腸道核心菌屬——優(yōu)/真桿菌屬(Eubacterium)
Eubacterium 通常翻譯為真桿菌屬或優(yōu)桿菌屬
Eubacterium,革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌,屬于真桿菌科,厚壁菌門(mén)。
Eubacterium 是在健康人結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)的一種重要的腸道細(xì)菌,它是人類腸道微生物群的核心菌屬之一,并顯示出在大部分人群腸道,口腔等部位的廣泛定植,對(duì)機(jī)體有營(yíng)養(yǎng)代謝和維持腸道平衡有重要的作用。但是少數(shù)菌種可與其它兼性厭氧菌造成混合感染,引起人心內(nèi)膜炎,盆腔炎等疾病。
這個(gè)家族的成員很重要,因?yàn)樵S多菌種產(chǎn)生短鏈脂肪酸,尤其丁酸。短鏈脂肪酸普遍被認(rèn)為對(duì)維持人體健康具有多種重要作用,例如充當(dāng)腸道上皮特殊營(yíng)養(yǎng)和能量組分、保護(hù)腸道黏膜屏障、降低人體炎癥水平和增強(qiáng)胃腸道運(yùn)動(dòng)機(jī)能等等。
F.prausnitzii、Eubacterium rectale、Eubacterium hallii、Roseburia gutis和Ruminococcus bromii是人類腸道中產(chǎn)生丁酸的主要物種。真桿菌屬的幾個(gè)成員均產(chǎn)生丁酸鹽,丁酸鹽在能量穩(wěn)態(tài)、結(jié)腸運(yùn)動(dòng)、免疫調(diào)節(jié)和腸道炎癥抑制中起著關(guān)鍵作用。
同時(shí)真桿菌屬成員還被證明在以下過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用:
膽汁酸和膽固醇轉(zhuǎn)化
參與草酸鹽分解代謝
促進(jìn)抗炎分子的產(chǎn)生
預(yù)防氣道過(guò)敏性炎癥
降低胰島素分泌并增加“健康”脂肪的水平
與下腹部脂肪之間的關(guān)聯(lián)
...
在越來(lái)越多的腸道菌群研究中發(fā)現(xiàn),Eubacterium的減少或缺乏與很多疾病相關(guān),比如抑郁和/或疲勞、肥胖、IBD、II型糖尿病、心腦血管、結(jié)直腸癌、自閉癥、老年肌少癥、腸道健康以及腫瘤預(yù)后良好和腸道穩(wěn)態(tài)狀態(tài)等。
該屬的多個(gè)物種目前被認(rèn)為是微生物治療的有希望的目標(biāo)。事實(shí)上,基于谷禾長(zhǎng)期的菌群檢測(cè)實(shí)踐與腸道微生物科學(xué)研究等達(dá)成的“共識(shí)”表明,腸道真桿菌屬(Eubacterium)、羅氏菌屬(Roseburia)和糞桿菌屬, (Faecalibacterium, 也稱為普拉梭菌)等的特定產(chǎn)丁酸鹽微生物菌株屬于對(duì)人類健康有益的菌屬,其作用方式與乳桿菌屬和雙歧桿菌屬菌株可能相同。
但是,需要注意的是,Eubacterium屬正如下面進(jìn)一步討論的一樣,很難定義,因?yàn)樽畛醴峙浣o該屬的幾個(gè)物種隨后被重新分配給現(xiàn)有的或新的屬。即使是現(xiàn)在,該屬在系統(tǒng)發(fā)育上仍然是多樣化的,成員可以被分配到幾個(gè)譜系。認(rèn)識(shí)到這種分類學(xué)的變化,我們將包括一些最近重新分配給其他屬的前真桿菌屬物種。此外,本文也將在很大程度上討論對(duì)真桿菌屬的與腸道以及健康相關(guān)的信息。
01、簡(jiǎn) 介
真/優(yōu)桿菌屬(Eubacterium)是人類胃腸道含量較為豐富的菌屬,是人和動(dòng)物口腔與腸道正常菌群的成員。
該屬由系統(tǒng)發(fā)生學(xué)上和表型上不同的物種組成,使真桿菌屬成為分類學(xué)上獨(dú)特且具有挑戰(zhàn)性的屬。該屬的特征是包含多種表型多樣化的物種,革蘭氏陽(yáng)性,桿狀生物屬,非孢子形成,這些細(xì)菌的特點(diǎn)是堅(jiān)硬的細(xì)胞壁。它們可以是能動(dòng)的或不能動(dòng)的。如果能動(dòng),它們就有鞭毛。通常單獨(dú)出現(xiàn),成對(duì)出現(xiàn),或短鏈。偶爾與腹部、骨盆或泌尿生殖道的混合感染有關(guān)。
該物種是厭氧的,這使得真桿菌屬的表型鑒定非常耗時(shí),這可能一定程度抑制了對(duì)從糞便中分離的屬成員的詳細(xì)研究。
02、代謝與生態(tài)分布
真桿菌屬
Eubacterium
化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng),發(fā)酵代謝,有些種利用碳水化合物。發(fā)酵葡萄糖或蛋白胨的主要產(chǎn)物通常包括大量的丁酸、乙酸或甲酸并有可測(cè)得的H2的混合酸。接觸酶陰性,通常吲哚陰性??赡苓€原硝酸鹽,可能液化明膠。
1938年首次提出,常在哺乳動(dòng)物的口腔和腸道中發(fā)現(xiàn),包括在反芻動(dòng)物的瘤胃以及在環(huán)境中。
該屬構(gòu)成人類腸道微生物群的核心屬之一,并顯示出在全世界人類腸道的廣泛定植,包括亞洲、非洲、澳大利亞、歐洲、南美洲、北美洲等不同人群中,表明該菌屬具有高度的特異性和適應(yīng)性。真桿菌屬DNA(G + C)含量約為30~57mol%,代表菌種為黏液真桿菌。
多數(shù)物種要求特殊的厭氧培養(yǎng)技術(shù)和營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基,菌落通常低凸或平坦。這個(gè)屬里的有些種在自然界中可被糖乳酸化或可運(yùn)動(dòng)。
本屬細(xì)菌從碳水化合物或蛋白胨中產(chǎn)生有機(jī)酸混合物,其可能包括大量的丁酸、乙酸和甲酸。
03、系統(tǒng)發(fā)育上是多樣性
根據(jù)Bergey的《細(xì)菌和古菌系統(tǒng)學(xué)手冊(cè)》以及NCBI分類學(xué)的最新版本,真細(xì)菌屬屬于厚壁菌門(mén)、梭狀芽胞桿菌目和真細(xì)菌科。
由于該屬的定義相當(dāng)寬松,目前該屬中的許多物種不屬于嚴(yán)格意義上的屬,很可能會(huì)及時(shí)移至新的或現(xiàn)有的屬中。
2020年愛(ài)爾蘭Cotter 團(tuán)隊(duì)提供了該樹(shù)的更新,以顯示該屬某些成員與其他密切相關(guān)物種之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系(下圖)。
真桿菌屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系
doi: 10.1080/19490976.2020.1802866
? 真桿菌屬的重新分類
經(jīng)過(guò)重新分類的真桿菌屬的大多數(shù)成員被歸入厚壁菌門(mén),并廣泛分布于其中。例如,E. formicgenerans和E. timidum,它們分別被重新分配到Dorea屬和Mogibacterium屬。
然而,其他幾個(gè)成員已被重新分配到其他門(mén);實(shí)例包括將真桿菌物種重新分配給Slackia 、Cryptobacterium和Eggerthela等屬,所有這些屬都屬于放線菌門(mén)。
值得注意的是,某些E. cylindroides等真桿菌屬物種可能同時(shí)表現(xiàn)出革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性特征,從而在分類學(xué)分配中經(jīng)常實(shí)施的基本表型特征中產(chǎn)生歧義;這進(jìn)一步導(dǎo)致了真桿菌屬物種分類的相當(dāng)大的混亂。
? 狹義的真桿菌屬
有人提出,狹義真桿菌屬的核心基因型僅限于該屬的模式種Eubacterium limnosum,以及Eubacterium callanderi 、Eubacterium barkeri和Eubacterium aggregans,當(dāng)有足夠的基因組和系統(tǒng)發(fā)育證據(jù)支持時(shí),其余物種可能被同化為/重新分類為現(xiàn)有或新屬。
為實(shí)用起見(jiàn),迄今為止,成員已根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育特征分為子類別。提議的松散系統(tǒng)發(fā)育子類別之一包含E. rectale、E. oxidoreducens、E. ramulus、Roseburia cecicola和R. intestinalis,其中除E. oxidoreducens之外的所有物種都產(chǎn)生丁酸鹽并且是糖分解的。
? 進(jìn)一步分類的必要性
后來(lái)又有科學(xué)家提出了對(duì)其中一些物種進(jìn)行重新分類的有力案例。E. eligens是一種重要的腸道真桿菌,已被發(fā)現(xiàn)與Lachnospira pectinoschiza具有相當(dāng)大的系統(tǒng)發(fā)育和表型相似性,并且隨著進(jìn)一步證據(jù)的可用性而值得重新分類。
鑒于它們不同的表型和系統(tǒng)發(fā)育特征,某些對(duì)腸道健康很重要的真桿菌屬物種已經(jīng)或計(jì)劃進(jìn)行重新分類。例如,建議將E. hallii重新分類為Anaerobutyricum hallii Comb。
2020年11月,報(bào)道了一種類似的新型產(chǎn)丁酸鹽和丙酸鹽的物種Anaerobutyricum soehngenii。事實(shí)上,E. hallii與E. indolis、E. cellulosolvens、E. plexicaudatum、E. ruminantium、E. saburreum、E. xylanophilum、E. uniforme 和 E. ventriosum 一起構(gòu)成了真桿菌屬中有趣的種。
值得注意的是,這一群體的成員在系統(tǒng)發(fā)育上或表型上與該屬中的其他物種沒(méi)有親緣關(guān)系,并表現(xiàn)出獨(dú)特的特征,從而為每個(gè)物種創(chuàng)建一個(gè)新的屬。
?分類對(duì)人類微生物群研究影響大,重新分類需謹(jǐn)慎
此外,最近有人提議將最重要的腸道微生物之一直腸腸桿菌重新歸類為直腸Agathobacter。然而,這種重新分類受到其他科學(xué)家等人的質(zhì)疑。認(rèn)為沒(méi)有理由重新分類并指出其分類學(xué)或系統(tǒng)發(fā)育隸屬關(guān)系的任何變化都將對(duì)人類微生物群研究產(chǎn)生重大影響。
可以理解的是,提出的分類學(xué)重新分配尚未被普遍接受,事實(shí)上,如前所述,在考慮真桿菌屬任何成員的分類學(xué)分類和報(bào)告時(shí)必須小心。與屬的分類有關(guān)的進(jìn)一步努力應(yīng)該主要關(guān)注基因型,并強(qiáng)調(diào)基因組特征。
真桿菌屬目前的模式菌種為黏液真桿菌(Eubacterium limosum)。研究較多的是:
黏液真桿菌(Eubacterium limosum)
遲緩真桿菌(Eubacterium lentum)
直腸真桿菌(Eubacterium rectale)
霍氏真桿菌 (Eubacterium hallii)
惰性真桿菌 (Eubacterium siraeum)
挑剔真桿菌 (Eubacterium Eligens)
04、哪些因素影響腸道真桿菌屬
飲 食
飲食是決定腸道菌群組成和多樣性的最重要因素之一。就真桿菌屬而言,它們?cè)谀c道中的存在在很大程度上與膳食纖維攝入量的增加有關(guān),多項(xiàng)研究證真桿菌屬對(duì)消化抗性復(fù)合碳水化合物的利用,并且已被證明隨著飲食中蛋白質(zhì)/脂肪百分比的增加而減少。
E. hallii和E. rectale被證明能夠利用證明能夠利用補(bǔ)充有抗性碳水化合物的培養(yǎng)基,即長(zhǎng)鏈的果聚糖,如低聚果糖、高性能菊粉。
? 地中海飲食增加真桿菌屬的數(shù)量
多項(xiàng)研究報(bào)告稱,西方飲食中動(dòng)物蛋白和脂肪的比例增加且纖維含量低,導(dǎo)致腸道細(xì)菌豐度顯著下降,包括雙歧桿菌和真桿菌屬等理想的菌群。涉及地中海飲食的研究也表明,地中海飲食可以增加腸道中真桿菌屬(Eubacterium)的數(shù)量。
研究顯示45歲男性食用富含多不飽和 omega-3 脂肪酸的飲食時(shí),腸道微生物群的變化,包括真桿菌在內(nèi)的幾種丁酸鹽菌的豐度急劇增加,表明多不飽和脂肪酸對(duì)真桿菌的正向調(diào)節(jié)。
年 齡
在衰老過(guò)程中,胃腸道會(huì)發(fā)生變化,包括粘膜屏障和腸神經(jīng)系統(tǒng)的退化以及腸道運(yùn)動(dòng)的改變和胃腸道病變的增加。
?老年菌群多樣性↓,短鏈脂肪酸生成↓,腸道炎癥↑
總的趨勢(shì)是,老年人的微生物群多樣性隨著丁酸鹽生產(chǎn)者的減少和潛在病原體數(shù)量的增加而減少。腸道中短鏈脂肪酸生成的減少可導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞粘蛋白分泌受損,從而增加病原體進(jìn)入腸粘膜的機(jī)會(huì), 潛在的腸道炎癥。
在老年人中,腸道相關(guān)淋巴組織 (GALT) 受損會(huì)加劇腸道炎癥,導(dǎo)致無(wú)法有效控制常駐微生物群并導(dǎo)致腸細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子和趨化因子;后者驅(qū)動(dòng)效應(yīng) TH1、TH2 和 TH17 細(xì)胞的分化。
與上面觀察結(jié)果一致的是,在百歲老人中,在百歲老人中發(fā)現(xiàn)了E. hallii、E. rectale 和 E.ventriosum相對(duì)比例降低,而來(lái)自變形桿菌門(mén)的潛在致病細(xì)菌增加。
? 真桿菌:老年腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種
后續(xù)的研究進(jìn)行的一項(xiàng)廣泛研究強(qiáng)調(diào)了真桿菌屬的有益作用,其中調(diào)查了一大群老年人(n=612),以評(píng)估地中海飲食對(duì)其腸道微生物群的調(diào)節(jié)作用。作者報(bào)告稱,真桿菌(Eubacterium)物種,如直腸真桿菌(E.rectale)和 E.eligens與一些較低虛弱、認(rèn)知能力提高以及短/支鏈脂肪酸產(chǎn)量增加的標(biāo)志物呈正相關(guān)。
真桿菌與炎癥標(biāo)志物如IL-2和C反應(yīng)蛋白呈負(fù)相關(guān)。此外,網(wǎng)絡(luò)分析顯示,真桿菌屬是老年腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種。然而,與這些一般觀察結(jié)果相反,其他研究推斷出真桿菌屬與年齡之間存在正相關(guān)。
05、Eubacterium 的健康特性
真桿菌有助于腸道健康
短鏈脂肪酸有益于人類健康,它們由不同的結(jié)腸微生物群產(chǎn)生,包括來(lái)自真桿菌屬的幾種物種(上圖)。
? E. rectale 是研究最廣泛的真桿菌種之一
它首先從健康的日本-夏威夷男性的糞便中分離出來(lái),被確定為主要的丁酸鹽生產(chǎn)者,能夠利用復(fù)雜的碳水化合物(如纖維二糖和淀粉)進(jìn)行生長(zhǎng)和增殖。
? 產(chǎn)丁酸的途徑,與真桿菌相關(guān)
E. hallii也是人體腸道中的丁酸鹽生產(chǎn)者。在腸道中,丁酸可以通過(guò)糖酵解從碳水化合物中產(chǎn)生,其中兩分子乙酰輔酶A結(jié)合形成乙酰乙酰輔酶A,然后逐步還原生成丁酰輔酶 A。
目前已知丁酸CoA最終轉(zhuǎn)化為丁酸的兩種不同途徑;這通過(guò)丁酸CoA:乙酸CoA轉(zhuǎn)移酶途徑或磷酸轉(zhuǎn)丁酸酶和丁酸激酶途徑進(jìn)行。丁酰輔酶 A 轉(zhuǎn)移酶途徑與丁酸合成基因與直腸真桿菌和Roseburia等物種密切相關(guān)。
其他真桿菌種也采用相同的途徑,例如E. hallii和E. biforme(現(xiàn)在重新歸類為Holdemanella biformis)用于生產(chǎn)丁酸鹽。
? 丁酸高產(chǎn)的真桿菌屬——E. rectale 和 E. hallii
E. rectale和E. hallii隨后被確定為腸道中的高產(chǎn)丁酸鹽生產(chǎn)者。它們被發(fā)現(xiàn)是人類糞便微生物群中最豐富的 10 個(gè)成員之一,貢獻(xiàn)了從 10 名健康志愿者的糞便樣本中檢索到的超過(guò) 44% 的丁酰輔酶 A:乙酸 CoA 轉(zhuǎn)移酶序列。
瑞士最近的一項(xiàng)隊(duì)列研究也表明,E. hallii 是嬰兒腸道中丁酸的首批生產(chǎn)者之一。
? 轉(zhuǎn)化為丙酸的1,2-丙二醇可被E. hallii 代謝
腸道微生物通過(guò)糖發(fā)酵的兩種途徑形成丙酸。雖然琥珀酸途徑處理大多數(shù)戊糖和己糖產(chǎn)生丙酸,但丙二醇途徑代謝脫氧糖如巖藻糖和鼠李糖。后者作為膳食(例如人乳低聚糖)或宿主衍生(粘蛋白)聚糖在腸道環(huán)境中很容易獲得,并且在被各種腸道微生物利用后可以產(chǎn)生 1,2-丙二醇作為最終產(chǎn)物。雖然不能降解脫氧糖,但 1,2-丙二醇可被E. hallii代謝,已證明攜帶甘油/二醇脫水酶PduCDE,這是1,2-丙二醇轉(zhuǎn)化為丙酸和丙醇并生成一個(gè)ATP的關(guān)鍵酶。
1,2-丙二醇轉(zhuǎn)化為丙酸取決于維生素B12的有效性,并發(fā)生在稱為多面體的小隔間內(nèi),以隔離有毒中間體丙醛。
雖然真桿菌屬(Eubacterium)可以降解復(fù)合碳水化合物,但某些真桿菌屬菌株可能缺乏降解特定復(fù)合碳水化合物的能力,并依賴于其他腸道微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物;然后,這些其他腸道微生物產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物可以被真桿菌利用。
? 交叉喂養(yǎng)機(jī)制在真桿菌屬生產(chǎn)短鏈脂肪酸中的重要性
已在多個(gè)實(shí)例中得到證明。在這些研究中,真桿菌與雙歧桿菌在復(fù)合碳水化合物存在下共培養(yǎng)。這些雙歧桿菌菌株能夠降解阿拉伯木聚糖低聚糖和巖藻糖基乳糖等復(fù)合碳水化合物,可產(chǎn)生乙酸鹽、乳酸和 1,2-丙二醇,所有這些物質(zhì)又被真桿菌屬吸收和利用,生成丁酸和丙酸。真桿菌屬這種交叉喂養(yǎng)的證據(jù)。
這不僅強(qiáng)調(diào)了腸道微生物與抗性碳水化合物的產(chǎn)丁酸作用之間的協(xié)同相互作用,而且強(qiáng)調(diào)了腸道微生態(tài)整齊的生態(tài)互作,不是關(guān)注一個(gè)菌而是整體的菌群健康狀況。同時(shí)也突出了真桿菌屬在維持腸道健康中的生態(tài)作用。
真桿菌調(diào)節(jié)預(yù)防腸道炎癥
研究已經(jīng)證實(shí)丁酸鹽構(gòu)成了結(jié)腸細(xì)胞的主要能量來(lái)源,促進(jìn)了它們的增殖、成熟,發(fā)育成健康的結(jié)腸。事實(shí)上,據(jù)報(bào)道,E. rectale (直腸真桿菌)優(yōu)先定殖粘液層,從而增加丁酸鹽對(duì)上皮結(jié)腸細(xì)胞的生物利用度。
? 短鏈脂肪酸促進(jìn)腸道完整性
此外,短鏈脂肪酸已被證明在通過(guò)促進(jìn)腸道完整性和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)腸道炎癥方面發(fā)揮重要作用。短鏈脂肪酸可以通過(guò)上調(diào)緊密連接蛋白(例如 claudin-1 和 occludin)以及腸粘蛋白、粘蛋白 2 來(lái)改善腸上皮抵抗力。
? 短鏈脂肪酸激活GPCR,抑制HDAC
短鏈脂肪酸對(duì)免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié),包括G 蛋白偶聯(lián)受體 (GPCR) 的激活和組蛋白脫乙酰酶 (HDAC) 的抑制。 短鏈脂肪酸可以結(jié)合至少四種離散的 GPCR——FFAR2(游離脂肪酸受體)、FFAR3、GPR109a 和 Olfr78 作為配體,盡管具有不同的特異性。
? 短鏈脂肪酸抑制促炎細(xì)胞因子,上調(diào)抗炎細(xì)胞因子
一些研究表明,短鏈脂肪酸可以通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子(如 IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-8 和 TNF-α)發(fā)揮抗炎作用,同時(shí)上調(diào)抗炎細(xì)胞因子例如 FFAR2/FFAR3 依賴性方式的 IL-10 和 TGF-β。
GPR109a 激活結(jié)腸巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞中的炎性體通路,從而誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞和產(chǎn)生抗炎性 IL-10 的 T 細(xì)胞的分化。
doi: 10.1080/19490976.2020.1802866
? 短鏈脂肪酸增加IL-18 的產(chǎn)生
短鏈脂肪酸在腸上皮細(xì)胞 (IECs) 中激活 GPR109a 也可以增加 IL-18 的產(chǎn)生,IL-18 是修復(fù)和維持腸上皮完整性的關(guān)鍵細(xì)胞因子。丙酸鹽和丁酸鹽對(duì) HDAC 活性的抑制與 IEC 中促炎細(xì)胞因子和趨化因子(如 CXCL8 和 CCL20)的表達(dá)下調(diào)有關(guān)。
短鏈脂肪酸對(duì) HDAC 的抑制也與 β-防御素和導(dǎo)管素(如 LL-37)的表達(dá)增加有關(guān)。鑒于如上所述,短鏈脂肪酸廣泛參與調(diào)節(jié)腸道健康,尤其是丁酸鹽,由于腸道中短鏈脂肪酸分布的改變,涉及短鏈脂肪酸生產(chǎn)者的腸道微生物群失調(diào)具有重大影響。
注:組蛋白去乙?;?histone deacetylase,HDAC)是一類蛋白酶,對(duì)染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達(dá)調(diào)控發(fā)揮著重要的作用。
真桿菌屬與炎癥性腸病
炎癥性腸病 (IBD) 是胃腸道的嚴(yán)重和慢性炎癥,其特征在于兩種主要的臨床表型:克羅恩病 (CD) 和潰瘍性結(jié)腸炎 (UC)??肆_恩病涉及上皮壁所有層的透壁炎癥,而潰瘍性結(jié)腸炎僅影響淺表粘膜層。
? IBD患者真桿菌屬持續(xù)減少
一般來(lái)說(shuō),IBD 反復(fù)表現(xiàn)出腸道微生物群失調(diào),其特征是微生物群的多樣性和時(shí)間穩(wěn)定性下降。雖然微生物干擾在 IBD 的發(fā)病機(jī)制或病因中的確切作用仍在闡明,但包括真桿菌屬(Eubacterium)在內(nèi)的丁酸鹽生產(chǎn)者的比例在 IBD 受試者中腸道中的持續(xù)減少。
? IBD患者丁酸水平降低
事實(shí)上,與非 IBD、健康個(gè)體相比,IBD 患者中梭菌簇 IV 和 XIVa 的豐度減少以及伴隨的致病變形桿菌增加構(gòu)成了 IBD 微生物失調(diào)的特征,可以被視為生物標(biāo)志物。因此,在患有 IBD 的患者中通常會(huì)觀察到腸道丁酸水平降低,從而導(dǎo)致宿主免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)不當(dāng)。IBD 和實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎患者腸道中短鏈脂肪酸水平降低也與調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞功能降低和炎癥增加相關(guān)。
? 真桿菌在IBD中提供了丁酸鹽介導(dǎo)的保護(hù)作用
用潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病患者糞便微生物群的體外研究表明,丁酸鹽產(chǎn)生者較少,定植能力和丁酸鹽產(chǎn)生能力降低;用已知的丁酸鹽產(chǎn)生菌(包括真細(xì)菌屬)補(bǔ)充IBD微生物群可恢復(fù)丁酸鹽的產(chǎn)生,并改善上皮屏障完整性和定植能力。
真桿菌的作用在接受抗 TNF-α 治療的患有 IBD 的兒童中,進(jìn)一步證明了腸道健康中的丁酸鹽-抗炎軸;E. rectale基線豐度較高的患者對(duì)治療更敏感,E. rectale(直腸真桿菌)的存在預(yù)示著炎癥的成功減輕。
在體外和小鼠模型中已經(jīng)證明了E. limosum(粘液真桿菌)及其產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對(duì)腸道炎癥的保護(hù)作用。當(dāng)TNF-α處理刺激時(shí),由E.limsum產(chǎn)生的短鏈脂肪酸誘導(dǎo)T84結(jié)腸細(xì)胞生長(zhǎng),并降低結(jié)腸細(xì)胞IL-6和TLR4的表達(dá),其中丁酸鹽是最顯著的效應(yīng)物。此外,與對(duì)照組相比,當(dāng)提供5%的E. limosum時(shí),小鼠在結(jié)腸炎誘導(dǎo)時(shí)顯示出體重和結(jié)腸長(zhǎng)度的顯著保留。這些觀察表明,真桿菌屬對(duì)腸道健康具有丁酸鹽介導(dǎo)的抗炎作用,并將其作為炎癥性腸道疾病的一種有吸引力的生物治療藥物。
真桿菌屬和肥胖
到目前為止,真桿菌屬與肥胖的關(guān)系仍存在爭(zhēng)議,有幾份報(bào)告表明真桿菌屬和肥胖呈正相關(guān)。BMI通常被認(rèn)為是用來(lái)衡量肥胖的參數(shù);一些基于BMI的研究也報(bào)告了肥胖受試者體內(nèi)真桿菌的豐度更高。
? 為什么肥胖人群真桿菌的豐度更高?
有趣的是,據(jù)報(bào)道,在接受治療的肥胖受試者中,糞便短鏈脂肪酸減少的肥胖個(gè)體中總丁酸水平較高,這表明碳水化合物和脂質(zhì)的同化增強(qiáng),這可能導(dǎo)致肥胖表型。這一觀察結(jié)果可以解釋肥胖個(gè)體中丁酸鹽產(chǎn)生菌(包括真桿菌屬)的豐度較高。
仔細(xì)觀察飲食干預(yù)研究表明,肥胖受試者中真桿菌屬和其他丁酸鹽產(chǎn)生者的比例可能主要受飲食影響。在幾項(xiàng)研究中,肥胖個(gè)體腸道微生物對(duì)復(fù)合碳水化合物的利用受到限制,一直有報(bào)道稱真桿菌屬的顯著減少。
對(duì)印度肥胖和非肥胖兒童進(jìn)行的一項(xiàng)研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)各組間直腸大腸桿菌(Eubacterium rectale) 豐度的差異。
綜合來(lái)看,目前的證據(jù)表明,當(dāng)通過(guò)合理數(shù)量的復(fù)合碳水化合物的持續(xù)供應(yīng)在腸道時(shí),真桿菌屬和其他丁酸鹽產(chǎn)生菌在肥胖個(gè)體中的比例增加,從而促進(jìn)腸道中的能量提取。肥胖個(gè)體的飲食而非改變的代謝參數(shù)也可能驅(qū)動(dòng)丁酸鹽產(chǎn)生菌(包括真桿菌屬)的生長(zhǎng)和增殖。
? 腸道微生物群調(diào)節(jié)肥胖的確切機(jī)制仍在闡明中
丁酸鹽已被證明可以緩解飲食誘導(dǎo)的肥胖和改善葡萄糖穩(wěn)態(tài),這使得很難得出線性結(jié)論。在推斷腸道菌群和肥胖之間的直接關(guān)聯(lián)時(shí)必須謹(jǐn)慎,因?yàn)閷?duì)于具有多因素影響的代謝綜合征,任何的相關(guān)性結(jié)論可能會(huì)過(guò)于簡(jiǎn)單。我們?cè)跈z測(cè)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn),菌群可能只能解釋60%左右的肥胖,肥胖是一種多因素代謝綜合征,還與菌群外的其他很多因素相關(guān)。
真桿菌影響胃腸激素和胰島素,緩解 II型糖尿病
在幾項(xiàng)研究中,真桿菌屬和丁酸鹽產(chǎn)生菌與胰島素敏感性呈正相關(guān)。最近的獨(dú)立研究比較了健康和2型糖尿病個(gè)體的宏基因組,明確表明腸道微生物群與2型糖尿病病理生理學(xué)之間的潛在相關(guān)性。
? 2型糖尿病患者真桿菌顯著減少
一項(xiàng)在中國(guó)和歐洲人群中進(jìn)行的研究均報(bào)告了2型糖尿病受試者中丁酸鹽產(chǎn)生菌(包括真桿菌屬)的顯著減少。其他研究表明,在人和小鼠胰島素抵抗模型中,丁酸鹽生產(chǎn)商(包括從瘦個(gè)體移植的真桿菌屬)具有恢復(fù)作用。
? 糞菌移植后真桿菌的增加,代謝改善
事實(shí)上,糞菌移植后真桿菌的增加與胰島素抵抗個(gè)體的代謝改善相關(guān)。當(dāng)向肥胖和胰島素抵抗的db/db小鼠口服給藥時(shí),已表明E.hallii顯著改善胰島素敏感性和能量代謝。
? 2型糖尿病的代謝調(diào)節(jié),與菌群代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸相關(guān)
短鏈脂肪酸對(duì)腸道激素的刺激和對(duì)食物攝入的抑制,是2型糖尿病個(gè)體腸道微生物群調(diào)節(jié)宿主代謝的可能機(jī)制。這種提出的機(jī)制與觀察結(jié)果一致,即與FFAR2受體結(jié)合的丁酸鹽和丙酸鹽可以調(diào)節(jié)飽腹激素,例如生長(zhǎng)素釋放肽(促食欲肽)、胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和PYY(促食欲肽) 。
短鏈脂肪酸對(duì)生長(zhǎng)素釋放肽和 GLP-1/PYY 的相反調(diào)節(jié),其中 GLP_1/PYY 上調(diào),生長(zhǎng)素釋放肽下調(diào),確保減少食物攝入、飽腹感和減少肥胖。 Ghrelin,也與產(chǎn)生丁酸鹽的E. rectale呈負(fù)相關(guān)。
注:Ghrelin,也被稱為“饑餓激素”,刺激食欲,在飯前分泌,而 GLP-1 和 PYY 由腸內(nèi)分泌 L 細(xì)胞合成和釋放,刺激胰腺 β 細(xì)胞分泌胰島素,減少食物攝入,使能量正?;瘮z入量和體重減輕。
? 直腸真桿菌高豐度與較低的餐后血糖反應(yīng)呈正相關(guān)
一個(gè)大型隊(duì)列(n=800)進(jìn)行了一項(xiàng)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的研究,以便使用從飲食習(xí)慣、腸道微生物群、人體測(cè)量、身體活動(dòng)和血液參數(shù)中得出的綜合特征數(shù)據(jù)集來(lái)預(yù)測(cè)個(gè)體的個(gè)性化餐后血糖反應(yīng),也支持真桿菌屬在胰島素敏感性中的肯定作用。在他們的研究中,腸道微生物組的72個(gè)特征被推斷為具有預(yù)測(cè)性,其中直腸大腸桿菌(Eubacterium rectale)是最強(qiáng)大的特征之一,腸道中較高的細(xì)菌豐度與較低的餐后血糖反應(yīng)呈正相關(guān)(n = 430)。
? 真桿菌產(chǎn)生的丁酸鹽改善胰島素敏感性和飽腹感
真桿菌產(chǎn)生的丁酸鹽也可以通過(guò)HDAC(組蛋白去乙?;福┮种平閷?dǎo)的胰腺β細(xì)胞重編程來(lái)改善胰島素敏感性和飽腹感,從而為2型糖尿病患者提供額外的益處。
? 真桿菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸有助于恢復(fù)炎癥
據(jù)報(bào)道,2型糖尿病中存在低度炎癥,其中炎癥分子在胰島素靶組織中上調(diào),并導(dǎo)致胰島素抵抗。例如,TLR4依賴性通過(guò)激活胰島中的巨噬細(xì)胞和β細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子,導(dǎo)致β細(xì)胞的調(diào)節(jié)失調(diào)、功能受損和生存能力下降。由真桿菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可通過(guò)上述機(jī)制有助于恢復(fù)生理炎癥環(huán)境。2型糖尿病中其他腸道丁酸鹽產(chǎn)生者的持續(xù)減少也加強(qiáng)了這種聯(lián)系。因此,目前的觀察結(jié)果一致表明,真桿菌屬是緩解2型糖尿病的積極貢獻(xiàn)者,應(yīng)被視為一種潛在的治療方法。
真桿菌屬對(duì)膽固醇的轉(zhuǎn)化提供預(yù)防心血管疾病的保護(hù)
20世紀(jì)30年代首次報(bào)道了腸道細(xì)菌將膽固醇轉(zhuǎn)化為糞甾醇(coprostanol),此后進(jìn)行了幾項(xiàng)研究,以確定能夠?qū)⒛懝檀嫁D(zhuǎn)化成糞甾醇的細(xì)菌。許多已鑒定的微生物最終被歸入真細(xì)菌屬。
? 可降解膽固醇的真桿菌:
——Eubacterium coprostanoligenes HL
Eubacterium coprostanoligenes HL (ATCC 51222) 代表了一種這樣的細(xì)菌,該菌是從生豬污水瀉湖中分離出來(lái)的,并且由于其降低膽固醇的特性而受到相當(dāng)大的關(guān)注。
盡管隨后有報(bào)道稱多氏擬桿菌 (Bacteroides dorei)、乳桿菌(Lactobacillus sp)和雙歧桿菌(Bifidobacterium sp)具有膽固醇利用特性,但這些特性似乎是暫時(shí)性的,可能會(huì)丟失,從而使Eubacterium coprostanoligenes HL成為唯一可降解膽固醇的可培養(yǎng)腸道分離物。
? 腸道微生物群中E. coprostanoligenes 的存在與糞便糞甾醇密切相關(guān)
最近,在腸道宏基因組中發(fā)現(xiàn)了E. coprostanoligenes 的3β-羥基類固醇脫氫酶同系物,可將膽固醇轉(zhuǎn)化為糞甾醇。
有趣的是,這些腸道甾醇代謝A基因(ismA)被歸因于尚未培養(yǎng)的腸道微生物,它們與生命樹(shù)中的真桿菌物種形成了一個(gè)連貫的分支,并可能代表了參與腸道膽固醇降低的新真細(xì)菌物種。
? Eubacterium coprostanoligenes的膽固醇代謝
doi: 10.1080/19490976.2020.1802866
來(lái)自膳食和額外膳食來(lái)源的近1克膽固醇每天到達(dá)人體結(jié)腸,在那里由共生腸道細(xì)菌代謝為糞甾醇。與膽固醇不同,糞甾醇在腸道中吸收不良,并被認(rèn)為對(duì)膽固醇代謝和血清膽固醇水平的調(diào)節(jié)有影響。
發(fā)現(xiàn)血漿膽固醇水平與糞便中膽固醇與糞甾醇的比例之間存在反比關(guān)系,這一觀點(diǎn)得到了證實(shí)。因此,膽固醇向共甾醇的轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是人類膽固醇穩(wěn)態(tài)管理的新策略。作為一種延伸,研究了腸道內(nèi)高度參與糞甾醇代謝的真桿菌屬(Eubacterium spp)的降膽固醇作用。
? 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)E. coprostanoligenes降低膽固醇
據(jù)報(bào)道,喂食E. coprostanoligenes的高膽固醇血癥兔子的血漿膽固醇水平降低,消化液中的糞甾醇/膽固醇比值增加。在這些兔子中觀察到的效果進(jìn)一步歸因于E. coprostanoligenes降膽固醇,因?yàn)镋. coprostanoligenes優(yōu)先在空腸和回腸中定殖,這兩個(gè)地方都是膽固醇吸收的場(chǎng)所。在無(wú)菌小鼠中也發(fā)現(xiàn)了類似的觀察結(jié)果。
代謝組學(xué)和宏基因組學(xué)聯(lián)合研究的其他結(jié)果已經(jīng)確定了多種細(xì)菌門(mén)型,包括 Eubacterium eligens ATCC 27750 發(fā)光真桿菌ATCC 27750(p=1.477e-02)與高糞便糞便甾烷醇顯著相關(guān)。
? 腸道菌群的變化與膽固醇轉(zhuǎn)化速率直接相關(guān),從而影響心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)
動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病 (CVD) 發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素包括血液膽固醇水平失衡和血清低密度脂蛋白膽固醇濃度高。事實(shí)上,CVD 患者的腸道膽固醇吸收更高。值得注意的是,腸道微生物群的變化與膽固醇轉(zhuǎn)化為糞前列醇的速率直接相關(guān),而膽固醇轉(zhuǎn)化為糞前列醇的效率高與 CVD 風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)。
由于它們的降膽固醇作用,真桿菌屬和其他降低膽固醇的微生物可以預(yù)防心血管疾病。
事實(shí)上,腸道真桿菌屬在動(dòng)脈粥樣硬化受試者中,與已動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)志物(如低密度脂蛋白、膽固醇和白細(xì)胞)呈顯著負(fù)相關(guān)。當(dāng)給小鼠喂食甲硫氨酸-膽堿飲食以誘發(fā)非酒精性脂肪性肝炎時(shí),小鼠腸道中的Eubacterium coprostanoligenes 也減少了,其中對(duì)肝臟的損害會(huì)抑制內(nèi)源性膽固醇的產(chǎn)生。
真桿菌屬通過(guò)膽汁酸代謝促進(jìn)腸道和肝臟健康
膽汁酸 (BA) 是宿主產(chǎn)生的代謝物,來(lái)源于肝臟周?chē)渭?xì)胞中的膽固醇。
我們來(lái)了解一下肝腸循環(huán)。
膽酸 (CA) 和鵝去氧膽酸 (CDCA) 是肝臟中產(chǎn)生的主要 BA,然后與牛磺酸或甘氨酸結(jié)合,然后暫時(shí)儲(chǔ)存在膽囊中;這些膽汁酸隨后經(jīng)過(guò)餐后分泌到達(dá)腸道。腸道中 95% 的總膽汁酸池被有效吸收并通過(guò)門(mén)靜脈循環(huán)回肝臟,這個(gè)循環(huán)過(guò)程被稱為腸肝循環(huán)。其余的作為腸道細(xì)菌代謝的底物,構(gòu)成膽固醇從體內(nèi)排泄的關(guān)鍵途徑。
膽汁酸可以以多種形式出現(xiàn),包括初級(jí)膽汁酸、次級(jí)膽汁酸、共軛或非共軛。腸道微生物群的各種成員都能夠轉(zhuǎn)化膽汁酸,從而影響局部膽汁酸庫(kù)的組成以及宿主生理學(xué)的其他各個(gè)方面。
有膽汁鹽水解酶(BSH)酶的腸道微生物(包括真桿菌屬)能夠水解共軛膽汁酸中的C-24 N-酰基酰胺鍵,以釋放甘氨酸/?;撬岵糠?。
真桿菌對(duì)膽汁酸的修飾與腸肝循環(huán)
doi: 10.1080/19490976.2020.1802866
? 真桿菌參與人體代謝,通過(guò)影響膽汁酸的溶解率,影響膽固醇水平
事實(shí)上,真桿菌屬與其他屬(如Roseburia和Clostridium)一起構(gòu)成了腸道中膽汁鹽水解酶的主要儲(chǔ)存庫(kù)。解偶聯(lián)使BAs的pKa增加到約5,從而使其不易溶解,這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致膽固醇從頭合成所損失的膽汁酸的吸收和補(bǔ)充效率低下。
? 調(diào)節(jié)膽汁鹽水解酶活性來(lái)調(diào)節(jié)宿主的體重增加和膽固醇水平
膽汁鹽水解酶活性廣泛分布于腸道微生物群中,因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)膽汁鹽水解酶活性來(lái)調(diào)節(jié)宿主的體重增加和膽固醇水平。解偶聯(lián)還通過(guò)產(chǎn)生的游離膽汁酸重新捕獲和輸出共轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)子,從而幫助膽汁解毒,從而抵消 pH 值。
? 腸道細(xì)菌轉(zhuǎn)化膽汁酸的方式:生成異膽汁鹽
腸道細(xì)菌轉(zhuǎn)化膽汁酸的另一種方式是通過(guò)C3、C7和C12位羥基的氧化和差向異構(gòu)化,從而生成異膽汁鹽(β-羥基)。
聚合涉及從α構(gòu)型到β構(gòu)型的可逆立體化學(xué)變化,反之亦然,生成穩(wěn)定的氧代膽汁酸中間體。這一過(guò)程由α-和β-羥基類固醇脫氫酶(HSDHs)催化,可以由含有兩種酶的單個(gè)細(xì)菌物種進(jìn)行,也可以通過(guò)兩種物種之間的原合作進(jìn)行,每個(gè)物種貢獻(xiàn)一種酶。據(jù)報(bào)道,包括真桿菌在內(nèi)的幾個(gè)物種具有HSDH活性。
? 腸道中膽汁酸的細(xì)菌轉(zhuǎn)化,真桿菌能夠進(jìn)行
腸道中的細(xì)菌 7α-脫羥基酶將初級(jí)膽汁酸、CA 和 CDCA 分別轉(zhuǎn)化為脫氧膽酸 (DCA) 和石膽酸 。盡管從數(shù)量上講,7α-羥基化代表了腸道中膽汁酸最重要的細(xì)菌轉(zhuǎn)化,但據(jù)報(bào)道只有少數(shù)腸道微生物群的不同成員,如真桿菌和梭菌XIVa 簇能夠進(jìn)行這種反應(yīng)。
? 真桿菌:催化初級(jí)膽汁酸7α-脫氫化,對(duì)腸道健康有重要影響
對(duì)真桿菌菌株 VPI 12708 的研究已經(jīng)鑒定出由膽汁酸誘導(dǎo)型 ( bai ) 操縱子編碼的酶,該操縱子催化初級(jí)膽汁酸7α-脫氫化的多步途徑。
脫氧膽酸DCA 和 石膽酸LCA 通過(guò)真細(xì)菌對(duì)初級(jí)膽汁酸的 7α-脫氫化作用產(chǎn)生屬 可對(duì)主要通過(guò)膽汁酸信號(hào)受體表現(xiàn)出來(lái)的腸道健康和體內(nèi)平衡產(chǎn)生重大影響。DCA 和 LCA 都是核激素受體法尼醇 X 受體 (FXR) 的高親和力配體;DCA 或 LCA 激活腸道 FXR 會(huì)上調(diào)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 19 (FGF19) 的表達(dá),后者又與肝成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體 4 (FGFR4) 結(jié)合,隨后下調(diào)肝細(xì)胞中膽汁酸的合成。
膽汁酸誘導(dǎo)的信號(hào)通路影響膽汁酸穩(wěn)態(tài)和炎癥
doi: 10.1080/19490976.2020.1802866
? FXR促進(jìn)抗炎特性,有助于控制病原體
主要是通過(guò)抑制 NF-κB 通路和膽汁酸解毒,通過(guò)調(diào)節(jié)增殖物激活受體 α (PPARα)。據(jù)報(bào)道,F(xiàn)XR 激活可誘導(dǎo)抗菌肽的表達(dá),從而有助于控制病原體。
? TGR5刺激GLP-1和胰島素分泌,調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)
TGR5是一種在與膽汁酸相互作用后激活各種細(xì)胞內(nèi)通路的 GPCR,它也以膽汁酸池中最高的親和力結(jié)合 LCA 和 DCA。一旦被激活,TGR5 會(huì)刺激腸促胰島素激素 GLP-1 和胰島素的分泌,從而促進(jìn)能量消耗。
此外,TGR5 可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng),這在本質(zhì)上可以是促炎或抗炎的;BA-TGR5 信號(hào)在腸道促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子的復(fù)雜平衡中起著關(guān)鍵作用。
LCA 和 DCA 還與孕烷 X 受體 (PXR)、維生素 D 3受體 (VDR) 和組成型雄激素受體 (CAR) 結(jié)合,以不同方式影響膽汁酸穩(wěn)態(tài)和膽汁酸解毒。
生產(chǎn)LCA和DCA的真桿菌屬是TGR5的高親和力配體。
膽汁酸信號(hào)受體對(duì)微生物群誘導(dǎo)的次生膽汁酸的強(qiáng)親和力,突出了包括真菌屬在內(nèi)的腸道菌群如何通過(guò)膽汁酸信號(hào)調(diào)節(jié)膽汁酸穩(wěn)態(tài)、膽汁酸解毒、控制和維持腸道細(xì)菌生長(zhǎng)、炎癥和血糖反應(yīng)。
? 高脂飲食過(guò)度刺激->次級(jí)膽汁酸的產(chǎn)生↑->促炎
受飲食和其他因素調(diào)節(jié)的腸道微生物群可導(dǎo)致特定的膽汁酸分布,進(jìn)而產(chǎn)生重要后果。高脂肪飲食(HFD)(如西方飲食)過(guò)度刺激膽汁酸向腸道的排放,導(dǎo)致腸道微生物群失調(diào),并增加次級(jí)膽汁酸的產(chǎn)生,特別是LCA和DCA。
DCA和LCA是膽汁酸池中最疏水的,升高的水平可能具有細(xì)胞毒性;DCA和LCA產(chǎn)生的有害影響可通過(guò)對(duì)DNA的氧化損傷、引發(fā)促炎反應(yīng)和增加細(xì)胞增殖來(lái)破壞結(jié)腸上皮的結(jié)構(gòu)和功能。
? LCA/DCA的增加間接與真桿菌相關(guān)
在喂食高脂肪飲食的小鼠中,LCA/DCA的增加與梭狀芽孢桿菌(一種來(lái)自XI梭狀芽胞桿菌簇的細(xì)菌)豐度的增加相關(guān)。令人驚訝的是,據(jù)報(bào)道,真桿菌屬的梭狀芽孢桿菌簇XIVa是次要的貢獻(xiàn)者,盡管它們表現(xiàn)出7-α羥基化性質(zhì)。
如上所述,這種觀察結(jié)果與真細(xì)菌屬一致,真細(xì)菌屬受到高脂肪飲食(HFDs)的負(fù)調(diào)節(jié)。
高脂飲食引起的腸內(nèi)繼發(fā)膽汁酸的重吸收增加,隨后轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟,導(dǎo)致肝臟炎癥。由于炎癥增加導(dǎo)致FXR信號(hào)減少,導(dǎo)致肝膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能降低,這會(huì)導(dǎo)致持續(xù)的肝臟炎癥,最終導(dǎo)致肝細(xì)胞癌。
肝臟疾病(如肝細(xì)胞癌、脂肪酸肝?。‵LD)、纖維化和肝硬化)中的生物失調(diào)還表現(xiàn)為需氧、促炎、富含BSH的細(xì)菌(如腸桿菌和腸球菌)的增加,這也導(dǎo)致繼發(fā)膽汁酸的產(chǎn)生增加。
? 肝病患者糞便真桿菌比例較低
事實(shí)上,在非酒精性脂肪肝(NAFLD)患者中,糞便中的初級(jí)和次級(jí)膽汁酸之間的比率以及血清中結(jié)合和非結(jié)合膽汁酸的水平更高,而真細(xì)菌在肝臟疾病中的比例始終較低。與健康個(gè)體相比,患有纖維化和肝硬化的受試者的腸道微生物組真細(xì)菌種類(如E. rectale, E. hallii 和 E. eligens )顯著減少。
真桿菌與結(jié)直腸癌和炎癥性腸病
腸道微生物群產(chǎn)生的二級(jí)膽汁酸也可能在結(jié)直腸癌(CRC)的發(fā)展和建立中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
? 結(jié)直腸癌患者中真桿菌屬顯著減少
如上所述,丁酸鹽抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生,并且在結(jié)直腸癌患者中通常觀察到包括真桿菌在內(nèi)的腸道中產(chǎn)丁酸鹽菌的顯著減少。幾種丁酸鹽生產(chǎn)者,包括屬于梭狀芽胞桿菌簇 XIVa 的真桿菌屬,可以通過(guò)初級(jí)膽汁酸(BA) 的 7-α 羥基化額外產(chǎn)生次級(jí) BA。
據(jù)報(bào)道,在患有腸道慢性炎癥的 IBD 受試者中,二級(jí) BA 水平顯著降低,同時(shí)糞便結(jié)合 BA 增加,梭菌簇 XIVa 顯著減少。
次級(jí) BA 水平的降低導(dǎo)致次級(jí) BA 對(duì)腸上皮細(xì)胞的抗炎作用喪失,從而加劇慢性炎癥。盡管 IBD 中丁酸鹽生產(chǎn)者和二級(jí) BA 生產(chǎn)者的損失是分開(kāi)進(jìn)行的,但這兩個(gè)群體有很大的重疊,并且都在腸道慢性炎癥中被耗盡。
? 炎癥性腸病患者中真桿菌屬顯著減少
事實(shí)上,最近對(duì)腸道宏基因組的生物信息學(xué)分析顯示,IBD患者中丁酸鹽產(chǎn)生者F.prausnitzii和E.rectale的數(shù)量顯著減少。可以理解的是,這組丁酸和次級(jí)膽汁酸產(chǎn)生細(xì)菌(包括真桿菌屬)的缺失促進(jìn)了IBD的發(fā)展,并可能最終發(fā)展為結(jié)直腸癌,因?yàn)樵谀抢镉^察到類似的腸道微生物群。
實(shí)際上,膽汁酸分布和/或腸道微生物群的調(diào)節(jié)正被作為肝癌和結(jié)直腸癌的新治療方法。
真桿菌參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病
?真桿菌改善自閉癥兒童癥狀和腸道問(wèn)題
我國(guó)陸軍軍醫(yī)大學(xué)的專家,去年在《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》上發(fā)表了研究報(bào)告,指出真桿菌是通過(guò)腸道菌群調(diào)整,改善自閉癥患兒癥狀,及腸道問(wèn)題的重要關(guān)鍵菌群。而且該研究驗(yàn)證了特定細(xì)菌,即真桿菌特別是其中的產(chǎn)糞甾醇真桿菌(Eubacterium coprostanoligenes)豐度變化,可以改善患自閉癥患兒癥狀和多種腸道問(wèn)題,也讓調(diào)整腸道菌群成為治療自閉癥的新手段。
?真桿菌可能避免患上癡呆癥
來(lái)自日本東京工業(yè)大學(xué)的 Takuji Yamada 團(tuán)隊(duì)通過(guò)糞便 16S rRNA 基因測(cè)序比較了健康、輕度認(rèn)知功能障礙(Mild cognitive impairment,MCI)和阿爾茨海默病組的腸道微生物組成,發(fā)現(xiàn)腸道關(guān)鍵菌株——普拉梭菌 Faecalibacterium prausnitzii(F. prausnitzii)具有保護(hù)人避免患上癡呆癥的作用,此外,真桿菌屬在兩組之間也是存在顯著差異,普拉梭菌和真桿菌都是產(chǎn)丁酸重要的腸道核心菌,可以推斷真桿菌屬可能也具有保護(hù)人避免患上癡呆癥的作用。
?重度抑郁癥的真桿菌水平較低
來(lái)自中國(guó)和美國(guó)三個(gè)不同機(jī)構(gòu)的的一組研究人員,最近在《Science Advances》上發(fā)表了一項(xiàng)研究,指出了人類腸道微生物組紊亂與重度抑郁癥(MDD)之間的聯(lián)系。研究人員從156名重度抑郁癥患者和155名沒(méi)有重度抑郁癥的人中,收集了311份糞便樣本進(jìn)行基因分析,發(fā)現(xiàn)重度抑郁癥患者的糞便樣本中,出現(xiàn)了高水平的擬桿菌屬 和較低水平的真桿菌和布氏桿菌(Blautia)。這意味著,重度抑郁癥患者可能具有獨(dú)特的腸道微生物特征,其中真桿菌是重要的菌群特征菌。
真桿菌參與腸道中的關(guān)鍵代謝轉(zhuǎn)化
常駐微生物群對(duì)腸道中特定化合物的代謝轉(zhuǎn)化對(duì)人類健康至關(guān)重要。人體無(wú)法解毒或分解的物質(zhì)可能會(huì)進(jìn)入腸道,從而導(dǎo)致毒性作用。
真桿菌屬已被證明能夠在腸道中進(jìn)行重要的代謝轉(zhuǎn)化,對(duì)人類健康產(chǎn)生積極影響,包括將有毒化合物解毒為更良性的形式。
?E.hallii 將致癌物轉(zhuǎn)化為不可用形式
最近報(bào)道了E.hallii的多種有益轉(zhuǎn)化。E.hallii非常擅長(zhǎng)將高度豐富的食物衍生雜環(huán)芳香胺致癌物2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并(4,5-b)吡啶(PhIP)轉(zhuǎn)化為生物學(xué)上不可用的形式7-羥基-5-甲基-3-苯基-6,7,8,9-四氫吡啶并[3′,2′:4,5]咪唑并[1,2-α]嘧啶-5-鎓氯化物(PhIP-M1)。
?E.hallii 轉(zhuǎn)化后的顯示其作為保護(hù)劑的潛力
此外,在模擬的近端和遠(yuǎn)端結(jié)腸菌群存在的情況下,E.hallii的PhIP轉(zhuǎn)化導(dǎo)致其豐度分別增加300倍和120倍,表明其作為保護(hù)劑的巨大潛力。
在同一項(xiàng)研究中,還觀察到E.hallii能夠?qū)⒏视痛x為3-羥基丙醛(3-HPA),其在水溶液中以羅伊氏菌素(Reuterin)的形式存在。有趣的是,羅伊氏菌素已被證明對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌、真菌和酵母具有抑制作用,可能通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽增加氧化應(yīng)激,從而使其成為治療的一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。
注:Reuterin是羅伊氏乳桿菌代謝甘油產(chǎn)生的一種特有廣譜抗菌物質(zhì),它是一種復(fù)雜混合物,主成分為3-羥基丙醛,對(duì)多種病原微生物均有較強(qiáng)的抑制作用,在生物防腐方面極具潛力
除了生產(chǎn)短鏈脂肪酸,需要進(jìn)一步的研究來(lái)真正開(kāi)發(fā)真細(xì)菌屬所能提供的所有潛在益處。
真桿菌參與肌肉質(zhì)量
老年肌少癥(Sarcopenia)是以肌肉量減少、肌力下降和肌肉功能減退為特征的增齡性疾病。研究表明腸道微生物可以通過(guò)參與宿主體內(nèi)的多條代謝通路來(lái)影響宿主肌肉量與肌肉功能。
北京協(xié)和醫(yī)院共招募87名受試者,包括11名肌少癥患者、16名可能肌少癥(Possible Sarcopenia)患者和60名健康對(duì)照受試者發(fā)現(xiàn)毛螺菌屬(Lachnospira)、真桿菌屬和瘤胃球菌屬(Ruminococcus)與握力具有顯著正相關(guān)性(P < 0.05),羅氏菌屬(Roseburia)、真桿菌屬(Eubacterium)和藍(lán)綠藻菌屬(Lachnoclostridium)與五次起坐時(shí)間具有顯著負(fù)相關(guān)性(P< 0.01),結(jié)果提示這些菌屬的降低與肌肉量的減少和功能的降低存在相關(guān)性。
結(jié) 語(yǔ)
Eubacterium
真桿菌屬(Eubacterium)是一組系統(tǒng)發(fā)育多樣的微生物,這一事實(shí)使得相關(guān)的分類學(xué)分配具有挑戰(zhàn)性。
但是,該屬的許多現(xiàn)任和前任成員都表現(xiàn)出與腸道健康密切相關(guān),并且作為主要的丁酸鹽生產(chǎn)者和核心腸道微生物群組成部分,非常重要。
真桿菌在調(diào)節(jié)炎癥、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、維持腸道屏障完整性、調(diào)節(jié)血糖反應(yīng)和膽固醇穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮重要作用。在幾種臨床條件下與有益效果的強(qiáng)相關(guān)性促使人們對(duì)該屬產(chǎn)生了進(jìn)一步的興趣,多個(gè)物種被考慮作為下一代益生菌/生物治療劑進(jìn)行商業(yè)嘗試。
最值得注意的是,目前國(guó)際上已正在創(chuàng)建含有E. hallii菌株的口服制劑作為生物治療藥物,以降低患有代謝綜合征的個(gè)體的胰島素抵抗并預(yù)防2型糖尿病的發(fā)展。
但是,應(yīng)該警惕的是,我們對(duì)所有相關(guān)物種的腸道微生物群在多大程度上影響臨床狀況以及反之亦然的理解仍然有限??赡苄枰獙?duì)嚴(yán)格控制的飲食方案進(jìn)行縱向研究,在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)評(píng)估腸道微生物群和相關(guān)健康參數(shù),谷禾也在積極推進(jìn)這樣的研究合作,以闡明此類因果關(guān)系。
關(guān)于真桿菌屬的體外和體內(nèi)表征,需要在基因組、代謝組以及最終在生態(tài)水平上進(jìn)行研究。這將使我們能夠更好地了解相對(duì)未被充分研究的真桿菌屬與腸道微生物組的其他成員相互作用(這也是我們非??粗氐模热缢鼈兣c其他潛在的下一代健康促進(jìn)微生物(如Akkermansia muciniphila和F. prausnitzii)分離和組合,以確保其在循證腸道治療中的有效實(shí)踐(這也是我們非??粗氐模?/p>
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網(wǎng)址: 腸道核心菌屬——優(yōu)/真桿菌屬(Eubacterium) http://m.u1s5d6.cn/newsview728940.html
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