趙敏潔，蔡海鶯,2,3，蔣增良，李 楊，張 輝，馮鳳琴,*

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 310023；3.浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 杭州 310023）

近年來，隨著經(jīng)濟水平的提高，人們的膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，高能量的動物性食品和脂肪的攝入量大幅增加，生活習(xí)慣逐漸向高熱飲食轉(zhuǎn)變，肥胖患者以及超重人群數(shù)量在全球范圍內(nèi)以驚人的速度增長。在過去的40 年間，全球男性肥胖率由3.2%上升至10.8%，女性肥胖率也由6.4%上升至14.9%；同時全球體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）也呈現(xiàn)出了明顯的上升趨勢，男性平均BMI由21.7 kg/m2（1975年）上升至了24.2 kg/m2（2014年），女性則由22.1 kg/m2（1975年）上升至了24.24 kg/m2（2014年）[1]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，從1980年到2014年，全球肥胖人數(shù)翻番，截至2014年，全球超過19億成年人超重，其中6億多人患有肥胖癥，肥胖已經(jīng)成為困擾全球的公共衛(wèi)生問題[2]。研究表明，長期的高脂膳食會因能量攝入增加導(dǎo)致過剩的能量以脂肪的形式積累在體內(nèi)，常伴有糖、脂肪和水鹽代謝異常，進而誘發(fā)慢性代謝疾病，包括心血管疾病、糖尿病、脂肪肝、腎病和肥胖等[3]。腸道微生態(tài)是一個由宿主和大量腸道微生物組成的共生生態(tài)系統(tǒng)，隨著高通量測序技術(shù)的深入發(fā)展，人們對腸道微生態(tài)的認識也更加深入全面。作為人體最大的微生態(tài)系統(tǒng)，腸道微生態(tài)與高脂膳食誘發(fā)的肥胖等慢性疾病之間的相互作用也成為了近年來的研究熱點。

健康人群的腸道主要由厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、梭菌門（Fusobacteria）和疣微菌門（Verrucomicrobia）的細菌組成，其中擬桿菌門和厚壁菌門的數(shù)量占到了90%以上[4-5]。大部分的腸道微生物都屬于專性厭氧菌（如擬桿菌屬（Bacteroides）、梭菌屬（Clostriduium）、瘤胃球菌屬（Ruminococcus）等）或兼性厭氧菌（如埃希氏菌屬（Escherichia）、腸桿菌屬（Enterobacter）、乳桿菌屬（Lactobacillus）等），此外還存在一些產(chǎn)甲烷的古生菌，如史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）[4,6]。研究表明，腸道微生態(tài)與高脂膳食誘發(fā)的食源性肥胖密切相關(guān)。無菌小鼠（腸道無微生物定植）飼喂高脂膳食后并沒有出現(xiàn)和普通小鼠一樣的葡萄糖耐受性、胰島素敏感性降低以及肥胖等癥狀，對食源性肥胖有明顯的緩解作用[7-8]。將肥胖小鼠的腸道微生物移植到普通小鼠的腸道內(nèi)，這些原本健康的小鼠也出現(xiàn)了肥胖的癥狀[7,9]。大量關(guān)于肥胖人群腸道微生態(tài)組成的研究以及菌群移植實驗也證明了腸道微生物在肥胖的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用[5,10-12]。

因為個體腸道微生物的獨特性和復(fù)雜性，很難界定什么樣的腸道微生態(tài)才是正常的或者健康的。目前，研究者通常采用兩種方法來分析腸道微生態(tài)數(shù)據(jù)。一種是分別研究健康個體和患病個體的腸道微生態(tài)，找到其中的特征性菌群，不過這樣的研究會受到研究深度以及測序深度的影響，測序方法對低豐度微生物檢測的敏感性也對實驗結(jié)果有一定的影響，因為在腸道微生態(tài)中不同微生物的豐度差異有時候可以達到2 000倍[13]。還有一種方法是根據(jù)腸道微生態(tài)一些較為普遍的特征和共性（如特征菌群結(jié)構(gòu)等）進行分類，Arumugam等[14]將腸道微生態(tài)的表型分為了3 類，并以主要的特征菌進行命名，分別為擬桿菌型、普雷奧氏菌型和瘤胃球菌型。當(dāng)然，將腸道微生態(tài)僅僅分為3 類表型是否合理是值得深入探討的，實現(xiàn)這樣的分類也需要大量的實驗數(shù)據(jù)支撐。不過這種基于腸道微生態(tài)組學(xué)（包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)）的分類，為今后的研究提供了新思路。

1 膳食與腸道微生態(tài)

腸道微生物對宿主的營養(yǎng)代謝、生理活動、免疫調(diào)節(jié)都有一定的影響。雖然腸道微生物的基因數(shù)目是人體的100多倍[13-14]，但大多數(shù)微生物對人體的作用仍未知。腸道微生物的主要功能是參與食物中營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，比如維生素的生成、異源物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化、多酚的代謝、免疫調(diào)節(jié)和病原體的清除等[15]。

人體對膳食變化的響應(yīng)存在著很大的個體差異，不同性別、年齡、地域、生活習(xí)性都會帶來一定的影響。膳食不僅為人體提供營養(yǎng)物質(zhì)，也是腸道微生物的營養(yǎng)來源。有研究發(fā)現(xiàn)57%的腸道微生物組成的改變和膳食的改變有關(guān)，只有不到12%的改變與基因突變有關(guān)[16]。膳食對腸道微生物的組成和功能都存在一定的影響，膳食可能通過以下兩種機制影響腸道微生態(tài)的平衡：1）基于膳食組成成分對腸道微生物的篩選作用，主要是通過改變腸道微生物的外部生長環(huán)境（如調(diào)節(jié)腸道蠕動的時間、內(nèi)環(huán)境的pH值，以及刺激宿主產(chǎn)生消化相關(guān)的分泌物如膽汁、黏蛋白和其他消化酶等），或者提供某種微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，使優(yōu)勢菌種得到強化。膳食中可被微生物發(fā)酵利用的多糖的含量被認為是影響腸道pH值的主要因素，因其可被腸道微生物分解代謝生成短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）[17]；另一個膳食間接影響腸道內(nèi)環(huán)境的重要途徑是膽汁，膽汁的主要成分是膽汁酸，后者是膽固醇衍生物的清除劑，對脂肪的消化吸收有重要作用，同時膽汁酸具有抗菌性，對腸道微生物也有很強的選擇性，膳食中脂肪和蛋白質(zhì)會刺激機體分泌膽汁，從而間接改變腸道內(nèi)環(huán)境[18-19]。2）帶活菌的發(fā)酵食品或者其他類型含有活菌的食品以及益生菌制劑等通過引入新的微生物影響腸道微生態(tài)，盡管大部分益生菌不會直接在腸道中定植改變腸道微生態(tài)的組成結(jié)構(gòu)，但其仍能影響腸道中已有微生物的相關(guān)活性[20-22]。

2 腸道微生態(tài)、高脂膳食與宿主健康

隨著人們對腸道微生態(tài)研究的深入，腸道微生態(tài)作為膳食作用的一個靶點影響宿主的健康這一觀點已被廣泛認同。高脂膳食會影響腸道微生態(tài)的組成和功能，腸道微生物能通過SCFAs、三甲胺、膽汁酸等微生物代謝產(chǎn)物，脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）和鞭毛蛋白等微生物組分調(diào)節(jié)宿主一系列相關(guān)的炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)，以及通過影響腸道的通透性和相關(guān)信號通路進一步影響宿主的代謝平衡和健康狀況。

2.1 腸道微生物代謝物

2.1.1 短鏈脂肪酸

腸道微生物共生在宿主腸道中，能分解代謝膳食中的營養(yǎng)物質(zhì)，根據(jù)膳食組成不同，腸道微生物通過初級和次級代謝通路產(chǎn)生的代謝物也存在一定的差異。腸道微生物能分解代謝膳食中的營養(yǎng)成分，生成單糖和SCFAs，影響宿主的能量代謝。和無菌小鼠相比，普通小鼠血液中與糖代謝和脂代謝相關(guān)的代謝物含量更高，說明腸道微生物會促進宿主的能量代謝[23]。Hooper等[24]將普通小鼠的腸道菌群定植在無菌小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小腸上皮細胞中鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體1的表達量增加，腸道微生物的存在促進了糖代謝。微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生的SCFAs主要是乙酸、丙酸和丁酸，大量研究證實肥胖會上調(diào)生成SCFAs的代謝通路，提高SCFAs的表達水平，這和肥胖癥患者通常伴隨過多的能量攝入有關(guān)，膳食中營養(yǎng)物質(zhì)越多，腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs的含量也越高[25]。

SCFAs不僅能作為宿主的供能物質(zhì)，還能作為信號分子，影響宿主的能量代謝通路。SCFAs中丁酸是重要的結(jié)腸供能物質(zhì)，因而其在血液等循環(huán)系統(tǒng)中的含量較低；丙酸能作為糖異生的底物激活小腸的糖異生反應(yīng)，進一步通過腸腦軸上調(diào)糖異生相關(guān)代謝通路基因的表達，有助于宿主維持能量平衡和葡萄糖耐受性[26]，丙酸和丁酸都能抑制結(jié)腸細胞和免疫細胞內(nèi)組蛋白去乙?；傅幕钚裕M一步下調(diào)一些促炎癥因子（如白細胞介素（interleukin，IL）-6和IL-12）的表達，誘導(dǎo)T細胞分化成調(diào)節(jié)T細胞，提高基因Foxp3的表達量，F(xiàn)oxp3在調(diào)節(jié)機體免疫自穩(wěn)中起關(guān)鍵作用[27-28]；乙酸和乙酸鹽被腸道吸收后，能隨血液循環(huán)穿過血腦屏障進入大腦中，從而激活副交感神經(jīng)系統(tǒng)刺激胰島素的分泌和胃饑餓素的釋放，增加能量的儲存[29]。

SCFAs的配體是G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPR），主要是GPR41和GPR43與炎癥以及腸道內(nèi)分泌調(diào)節(jié)有關(guān)[30-31]。體外實驗表明，乙酸優(yōu)先與GPR43結(jié)合，丙酸激活GPR43和GPR41，丁酸則優(yōu)先激活GPR41[32]。GPR41基因敲除鼠和野生型小鼠相比，體質(zhì)量明顯減輕。和無菌小鼠不同，即使進行了腸道菌群移植，GPR41基因缺陷小鼠也不會發(fā)胖，可見GPR41信號通路是腸道微生物促進宿主脂肪生成所必需的。敲除GPR41基因，會降低小腸中肽YY（pancreatic peptide YY3-36，PYY）的含量，降低能量吸收的效率，已有研究證實PYY能控制食欲降低體質(zhì)量，說明腸道微生物能通過SCFAs（丁酸和丙酸）-GPR41-PYY信號通路影響食欲和能量平衡[31]。關(guān)于GPR43基因?qū)Ψ逝值挠绊懩壳斑€存在一些爭議。Bjursell等[33]發(fā)現(xiàn)棕色脂肪組織中存在GPR43，敲除小鼠的GPR43基因后飼喂高脂飼料，其肥胖率明顯下降，胰島素敏感性顯著改善，能量代謝率也有所提高。Dewulf[34]和Ge Hongfei[35]等的研究也說明GPR43通過促進脂肪的生成，抑制脂肪的分解代謝降低機體的能量消耗。然而，基于敲除GPR43基因研究其對肥胖的功能，使用不同遺傳背景的基因敲除小鼠和不同的飼養(yǎng)環(huán)境得到的結(jié)果完全不同。Kimura等[36]的研究發(fā)現(xiàn)，乙酸激活的GPR43信號通路能避免食源性肥胖，他們通過對飼喂高脂膳食的GPR43基因缺陷型小鼠進行抗生素處理和飼喂乙酸，發(fā)現(xiàn)小鼠體質(zhì)量和白色脂肪組織的質(zhì)量增加，而在同樣的處理條件下野生型小鼠的體質(zhì)量和白色脂肪組織的質(zhì)量均呈現(xiàn)下降趨勢。同樣，脂肪組織中的GPR43過表達也能使體質(zhì)量下降，同時白色脂肪組織中的胰島素抵抗也出現(xiàn)了一定的改善，肌肉組織中和糖酵解以及脂肪β氧化相關(guān)的基因得到了上調(diào)表達，糖異生相關(guān)基因表達下調(diào)[37]。此外，GPR43還能調(diào)節(jié)胰島素分泌改善葡萄糖耐受，SCFAs激活GPR43刺激小腸內(nèi)分泌細胞分泌胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide，GLP）-1，促進胰島素的合成和分泌[37]。

除了GPRs，SCFAs還能通過過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator activated receptor，PPAR）γ影響宿主。給小鼠飼喂富含菊粉的飼料能提高其腸道中SCFAs的產(chǎn)量，激活結(jié)腸中PPARγ相關(guān)信號通路。體外實驗表明，丁酸和丙酸都能直接激活PPARγ[38]。SCFAs對PPARγ的激活作用還具有組織專一性，肝臟PPARγ基因敲除小鼠被飼喂高脂膳食并補充SCFAs后并沒有出現(xiàn)體質(zhì)量減輕和胰島素敏感性改善的現(xiàn)象，而脂肪組織PPARγ基因敲除小鼠則相反[39]。

2.1.2 三甲胺

腸道微生物能代謝膳食中的卵磷脂、L-肉堿和膽堿生成三甲胺（trimethylamine，TMA），這一分解代謝作用主要是通過TMA裂解酶實現(xiàn)的，而哺乳動物無法自身合成這種酶[40]。腸道微生物產(chǎn)生的TMA通過門靜脈轉(zhuǎn)運至肝臟，在黃素單加氧酶（flavin-containing monooxygenase，F(xiàn)MO）（主要是FMO3）的作用下生成氧化三甲胺（trimethylamine oxide，TMAO），TMAO能加速動脈粥樣硬化和增加患心血管疾病的風(fēng)險[40-41]。膳食中的膽堿主要來自于蛋制品和紅肉。卵磷脂是人體所需的外源性膽堿的重要來源，用標(biāo)記過的卵磷脂飼喂小鼠，小鼠血漿中的TMA和TMAO含量明顯升高，而給無菌小鼠或抗生素處理的小鼠飼喂卵磷脂后，其血漿中TMAO的水平并不會升高，由此可見腸道微生物在膽堿代謝過程中發(fā)揮了重要的作用[40]。血漿中TMAO的水平與膳食中膽堿、L-肉堿等含有三甲基氨基的營養(yǎng)物質(zhì)的攝入量、腸道微生物的組成和肝臟單加氧酶的活性有關(guān)。通常高脂膳食中卵磷脂、膽堿、肉堿等營養(yǎng)物質(zhì)的含量也比較高。有研究表明，和雜食者相比，素食者血漿中TMAO的含量更低，一方面這可能和膳食中含有三甲基氨基的營養(yǎng)物質(zhì)的含量不同有關(guān)；另一方面可能是因為腸道微生物的組成不同，TMA裂解酶活性不同導(dǎo)致TMA和TMAO合成能力的下降[42-44]。

2.1.3 膽汁酸

膽汁酸是膽汁的重要組成成分，在脂肪代謝中發(fā)揮著重要作用。膽汁酸有利于脂肪的乳化，可增加胰腺的解脂作用，促進腸道對脂質(zhì)的吸收。在肝臟中，膽固醇能被氧化成膽汁酸，形成的膽汁酸隨后與人體內(nèi)甘氨酸或小鼠體內(nèi)?；撬嵯嘟Y(jié)合，進入小腸中參加膳食中脂肪的乳化和吸收，在腸道微生物的作用下，初級膽汁酸被分解代謝成多種次級膽汁酸如去氧膽酸和石膽酸[45]。無論是無菌小鼠還是連續(xù)7 d服用萬古霉素的健康人，其腸道微生物的代謝分解作用下降，初級膽汁酸的含量和種類增加，次級膽汁酸的含量和種類則減少[46-47]。大約95%的初級和次級膽汁酸都會在腸道中被吸收，然后通過肝腸循環(huán)回到肝臟。近年來研究者發(fā)現(xiàn)，膽汁酸可以作為信號分子調(diào)節(jié)脂蛋白和葡萄糖的代謝，這主要是通過膽汁酸受體法尼酯X受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）和G蛋白膽汁酸偶聯(lián)受體（G protein-coupled bile acid receptor，Gpbar/TGR）5實現(xiàn)的[48-50]。

腸道微生物不僅能代謝生成次級膽汁酸，還能調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸的合成，研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物可以下調(diào)膽汁酸合成過程的限速酶基因，上調(diào)表達編碼膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白的基因[45-46]。腸道微生物可以通過影響膽汁酸受體FXR和TGR5這兩個信號通路對宿主產(chǎn)生影響。Parseus等[51]的研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物會影響膽汁酸的組成和FXR信號通路，促進食源性肥胖的發(fā)展。膽汁酸在腸道中被吸收，然后進入循環(huán)系統(tǒng)，進而激活外周組織中的FXR和TGR5，從而調(diào)節(jié)宿主的能量平衡。激活棕色脂肪組織和肌肉組織的TGR5有利于增加能量的消耗率[52]。TGR5受體與體內(nèi)多種代謝如糖代謝、脂代謝、膽汁酸代謝和能量代謝等有關(guān)，能緩解胰島素抵抗，抑制脂肪肝的形成[53]。TGR5主要是與次級膽汁酸結(jié)合，而FXR則主要是和初級膽汁酸結(jié)合[54]。腸道微生物能分解代謝?；撬峤Y(jié)合型β鼠膽酸（tauro β-muricholic acid，TβMCA）生成β鼠膽酸（β-muricholic acid，βMCA）（二者均為FXR的抑制劑，后者的抑制能力更強），從而改善胰島素抵抗和肝臟纖維化[45]。FXR基因敲除鼠飼喂高脂膳食后并不會出現(xiàn)肥胖的癥狀，進一步基于不同組織器官的FXR受體與肥胖之間的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，小腸FXR對高脂膳食引發(fā)肥胖、胰島素抵抗和非酒精性脂肪肝等疾病至關(guān)重要[55-56]。

膽汁酸作為一種抗菌酸能直接改變腸道內(nèi)環(huán)境的pH值，影響微生物的生長，改變腸道微生物的組成。此外，膽汁酸還能通過上調(diào)FXR相關(guān)表達基因如Nos2產(chǎn)生抗菌物質(zhì)間接影響腸道微生態(tài)[57]。將FXR基因敲除小鼠的腸道微生物定植到野生型的無菌小鼠腸道中，并對其飼喂高脂膳食，定植后的無菌小鼠并沒有出現(xiàn)肥胖現(xiàn)象，說明FXR和腸道微生物存在相互影響[51,56]。高脂膳食會促進膽汁酸的分泌，而腸道中膽汁酸含量的增加會影響腸道微生物的組成，進一步影響膽汁酸的代謝，這一復(fù)雜的作用網(wǎng)絡(luò)與宿主是否會發(fā)生食源性肥胖息息相關(guān)。

2.2 LPS

LPS也稱內(nèi)毒素，是革蘭氏陰性菌細胞壁的組成成分，能誘發(fā)宿主的炎癥反應(yīng)。LPS由O-特異鏈、核心多糖和類脂A組成，類脂A是一種以酯化的葡萄胺二糖為單位，通過焦磷酸酯鍵組成的獨特的糖酯化合物，具有致熱作用，也是LPS的主要毒性成分。LPS的核心多糖主要包括兩類特征性多糖：庚糖和2-酮基-3-脫氧辛酸（有些含有半乳糖）[58]。不同的革蘭氏陰性菌的LPS都有其獨特的O-特異鏈（也成O抗原），具有免疫原性和專一性，不同菌的O-特異鏈各不相同。

當(dāng)腸道通透性改變時，LPS能穿過腸道黏膜進入血液循環(huán)，通過外周循環(huán)系統(tǒng)進入肝臟和脂肪組織，誘發(fā)免疫反應(yīng)。LPS能和血漿中的LPS結(jié)合蛋白（LPS binding protein，LBP）相結(jié)合，進一步激活巨噬細胞表面的CD14蛋白受體并與之結(jié)合，然后同CD14一起與噬菌體表面的Toll樣受體（Toll like receptors，TLR）4相結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄因子如核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor，NF）-κB和AP（activator protein）-1，誘發(fā)炎癥反應(yīng)[59-60]。LPS還能調(diào)節(jié)巨噬細胞中核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域（nucleotide oligomerization domain，NOD）受體，NOD受體和TLR共同作用激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB。健康人體內(nèi)的LPS濃度很低，肥胖癥患者體內(nèi)的LPS濃度通常維持在較高的水平，而當(dāng)血漿中LPS的濃度達到一定的數(shù)值就會被診斷為內(nèi)毒素血癥。

高脂膳食能改變腸道微生物的組成，影響腸道通透性，使得LPS進入循環(huán)系統(tǒng)。此外，在腸道中LPS也能以乳糜微粒的形式運輸，過多的脂肪攝入也會導(dǎo)致小腸內(nèi)乳糜微粒增多，有利于LPS向循環(huán)系統(tǒng)的滲透[61]。肥胖、胰島素抵抗和Ⅱ型糖尿病都會改變血液中LPS的濃度，循環(huán)系統(tǒng)中LPS濃度的升高也和脂肪細胞中腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和IL-6水平的升高有關(guān)[62-63]。飼喂普通膳食的小鼠持續(xù)注射LPS 4 周，會出現(xiàn)和高脂膳食引發(fā)的食源性肥胖類似的癥狀；而飼喂高脂膳食的TLR4缺陷型小鼠能避免胰島素抵抗[64-65]。LPS受體CD14基因敲除小鼠，無論是飼喂高脂膳食還是注射LPS進行免疫刺激，都不會出現(xiàn)上述兩種條件引發(fā)的代謝紊亂以及食源性肥胖[65]。有研究表明雙歧桿菌能降低腸道中LPS的水平，改善腸道通透性；有研究者通過在高脂膳食中添加膳食纖維作為益生元增加小鼠腸道微生物中雙歧桿菌的含量，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌的豐度和葡萄糖耐受性正相關(guān)，和內(nèi)毒素血癥以及體質(zhì)量負相關(guān)[66-68]。

2.3 腸道通透性

高脂膳食會升高血漿中LPS的水平，這不僅和腸道微生物組成的改變有關(guān)，也和腸道通透性的改變有關(guān)[65,69]。通過下調(diào)腸道細胞與細胞之間緊密連接作用相關(guān)的蛋白如緊密連接蛋白（zona occuldens protein，ZO）-1和閉合蛋白occludin的基因表達，高脂膳食能增加小鼠腸道的通透性，從而有利于LPS向循環(huán)系統(tǒng)擴散和腸道細菌移位[70-71]。胰高血糖素樣肽（glucagon like peptide，GLP）-2是由小腸L細胞分泌的一種能促進腸道生長發(fā)育（如隱窩細胞的增殖和絨毛增長）和保護腸道屏障功能的多肽。益生元和雙歧桿菌改善了腸道緊密連接的完整性（增加了ZO-1蛋白和閉合蛋白的表達量），降低了腸道的通透性（減少熒光蛋白標(biāo)記的細菌的移位），其對腸道屏障的有益作用和GLP-2表達量的提高有關(guān)[72]。有研究表明，腸道微生物能還能通過內(nèi)源性大麻素（endogenous cannabinoids，eCB）系統(tǒng)影響腸道的通透性。eCB系統(tǒng)由大麻素受體、eCB和各種與eCB合成和降解相關(guān)的酶組成[73]。大麻素受體和它們的內(nèi)源性配體有很多生理功能，如增加食欲、緩解疼痛、影響情緒波動和外周脂質(zhì)代謝等。目前已經(jīng)確定兩種大麻素受體：CB1（存在于大腦、脂肪組織和骨骼肌中）和CB2（存在于免疫細胞中）[73]。無菌小鼠或是通過抗生素處理降低腸道微生物豐度的野生型小鼠，其結(jié)腸和脂肪組織中CB1的表達量都會顯著下降，而高脂膳食能提高CB1的表達量[74-75]。Muccioli等[75]利用一種專一性的拮抗劑抑制CB1活性，減少了小鼠體質(zhì)量的增加量，降低了血漿中LPS的水平，改善了腸道的屏障功能；而注射大麻素受體激活劑HU-210能刺激eCBs系統(tǒng)，會增加血漿中LPS的水平，影響腸道屏障的功能。

2.4 其他信號通路

除了上述的作用途徑，在高脂膳食的作用下，腸道微生物還可以通過其他信號通路影響宿主的健康。不過這些影響作用主要是通過和無菌小鼠以及基因缺陷型小鼠對比發(fā)現(xiàn)的，其具體的作用機理比如究竟是哪一類腸道微生物或者哪一種腸道微生物代謝產(chǎn)物對該信號通路造成的影響尚未明確，還需進一步深入研究。

2.4.1 血管生成素樣蛋白4

血管生成素樣蛋白（angiopoietin-like protein，Angptl）4是由脂肪組織、肝臟和小腸分泌的蛋白質(zhì)，能抑制脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）的活性，LPL是脂蛋白上連接的甘油三酯水解和釋放游離脂肪酸轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)的關(guān)鍵酶，和血液以及組織中的甘油單酯代謝密切相關(guān)。在脂肪組織中，LPL水解甘油三酯得到的脂肪酸會被重新酯化生成新的甘三酯，作為脂肪貯存起來。將普通小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠體內(nèi)，可觀察到小鼠體脂增加，回腸中Angptl4水平降低，附睪脂肪組織中LPL水平升高[76]。Angptl4基因缺陷型無菌小鼠飼喂高脂膳食后會和普通小鼠一樣出現(xiàn)肥胖的癥狀，其骨骼肌中和脂肪氧化相關(guān)的過氧化物酶體增殖物激活受體共激活劑（peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator，Pgc）1α基因和肉毒堿棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶（carnitine palmitoyltransferase，Cpt）1基因下調(diào)表達，說明Angptl4除了能抑制LPL的活性，減少脂肪的積累，還能通過間接調(diào)控脂肪的分解代謝避免食源性肥胖[7]。

2.4.2 腺苷酸活化蛋白激酶

腺苷酸活化蛋白激酶（denosine monophosphateactivated protein kinase，AMPK）是一種存在于肝臟、大腦和骨骼肌中的酶，能作為能量傳感器調(diào)節(jié)外周組織中細胞能量的平衡和游離脂肪酸的氧化。AMPK在磷酸化作用下被激活，通過磷酸化乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）抑制其活性，隨著ACC活性的降低，丙二酰輔酶A含量減少，Cpt1活性增強（Cpt1是長鏈脂肪酸由胞漿轉(zhuǎn)移到線粒體進行氧化供能的關(guān)鍵限速酶），從而促進了脂肪酸的β氧化，提高了細胞的能量水平[77-78]。AMPK參與調(diào)節(jié)糖、脂肪、蛋白質(zhì)等多種代謝過程，其活性也能受到AMP/ATP比值的調(diào)控，當(dāng)AMP含量較低時，AMP/ATP比值較低，AMPK活性被抑制，反之被激活。

研究發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠能避免高脂膳食引起的食源性肥胖，這與AMPK以及ACC的磷酸化有關(guān)，AMPK被激活，從而抑制了脂肪合成、糖異生等消耗三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的代謝途徑，促進了糖酵解、脂肪酸氧化等合成ATP的代謝途徑，維持細胞內(nèi)ATP水平[7]。腸道微生物通過降低AMPK的活性，降低外周組織中脂肪酸的氧化水平，從而增加宿主食源性肥胖和胰島素抵抗的發(fā)病風(fēng)險。但腸道微生物改變AMPK活性的相關(guān)機理尚未明確。

2.4.3 TLR5

TLRs是先天免疫系統(tǒng)中的胞外模式識別受體，能識別來源于微生物的具有保守結(jié)構(gòu)的分子。當(dāng)微生物突破機體的物理屏障如皮膚和黏膜等，TLRs能識別它們并刺激機體產(chǎn)生免疫細胞應(yīng)答，激活多種炎癥因子的信號通路，這對維持腸道黏膜的屏障功能意義重大。TLR5受體能特異性識別細菌的鞭毛蛋白，并在小鼠腸道黏膜層大量表達[79]。研究表明TLR5基因缺陷型小鼠會出現(xiàn)肥胖、血脂和血膽固醇升高、輕微的胰島素抵抗和葡萄糖耐受等癥狀。將TLR5基因缺陷型小鼠的腸道微生物定植到無菌小鼠腸道內(nèi)，定植后的無菌小鼠也會出現(xiàn)上述癥狀[60]。此外，TLR5基因缺陷型小鼠會變得貪食，而且這樣的癥狀在菌群移植后的無菌小鼠上也會出現(xiàn)，且TLR5基因缺陷型肥胖小鼠和野生型小鼠以及無菌的野生型小鼠的腸道微生態(tài)組成，均有顯著差異[60]。腸道微生物通過腸腦軸影響宿主的食欲和能量代謝，最直觀的表現(xiàn)是改變了血漿中調(diào)節(jié)食欲相關(guān)的信號分子（如腸道分泌的多肽GLP-1和PYY）的水平，其相關(guān)作用機理尚未明確，但TLR5可能是一個作用通路[6]。

3 結(jié) 語

越來越多的研究證實腸道微生態(tài)和高脂膳食誘導(dǎo)的食源性肥胖以及其他相關(guān)的代謝疾病密切相關(guān)。無菌小鼠技術(shù)的出現(xiàn)給腸道微生態(tài)研究帶來了福音，也讓我們更加深刻認識到腸道微生物對宿主健康的影響。但小鼠和人體的腸道微生態(tài)組成存在著較大的差異，在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是否能直接類推到人體還值得深思和研究。此外，宿主的膳食、年齡和遺傳背景不同，對實驗結(jié)果也有很大的影響，而且不同的研究在實驗初始時實驗對象腸道微生物組成是否類似也很難進行比較，這些因素都會影響最終的結(jié)果，這也是有些研究目的相同結(jié)果卻并不一致的原因。因而，要深入研究腸道微生態(tài)與宿主健康之間是否存在因果關(guān)系及其作用機理，一方面需要更多的人體實驗來證實腸道微生態(tài)對人體健康的影響；另一方面需要更加深入精準(zhǔn)地開展菌株水平的研究，尋找影響宿主健康的關(guān)鍵菌。可以期待，在不久的將來，不斷深入的腸道微生態(tài)研究能為高脂膳食誘發(fā)的肥胖和相關(guān)代謝疾病的預(yù)防和治療提供新途徑。

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