(dǎo)致肥胖癥，這與腸道菌群的多樣性減少有關(guān)。也正因?yàn)檫@種多樣性的減少導(dǎo)致回彈力減弱，即使停止了高脂、高糖、低纖維飲食在一定的時(shí)期內(nèi)也無(wú)法使個(gè)體脫離肥胖狀態(tài)。

3 腸道菌群對(duì)人體發(fā)育和生理功能的影響［8-9］(器官發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)攝取、免疫系統(tǒng)發(fā)育和病原體入侵)

建立和維持宿主和腸道菌群有益的相關(guān)關(guān)系對(duì)宿主機(jī)體的健康非常有利。以前大多數(shù)有關(guān)腸道微生物的研究都是聚焦于它們?nèi)绾我鹧装Y上，而且以“一種微生物，一種疾病”為思維框架上進(jìn)行的。近年來(lái)這一領(lǐng)域的研究則集中在腸道菌群與宿主的共生關(guān)系上，主導(dǎo)思想是微生態(tài)［10］?，F(xiàn)已清楚，人類(lèi)腸道菌群對(duì)宿主個(gè)體的生理自穩(wěn)起著非常重要的作用。其機(jī)制包括:通過(guò)它們的代謝，把食物轉(zhuǎn)化為宿主可利用的營(yíng)養(yǎng)成分，調(diào)節(jié)能量代謝;通過(guò)它們所表達(dá)的成分和代謝產(chǎn)物，促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的成熟;通過(guò)某些物質(zhì)代謝和免疫系統(tǒng)影響腸道形態(tài)和功能的成熟，促進(jìn)腸道血管的形成;通過(guò)作用于神經(jīng)突觸的形成、焦慮行為的產(chǎn)生和疼痛敏感度，對(duì)中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響;通過(guò)免疫細(xì)胞活化程度和細(xì)胞因子分泌的影響，調(diào)節(jié)骨質(zhì)的增減;通過(guò)在腸道形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，預(yù)防病原微生物的入侵，保護(hù)宿主免于感染。腸道菌群對(duì)宿主的生理結(jié)構(gòu)和功能影響是多方面的，還有很多方面我們所知甚少，下面我們就目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域作相對(duì)深入的介紹。

如前所述，人類(lèi)腸道菌群包含330萬(wàn)基因，其中許多是編碼生物合成相關(guān)的酶，包括蛋白質(zhì)水解酶和糖苷酶等，因此大大拓展了宿主自身的生物化學(xué)和代謝能力。宏基因組分析提供功能基因信息，功能基因包括涉及編碼以下生化代謝相關(guān)蛋白基因:中央碳水化合物代謝、共因子和維生素合成、寡糖和多羥基化合物轉(zhuǎn)運(yùn)、嘌呤代謝、ATP合成、磷酸化合物和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)、氨?；D(zhuǎn)移RNA、嘧啶代謝、核糖體和芳香氨基酸代謝等。這說(shuō)明腸道菌群對(duì)宿主代謝產(chǎn)生深刻的影響。嬰幼兒時(shí)期是腸道菌群經(jīng)歷過(guò)從設(shè)立到成熟的過(guò)程，來(lái)自尿液和糞便的腸道菌群特征性氨基酸代謝、糖代謝和能量代謝的產(chǎn)物變化與年齡相關(guān)，這也說(shuō)明腸道菌群的代謝隨著兒童年齡增加而增強(qiáng)。近年研究發(fā)現(xiàn)［11］，兒童嚴(yán)重急性惡性營(yíng)養(yǎng)不良(kwashiorkor)與腸道菌群基因組不成熟相關(guān)，把患兒糞便菌群移植到無(wú)菌小鼠并且給予地區(qū)特異性飲食，實(shí)驗(yàn)小鼠就可以發(fā)生惡性營(yíng)養(yǎng)不良的表型，抗菌素治療能改善營(yíng)養(yǎng)不良的程度，這也就證實(shí)了上述論斷。妊娠期肥胖表型也可以通過(guò)糞便移植轉(zhuǎn)移。另有報(bào)道指出，腸道菌群通過(guò)其代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFAs)作用于腸道內(nèi)分泌細(xì)胞的G蛋白偶聯(lián)受體GPR41，使其分泌多種調(diào)節(jié)代謝的多肽，從而促使食物攝取、脂肪儲(chǔ)存和能量自穩(wěn)。由此可見(jiàn)，腸道菌群對(duì)宿主代謝的影響的機(jī)制是多方面的。

在深入了解腸道菌群對(duì)宿主代謝的貢獻(xiàn)和影響這個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上，我們還必須了解所有這些過(guò)程是怎樣發(fā)生的，而了解菌群的不同菌種之間以及各種菌種與宿主細(xì)胞的信息交流方式、交流媒介分子和應(yīng)答等。不同菌種之間的交流方式大致分為，化學(xué)信息分子和接觸性交流。交流媒介分子包括食物來(lái)源的分子、細(xì)菌代謝物和氣體傳遞分子等。腸菌與宿主之間的交流往往通過(guò)宿主分泌和代謝物、腸菌代謝物或者腸菌-宿主共代謝物(cometabolites)進(jìn)行的。這些分子種類(lèi)很多，其中主要包括短鏈脂肪酸、膽汁酸、膽堿代謝物、酚、苯甲酰等衍生物、吲哚衍生物、各種維生素、多胺和脂類(lèi)等。每種代謝產(chǎn)物都由相關(guān)腸菌負(fù)責(zé)代謝，對(duì)腸道菌群和宿主都有特定生物學(xué)功能。腸道菌群的組成發(fā)生變化可以導(dǎo)致某些代謝物的增加或減少，從而導(dǎo)致某些疾病的易感性增加。

傳統(tǒng)的免疫學(xué)是建立在“排斥非我，容忍自我”的概念基礎(chǔ)上，腸道菌群是“非己”的，應(yīng)該被排除。但如果把人體看作一個(gè)“超級(jí)生物”，其腸道寄生的菌群便是“自我”的一部分，加以容忍。因?yàn)樗拗骱推淠c道菌群在共同進(jìn)化的過(guò)程中，逐漸形成了一種共生關(guān)系。在共生關(guān)系形成過(guò)程中，腸道菌群刺激宿主腸道及其免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的模式和強(qiáng)度，而宿主的免疫系統(tǒng)對(duì)腸道菌群的增殖速率、定位和致病性菌株的產(chǎn)生實(shí)行嚴(yán)格的管控。在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，腸道學(xué)會(huì)了完成兩項(xiàng)看來(lái)似乎相互矛盾的功能，那就是易于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和防止腸道菌群的入侵。為了便于營(yíng)養(yǎng)的吸收，腸管的表面在解剖學(xué)上必須做到足夠大(200平方米)和足夠薄(單層上皮細(xì)胞)。但是，伴之而來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)是高密度寄生的腸道菌群的“越位”，造成嚴(yán)重感染甚至膿毒血癥。建立具有屏障功能的腸道表面黏液層，以及發(fā)育完善的腸道免疫系統(tǒng)，是解決問(wèn)題的策略?，F(xiàn)已明了，腸道這種屬性的形成，宿主基因組功不可沒(méi)，但是腸道菌群的作用不可或缺。腸管表面的黏液層對(duì)腸道菌群的入侵起到非常重要的保護(hù)作用。結(jié)腸的黏液層分為內(nèi)外兩層，都是由腸黏膜的杯狀細(xì)胞分泌的、高度糖基化的稱(chēng)作黏液素(mucin)的蛋白組成。腸道菌群中的某些菌種株是通過(guò)其所表達(dá)血凝素(lectin)和糖苷酶分子(glycosidase)黏附在黏液素上。只有黏液外層才存在腸菌，而內(nèi)層是很致密的分子層，分子間隙比細(xì)菌還小，腸菌無(wú)法進(jìn)入，從而形成對(duì)細(xì)菌的屏障防止腸菌越位。無(wú)菌小鼠杯狀細(xì)胞分泌黏液素明顯減少，無(wú)法形成結(jié)構(gòu)完整和功能成熟的黏液層，這與無(wú)菌小鼠缺乏腸道菌群對(duì)杯狀細(xì)胞的刺激有關(guān)。

腸道免疫系統(tǒng)有其獨(dú)特組織，那就是腸相關(guān)淋巴樣組織(gut-associated lymphoid tissue，GALT)。GALT包括3個(gè)部分:腸系膜淋巴結(jié)(mesenteric lymph node，MLN)、派氏集合淋巴結(jié)(Peyer’s patch，PP)和散在性淋巴濾泡(isolated lymphoid follicle，ILF)。根據(jù)正常和無(wú)菌小鼠的比較研究，與正常小鼠相比，無(wú)菌小鼠只有體積明顯小而且結(jié)構(gòu)和功能都不成熟的MLN。這就提示腸道菌群對(duì)腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟起到非常明顯的作用。有證據(jù)表明，腸道菌群能促進(jìn)腸道免疫系統(tǒng)T細(xì)胞的分化，腸菌中脆弱擬桿菌(Bacteroides gragilis)的多聚糖A(polysaccharide A)能夠刺激具有抗炎屬性的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖，防止有害免疫應(yīng)答發(fā)生，腸菌代謝物SCFA能調(diào)節(jié)結(jié)腸調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的自穩(wěn)［12］;分節(jié)絲狀菌(segmented filamentous bacteria)能夠促進(jìn)Th17(T helper 17)細(xì)胞的擴(kuò)增，后者能夠發(fā)揮促進(jìn)炎癥作用。由此可見(jiàn)，腸道菌群對(duì)腸道的適應(yīng)性免疫應(yīng)答細(xì)胞分化有調(diào)節(jié)作用。此外，腸道菌群中很多菌種菌株都能夠促進(jìn)免疫球蛋白IgA和抗菌肽(antimicrobial peptide)的產(chǎn)生和分泌。IgA是B淋巴細(xì)胞分泌的，可以特異性限制腸道菌群中某些菌種和菌株的群體過(guò)度擴(kuò)增，以及清除某些因突變而獲得致病性的菌種/菌株尤其重要;抗菌肽是腸上皮細(xì)胞表達(dá)和分泌，也具有一定的選擇性，對(duì)于防止腸菌越位，調(diào)節(jié)腸道菌群的組成發(fā)揮一定作用。兩者在腸管表面黏液層有較高的濃度，對(duì)保護(hù)宿主免于菌群的損害起到關(guān)鍵性作用。除了調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)針對(duì)病原體的應(yīng)答外，腸道菌群還通過(guò)直接的競(jìng)爭(zhēng)限制腸道環(huán)境營(yíng)養(yǎng)物可利用性，防止外來(lái)病原體的定植。

4 腸道菌群對(duì)疾病易感性和疾病發(fā)生發(fā)展的影響［3］

人類(lèi)腸道菌群對(duì)個(gè)體對(duì)疾病的易感性的影響為終生的，幾乎涉及機(jī)體各個(gè)系統(tǒng)。其中最為突出的是代謝系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)相關(guān)的疾病，原因是腸道菌群與這2個(gè)系統(tǒng)關(guān)系最為密切。母體的腸道菌群可能會(huì)影響子宮的環(huán)境和胎兒出生后的健康，嬰兒的分娩方式(自然分娩或剖腹產(chǎn))、營(yíng)養(yǎng)因素(母乳或人工喂養(yǎng))以及遺傳和表觀遺傳都涉及到出生后個(gè)體的腸道菌群以及與宿主的共生關(guān)系。生命的早期腸道菌群的組成會(huì)影響幼年甚至成年對(duì)疾病的易感性。哺乳期腸道菌群組成變化最大最快，也是腸道菌群多樣性形成的關(guān)鍵時(shí)刻，直接影響到兒童哮喘和過(guò)敏癥發(fā)生幾率的高低。晚年，腸道菌群組成又出現(xiàn)明顯變化，腸道的擬桿菌屬在減少，而厚壁菌屬在增加，而這種改變與健康水平關(guān)聯(lián)。外來(lái)的環(huán)境因素(如抗菌素的應(yīng)用、飲食、應(yīng)激、損傷、疾病等)和宿主的遺傳和表觀遺傳因素，不斷影響腸道菌群組成多樣性和功能，導(dǎo)致共生關(guān)系失調(diào)(dysbiosis)，最終導(dǎo)致疾病易感性增加和疾病的發(fā)生發(fā)展。涉及共生失調(diào)的疾病包括:炎癥性腸病、結(jié)腸癌、過(guò)敏性結(jié)腸綜合癥、胃潰瘍、非酒精性脂肪肝病、肥胖癥、代謝綜合征、哮喘、過(guò)敏癥、自身免疫疾病和神經(jīng)精神性疾病。此外，腸道菌群紊亂涉及藥物代謝和感染的預(yù)防。

在腸道菌群紊亂與疾病關(guān)聯(lián)性研究中，最為深入的莫過(guò)于IBD。IBD分為克羅恩病(Crohn disease)和潰瘍性腸炎(ulcerative colitis，UC)?，F(xiàn)在認(rèn)為［13-14］，腸道菌群與宿主的共生關(guān)系失調(diào)是IBD發(fā)生的最直接原因。在自穩(wěn)的狀態(tài)下，腸道菌群對(duì)腸道免疫應(yīng)答起到非常重要的調(diào)節(jié)作用，菌群中良性亞群通過(guò)刺激腸道免疫細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素1(interleukin-1，IL-1)、胰島再生衍生蛋白 3γ(regenerating islet-derived protein 3γ，REG3γ)，并且促進(jìn)調(diào)節(jié)性 T細(xì)胞的增殖，發(fā)揮抗炎的調(diào)節(jié)作用，從而拮抗菌群中致病性亞群(pathobionts)促炎性病理?yè)p害作用。在IBD中，遺傳因素和環(huán)境因素共同作用使得腸道菌群生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。其中，遺傳因素包括以下突變:核苷結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2(nucleotide-binding oligomerization domain 2，Nod2)、自噬相關(guān)基因16樣1(autophagy-related gene 16-like 1，Atg16l1)和白細(xì)胞介素23受體(interleukin-23 receptor，Il23r)等;環(huán)境因素包括:感染、應(yīng)激和飲食等。在這種情況下，腸道菌群中的保護(hù)性菌種/株丟失，而腸源性致病性亞群增加，從而導(dǎo)致Th1和Th17過(guò)度活化相關(guān)性炎癥。An等人［15］報(bào)道來(lái)自腸菌的神經(jīng)鞘脂類(lèi)(sphingolipids)能調(diào)節(jié)宿主腸道自然殺傷性T(natural killer T，NKT)細(xì)胞的自穩(wěn)，從而影響宿主對(duì)誘導(dǎo)性腸炎的易感性。

I型糖尿病(type 1 diabetes，T1D)是一種產(chǎn)生胰島素的beta-細(xì)胞被破壞的自身免疫疾病。除了遺傳因素外，腸道菌群生態(tài)失調(diào)是導(dǎo)致機(jī)體T1D敏感性增加的重要因素。T1D患兒，腸道菌群中產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌明顯減少，而擬桿菌門(mén)的腸菌明顯增加，通過(guò)某種機(jī)制導(dǎo)致腸黏膜的通透性增加，發(fā)生亞臨床的小腸炎，糖耐受失調(diào)。T1D在女孩的發(fā)病率明顯高于男孩，估計(jì)與睪酮水平有關(guān)，但是精細(xì)機(jī)制尚不清楚。近年有報(bào)道指出，在NOD小鼠(nonobese diabetic mice)T1D模型的實(shí)驗(yàn)中，給年幼的雄性小鼠種植腸道共生菌能提高血清睪酮水平，并且能夠保護(hù)這些小鼠免于T1D的發(fā)生。把成年雄鼠的腸道菌群移植到年幼雌性小鼠，可以使其血清睪酮水平提高，代謝也發(fā)生變化，減少胰島的炎癥和自身抗體的水平，明顯降低T1D的發(fā)病率。作者還使用睪酮受體拮抗劑阻斷睪酮的信息傳遞，證明了腸道菌群通過(guò)刺激睪酮水平提高而影響遺傳高風(fēng)險(xiǎn)群體減少T1D發(fā)生的假說(shuō)。

哮喘、過(guò)敏性鼻炎和濕疹是過(guò)敏性炎癥的不同表現(xiàn)。越來(lái)越多實(shí)驗(yàn)和臨床證據(jù)表明，這些疾病與腸道菌群有密切關(guān)系。嬰幼兒腸道菌群的多樣性和組成與分娩方式、哺乳途徑、抗菌素使用、食物組成、家庭規(guī)模和環(huán)境潔凈度等因素相關(guān)。有報(bào)道指出，如果嬰兒出生后第1個(gè)月腸道菌群的多樣性減少，就明顯增加7歲時(shí)哮喘的發(fā)病率。流行病資料表明，食物纖維減少會(huì)導(dǎo)致過(guò)敏性炎癥相關(guān)疾病的發(fā)病率增加。有實(shí)驗(yàn)證明幼鼠使用萬(wàn)古霉素使腸道菌群組成發(fā)生漂移，血液IgE水平升高而調(diào)節(jié)性T細(xì)胞頻率降低，易于發(fā)生誘導(dǎo)性哮喘。Trompette等［16］報(bào)道，飲食增加可降解的纖維含量可以改變腸道菌群和肺內(nèi)菌群的組成，尤其是厚壁菌屬和擬桿菌屬的比例。腸菌降解食物纖維使循環(huán)血中的短鏈脂肪酸水平提高。高纖維喂養(yǎng)的小鼠在提高循環(huán)血短鏈脂肪酸的同時(shí)，保護(hù)小鼠免于肺部過(guò)敏性炎癥;低纖維喂養(yǎng)小鼠循環(huán)血短鏈脂肪酸水平降低，增加氣道過(guò)敏性炎癥的發(fā)生。用短鏈脂肪酸的丙酸鹽處理小鼠改變骨髓造血狀態(tài)，增加生產(chǎn)巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的前體細(xì)胞，隨后進(jìn)入肺部的樹(shù)突狀細(xì)胞具有較強(qiáng)的吞噬能力，而使得Th2細(xì)胞效應(yīng)者作用的功能受損;正是如此，肺部的Th2反應(yīng)不能維持而很快就消退。這篇報(bào)道提出體內(nèi)存在調(diào)節(jié)炎癥的“腸道-骨髓-肺”軸的概念，把高纖維飲食與控制肺部過(guò)敏性炎癥聯(lián)系起來(lái)。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，腸菌與肥胖、非酒精性肝病、胰島素抵抗、II型糖尿病的易感性明顯相關(guān)［17］。Ridaura等［18］為了探討人類(lèi)腸道菌群的組成和功能與肥胖癥是否具有因果關(guān)聯(lián)性，他們采集4對(duì)肥瘦不均的孿生姐妹的腸道菌群分別接種到無(wú)菌小鼠。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，來(lái)自肥胖個(gè)體的菌群，即使在低脂肪高纖維喂養(yǎng)條件下也能使小鼠出現(xiàn)肥胖表型，而接種來(lái)自瘦個(gè)體的腸道菌群的小鼠未出現(xiàn)肥胖表型。經(jīng)過(guò)體外培養(yǎng)的腸道菌群的移植實(shí)驗(yàn)也得到直接移植的相同結(jié)果。此外，作者還為了證實(shí)能否通過(guò)同籠飼養(yǎng)轉(zhuǎn)移給腸菌和腸菌相關(guān)的肥胖表型，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在低脂肪高纖維喂養(yǎng)的條件下，攜帶肥胖個(gè)體來(lái)源菌群小鼠未能有效地把腸菌轉(zhuǎn)移給攜帶瘦者個(gè)體來(lái)源菌群的小鼠，而攜帶瘦者個(gè)體來(lái)源菌群的小鼠能夠有效地把腸道菌群轉(zhuǎn)移給攜帶肥胖個(gè)體來(lái)源菌群的小鼠，從而預(yù)防被轉(zhuǎn)移小鼠出現(xiàn)肥胖表型。然而，在高脂肪低纖維飼養(yǎng)條件下，攜帶瘦者個(gè)體來(lái)源菌群的小鼠不能有效地把腸道菌群轉(zhuǎn)移給攜帶肥胖個(gè)體來(lái)源菌群小鼠，后者依然出現(xiàn)肥胖表型。腸道菌群分析結(jié)果如下，瘦者中發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸的腸菌比例增加，肥胖者中代謝側(cè)鏈氨基酸的腸菌比例增加;瘦者轉(zhuǎn)化膽汁酸菌種增加并且伴有宿主類(lèi)法尼醇X受體信息傳遞通路(farnesoid X receptor signaling pathway)下調(diào)。這份報(bào)告證明了腸道菌群與肥胖表型的關(guān)聯(lián)性和因果關(guān)系。Fei等［19］報(bào)道，他們從病態(tài)肥胖個(gè)體的腸菌中分離出能產(chǎn)生內(nèi)毒素(endotoxin，例如脂多糖)的腸菌，把這種腸菌轉(zhuǎn)移到無(wú)菌小鼠，在誘導(dǎo)出肥胖和胰島素抵抗表型的同時(shí)，小鼠出現(xiàn)血清LPS升高和炎癥程度增加，從而提示腸菌可能是人個(gè)體肥胖的原因。非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是嚴(yán)重肝病，在肥胖和胰島素抵抗人群中發(fā)病率明顯增加。雖然，其精確機(jī)制尚未十分清楚，但腸道菌群失調(diào)可能參與了其發(fā)生發(fā)展，其中病理機(jī)制可能有:失調(diào)腸道菌群使個(gè)體出現(xiàn)腸黏膜通透性增加、低度炎癥、免疫失調(diào)、食物膽堿代謝變化、膽汁酸代謝異常以及產(chǎn)生內(nèi)源性乙醇等。

腫瘤的發(fā)生的易感性和發(fā)展速率是基因-環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。腸道菌群是人類(lèi)最長(zhǎng)期接觸的環(huán)境因素，而且腸道菌群基因組分析結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，癌癥患者腸道菌群中的某些腸菌的比例明顯升高［20-21］。為了證實(shí)某些腸菌的致癌活性，在腫瘤的小鼠模型中使用抗菌素，使小鼠維持無(wú)菌狀態(tài)，或者植入特定腸菌種/株。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種干預(yù)可以使小鼠對(duì)腫瘤的易感性和進(jìn)展速率出現(xiàn)增加或者減低。其機(jī)制是十分復(fù)雜，其中包括:炎癥調(diào)節(jié)、影響宿主基因組的穩(wěn)定性、產(chǎn)生一些修飾去乙?；富钚缘漠a(chǎn)物(通過(guò)表觀遺傳機(jī)制影響相關(guān)基因的表達(dá))等。由于腸道菌群組成和功能的數(shù)量化評(píng)價(jià)和干預(yù)的可行性，大大提高了通過(guò)飲食干預(yù)以預(yù)防腫瘤的可實(shí)現(xiàn)性。

近年來(lái)，腸道菌群對(duì)腦和行為的影響引起了較大的興趣［22］。越來(lái)越多證據(jù)表明腸道菌群與中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在信息交流，也許通過(guò)神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)進(jìn)行的，這稱(chēng)作“腸菌-腸道-腦”軸。腸道菌群生態(tài)狀態(tài)會(huì)通過(guò)這個(gè)軸影響腦和行為的健康水平。泛自閉癥障礙(autism spectrum disorder，ASD)是神經(jīng)發(fā)育障礙疾病，患兒除了社會(huì)交流能力受損而出現(xiàn)行為癥狀，還常常伴有胃腸癥狀。這就使人們聯(lián)想到腸道菌群紊亂與ASD相關(guān)。在某些ASD患兒中腸道黏膜完整性受損，通透性增加，血清某些腸菌代謝物水平升高。最近Hsiao等［23］報(bào)道，母體免疫活化(maternal immune activation，MIA)小鼠ASD模型用于評(píng)價(jià)腸道菌群靶向治療。當(dāng)MIA子代表現(xiàn)出ASD相關(guān)的病理?yè)p傷和行為異常，給予人共生菌脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)能夠糾正ASD相關(guān)的病理?yè)p傷和行為異常。與此同時(shí)，使用腸菌治療的小鼠血清代謝物譜出現(xiàn)變化，脆弱擬桿菌調(diào)制幾種代謝物的水平。如果用因MIA而導(dǎo)致升高并且因脆弱擬桿菌治療而降低的血清代謝物，去處理沒(méi)有造模的小鼠，被處理小鼠出現(xiàn)行為異常。該論文證實(shí)“腸-腸菌-腦”之間存在某種信息聯(lián)系，并且證明腸道益生菌治療(probiotic therapy)ASD的可能性。

如前所述，腸上皮是宿主與腸道菌群共生的介面，無(wú)論宿主還是腸道菌群都會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。反之，腸上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能也會(huì)影響腸道菌群的組成和宿主的健康。有證據(jù)表明，早產(chǎn)兒因腸道發(fā)育不良而影響其腸道菌群的植入模式，而異常的腸道菌群組成和功能反過(guò)來(lái)使得早產(chǎn)兒出生后的一些致死性疾病的發(fā)生率明顯增加。這樣的疾病包括，遲發(fā)性膿毒血癥(late onset sepsis，LOS)和壞死結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis，NEC)。近年來(lái)，人們對(duì)腸道菌群與肝性腦病(hepatic encephalopathy，HE)發(fā)生發(fā)展的關(guān)聯(lián)性高度重視;已經(jīng)證實(shí)，腸道菌群生態(tài)紊亂與肝硬化所導(dǎo)致的肝性腦病的前驅(qū)期和昏迷前的各種癥狀都有密切的關(guān)聯(lián)性，其機(jī)制包括:腸道菌群紊亂產(chǎn)生異常的代謝產(chǎn)物，以及腸上皮細(xì)胞受損而導(dǎo)致腸道黏膜屏障通透性增加。激素的合成和分泌的晝夜節(jié)律變化導(dǎo)致代謝模式和速率產(chǎn)生晝夜節(jié)律性變化，這對(duì)機(jī)體的健康十分重要。晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)通常是通過(guò)腦內(nèi)視交叉上核把來(lái)自視神經(jīng)晝夜變化的信號(hào)傳輸給下丘腦-垂體軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。新的研究發(fā)現(xiàn)［24］:腸道菌群通過(guò)與腸上皮細(xì)胞復(fù)雜的相互作用，調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞合成和分泌糖皮質(zhì)類(lèi)固醇的晝夜節(jié)律。如果腸上皮細(xì)胞糖皮質(zhì)類(lèi)固醇分泌的晝夜節(jié)律發(fā)生異常，就會(huì)導(dǎo)致高甘油三酯血癥、高血糖和胰島素抵抗。在生理?xiàng)l件下，在夜間腸上皮細(xì)胞通過(guò)其所表達(dá)的Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)與腸菌釋放的配體結(jié)合，從而抑制了過(guò)氧化物酶增殖體激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的活性，最終導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞分泌低水平的糖皮質(zhì)類(lèi)固醇;在白天腸上皮細(xì)胞表達(dá)Toll樣受體發(fā)生下調(diào)，腸菌配體-TLR的相互作用減弱，使PPARγ活性增強(qiáng)，通過(guò)一系列復(fù)雜的信息傳遞使腸上皮細(xì)胞分泌糖皮質(zhì)類(lèi)固醇水平明顯升高;而導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞分泌糖皮質(zhì)類(lèi)固醇的晝夜變化節(jié)律形成的機(jī)制尚不清楚。推測(cè):腸上皮細(xì)胞表達(dá)TLR具有明顯的晝夜節(jié)律變化，這可能是系統(tǒng)性?xún)?nèi)分泌晝夜變化的結(jié)果，也可能與腸道菌群代謝活性發(fā)生晝夜節(jié)律性變化有關(guān)，也可能是這2種機(jī)制共同作用的結(jié)果。有一點(diǎn)是可以肯定的，腸菌的存在是必需的;因?yàn)樵跓o(wú)菌小鼠中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腸上皮細(xì)胞分泌糖皮質(zhì)類(lèi)固醇水平白天高夜晚低的節(jié)律變化。在無(wú)菌小鼠中，無(wú)論白天還是夜晚，腸上皮細(xì)胞分泌糖皮質(zhì)類(lèi)固醇都保持高水平，因此出現(xiàn)高甘油三酯血癥、高血糖和胰島素抵抗等代謝紊亂的表型。

5 靶向腸道菌群干預(yù)的展望與挑戰(zhàn)［4，8］

如前所述，人類(lèi)是超級(jí)生物，就細(xì)胞數(shù)而言，90%是細(xì)菌，就基因數(shù)而言，99%是細(xì)菌。而且腸道菌群是穿過(guò)人體的一條基因河流。它不但養(yǎng)育我們每一個(gè)細(xì)胞、組織和器官，而且還會(huì)因失控而干枯或泛濫，導(dǎo)致各種疾病。以腸道菌群為靶向的調(diào)理或治療是一種很有前景的防病治病策略。與人體基因組相比，干預(yù)腸道菌群的效果會(huì)快得多了，原因是要改變前者的結(jié)構(gòu)通常是不可能的，而后者在分類(lèi)學(xué)上的結(jié)構(gòu)是可塑的，其基因的數(shù)目和搭配是可調(diào)的。此外，人們還可以通過(guò)調(diào)控手段而改變腸菌的代謝產(chǎn)物，借助于這些代謝產(chǎn)物，通過(guò)表觀遺傳機(jī)制，調(diào)節(jié)人體基因的時(shí)空表達(dá)。目前，以腸道菌群為靶向的調(diào)理或治療包括:改變生活方式和食物組成、通過(guò)導(dǎo)入益生菌(probiotics)和益生元(prebiotics，食物中不能降解的成分，刺激有益腸菌生長(zhǎng))進(jìn)行干預(yù)、減肥手術(shù)(bariatric surgery，已經(jīng)證明改變腸道菌群結(jié)構(gòu)是此手術(shù)發(fā)揮療效的原因之一)、腸菌移植或者生態(tài)學(xué)工程(ecological engineering)［25］。

然而，在形成成熟的措施之前，還有許多基本問(wèn)題要進(jìn)行深入研究。首先，在腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能信息的評(píng)判上，還有很大的挑戰(zhàn)。腸道菌群分類(lèi)學(xué)組成的信息并不能提供功能信息，霰彈槍測(cè)序的宏基因組分析提供功能基因信息，還必須結(jié)合培養(yǎng)分離株的全基因組分析及其表型分析所形成資料庫(kù)的信息，才能生成在基因水平上功能信息。由于基因是否表達(dá)或表達(dá)產(chǎn)物的豐度，以及這些蛋白質(zhì)在代謝途徑作用重要性，還必須依賴(lài)轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的研究數(shù)據(jù)。因?yàn)樗谢蛞诰号c宿主相互作用中才能顯示功能，對(duì)基因功能的推測(cè)還需要用無(wú)菌小鼠加以驗(yàn)證。有報(bào)道指出［26］，18名女性的腸菌樣本分析結(jié)果顯示，在酶水平的功能分組上，她們的腸菌有93%相同，但是在系統(tǒng)發(fā)生分類(lèi)上，即使在門(mén)水平上也只有非常少的重疊。其次，就是同一人群的不同個(gè)體和同一個(gè)體的不同時(shí)間的偏離很大，怎樣選擇對(duì)照或標(biāo)準(zhǔn)值。還有，怎樣確定腸道菌群變化與疾病發(fā)生發(fā)展的因果關(guān)系。

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