肠道微生物—上皮细胞屏障互作的研究进展

肠道微生物—上皮细胞屏障互作的研究进展

万华云;胡君宜;王子旭;陈耀星;曹静;董彦君;马保臣;董玉兰

【摘要】肠道上皮细胞(intestinal epithelial cells,IECs)是动物机体抵御病原微生物的第一道防线,是黏膜机械屏障、免疫屏障和化学屏障的重要组成部分,具有吸收和屏障双层功能.肠道中微生物数量庞大、种类繁多,根据其与宿主的关系,主要分为共生菌、条件致病菌和病原菌3类,在肠道屏障的构建中发挥重要作用.IECs首先通过直接或间接方式对肠道微生物进行识别,区别自身与非自身,对自身物质(即共生菌)免疫耐受,对非自身物质(即病原菌)产生特异性免疫反应.IECs与肠道共生菌共同抵御肠道病原微生物,维持肠道健康,病原微生物侵入肠道,IECs主要通过胞外分泌物和细胞表面黏液层双重屏障发挥作用,其中胞外分泌物主要包括黏蛋白、抗菌分子和抗微生物免疫球蛋白.肠道共生菌可以通过竞争识别位点,分泌抗菌物质,增加黏液分泌,诱导IECs更新、增殖和修复等方式抵御病原微生物,维护正常的肠黏膜屏障功能.在IECs抵御肠道病原微生物入侵过程中,病原微生物通过自身运动、分泌毒素和酶等破坏肠上皮屏障,直接接触IECs,对其进行损伤.因此IECs和肠道菌群间相互作用,共同维持肠道内环境稳态.作者就IECs和肠道微生物结构、功能的适应性变化作—综述,以期阐述肠道微生物—上皮细胞屏障互作的机制.%Intestinal epithelial cells (IECs) are the first line of defense against pathogenic microorganisms of animal organism,which are important component of mucosal mechanical barrier,immune barrier and chemical barrier,they have absorption and barrier double function.In the intestine,there are many kinds of microorganisms.According to its relationship with the host,it is divided into three types of commensal bacteria,conditional pathogenic bacteria and pathogenic bacteria,it plays an important role in the construction of

intestinal barrier.Firstly,IECsidentify the intestinal microbes by direct or indirect ways,and distinguish their own and non-self,it is immune tolerance to their own substances (such as,commensal bacteria),and produce specific immune response to non-self-substances (pathogenic bacteria).Both of IECs and intestinal commensal bacteria together against pathogens maintain intestinal health.When the pathogenic microorganisms invade the intestine,IECs defense pathogenic microorganisms mainly through extracellular secretions and cell sudace mucus layer,and the former largely include mucin,antibacterial molecular and antimicrobial immunoglobulin.The intestinal symbiotic bacteria can resist the pathogenic microorganisms and maintain the normal intestinal mucosal barrier function through the competitive identification sites,the secretion of antimicrobial substances,the increase of mucus secretion,the induction of IECs renewal,proliferation and repair.In the process of resisting invasion of gut microbes,pathogenic microorganisms through their own movement,secretion of toxins and enzymes to destroy the intestinal epithelial barrier,and directly contact with IECs to damage them.So the interaction between IECs and intestinal bacteria maintain the intestinal homeostasis.In this paper,a review is made of the IECs and intestinal microbial structure and functional adaptations,and hope to elaborate the mechanism of intestinal microbial-epithelial cell bar rier interaction.

【期刊名称】《中国畜牧兽医》

【年(卷),期】2017(044)012

【总页数】8页(P3642-3649)

【关键词】肠道上皮细胞;肠道微生物;互作机制

【作者】万华云;胡君宜;王子旭;陈耀星;曹静;董彦君;马保臣;董玉兰

【作者单位】中国农业大学动物医学院,北京100193;中国农业大学动物医学院,北京100193;中国农业大学动物医学院,北京100193;中国农业大学动物医学院,北京100193;中国农业大学动物医学院,北京100193;中国农业大学动物医学院,北京100193;中国牧工商集团总公司,北京100070;中国农业大学动物医学院,北京100193

【正文语种】中文

【中图分类】S852.21

肠道作为生物体内一种长而复杂的管状器官,与体内外皆相通,很容易受到各种不良因素的刺激,可见维持肠道生理结构完整和功能正常显得尤为重要[1]。肠黏膜是动物体抵抗肠道内源性和外源性抗原感染的第一道防线,在构建和维持宿主与外界环境间稳态过程中发挥关键作用,所以肠黏膜屏障结构和功能的完整是动物机体健康的重要保障之一[2]。生理情况下,动物机体可利用肠黏膜屏障,来有效阻止肠道内源性和外源性抗原透过肠道转移到全身循环中,以保证动物体的健康,远离疾病[3]。由此可见,保证肠黏膜屏障的完整对于动物体健康的维持非常重要,完整的肠黏膜屏障主要包括两部分结构:非特异性黏膜免疫屏障和特异性黏膜免疫屏障,其中非特异性黏膜免疫屏障包括机械屏障、化学屏障和生物屏障[4],特异性黏膜免疫包括免疫屏障。这4部分的功能相对独立同时又紧密相关,共同构成了一个复杂有序的屏障网络,其中不论哪一种屏障受到损伤都会影响动物体的健康,使其遭受疾病的侵袭[5]。肠道上皮细胞(intestinal epithelial cells,IECs)是肠黏

膜机械屏障、免疫屏障和化学屏障的构建中重要的组成部分,在其抵御肠道微生物入侵的过程中,肠道菌群亦影响IECs的更新、活性,参与到肠道化学屏障、免疫

屏障和微生物屏障的构建中。尽管已有文献阐述了肠道黏膜屏障与微生物之间互作,但是IECs和微生物防护与入侵之间的互作机制仍不清楚。作者围绕IECs和微生物在肠道黏膜屏障构建中的重要性,对肠道微生物-上皮细胞屏障互作的内容作一综述,期望阐述肠道微生物-上皮细胞屏障互作的机制。

IECs在外部环境和宿主之间构成天然的屏障功能,它是由一个连续的单层IECs通过细胞间的连接复合而来[6],是肠道内主要的功能细胞[7]。IECs种类繁多,现仅就主要发挥作用的几种细胞进行介绍,其中数量最多的是肠道内吸收细胞,高柱状,顶端有纹状缘,核椭圆,靠近基底部。杯状细胞,散在吸收细胞之间,是典型的黏液分泌细胞,其黏液分泌是连续不断的,故而呈高脚杯状。具有明显的结构特点:核位于基底侧,在其附近有零星的嗜碱性细胞质[8],有较大的核周区,内有粗面

内质网、巨大的高尔基体和浓缩泡,顶部有明显的颗粒聚集物,由MUC和其他糖蛋白组成。黏蛋白包括多糖和蛋白两部分,周围包绕着富含角蛋白的膜[9];在常

规的HE染色中,杯状细胞分泌的黏蛋白被水溶解,使外表染色较轻,故而呈液泡状,不容易被观察到[10];在AB-PAS染色中,杯状细胞被染成粉红色的为中性(PAS+-type),被染成蓝色的为酸性(AB+-type),被染成紫红色的为双染细胞(PAS+/AB+-type);在HID-AB染色中,硫酸化酸性黏液物质等形成棕紫色至棕

黑色,主要用于鉴别硫酸化酸性黏液物质和唾液酸性黏液物质。潘氏细胞,是一种位于小肠腺底部的的锥体形特征细胞,顶部胞质充满嗜酸性颗粒,常规HE染色呈粉红色。肠上皮内淋巴细胞(IEL)是存在于小肠黏膜上皮的一类独特细胞群,夹杂

在柱状上皮细胞之间,有两种不同的细胞来源,绝大多数为T淋巴细胞,具有多

种表型。研究表明,90%以上的IEL是CD3+T细胞[11]。树突状细胞(DC)主要定植于PP结和肠系膜淋巴结(MLN),少数散布于肠道黏膜固有层,PP结内DC大

部分位于微皱细胞(M细胞)下方[12]。M细胞是一种特化的扁平上皮细胞,形态多样,顶端缺少刷状缘,有短的、不规则疏松排列的微绒毛存在,在其表面存在稀薄的多糖蛋白复合物。Kanaya等[13]指出,M细胞基底膜向顶部凹陷,下方形成“口袋”状结构[14],此结构内含有T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞和

DC[15]。肠道内分泌细胞,数量大、种类多、分布广,现已发现40多种,常见的有肠嗜铬细胞(EC细胞)、肠嗜铬样细胞(ECL细胞)和G细胞等,它们可分泌多种

胃肠激素,还可分泌其他活性物质如5-羟色胺(5-HT)、组胺等。肠道内分泌细胞

中数量最多的是EC细胞,主要分泌5-HT[16],与抑郁症的发生密切相关。

IECs是机体隔绝内外环境之间的第一道屏障,维持肠道上皮通透性。IECs主要发

挥3个方面的作用:①肠道黏膜机械屏障的主要构成部分,能够非选择性的阻止

外源性物质、细菌和内毒素进入肠道;②是一个选择性过滤器,选择性的允许必需的营养物质、电解质和水从肠腔中进入体循环[17];③在IECs与肠道内外环境之

间发挥枢纽作用,接收内外环境信号,经过复杂而精细的整合,将信息传递给黏膜下层的免疫细胞,引起一系列反应。IECs可促进黏膜细胞因子的产生,并促进细

胞因子受体的表达。肠道内吸收细胞作为上皮屏障内含量最多的细胞,具有吸收营养物质的功能,在调节动物体天然和获得性免疫中具有重要的作用。杯状细胞分泌的三叶肽具有保护上皮细胞免受外来伤害的功能[18],将基底层的sIgA转运至顶

端并运送到肠腔,发挥免疫功能[19],促进营养物质的消化吸收[20];杯状细胞分泌的黏蛋白,是肠道黏膜屏障外黏液层构成的主要成分[21],能有效黏附入侵的致病菌,使其不能到达IECs形成感染,然后通过产生抗菌物质中和并杀死致病菌,

还具有润滑和保护肠道的功能。IEL是一种最先与抗原接触的IECs,主要具有溶细胞、自然杀伤和细胞毒性作用[22];消除受损的IECs[23];分泌TNF-α、IL-2等,发挥抗菌、抗病毒、抗感染等作用。促进上皮细胞和淋巴细胞产生致炎性和抗炎性的细胞因子;还能刺激上皮细胞的更新,调节细胞周转和完整性[23]。潘氏细胞主

要分泌抗菌肽和溶菌酶,具有灭菌作用,还参与细胞自噬。特化的IECs-M细胞,是黏膜免疫的门户,摄取抗原,将其递呈给抗原呈递细胞,从而发挥免疫作用[23]。DC可以直接或间接的摄取抗原,然后将其递呈T、B淋巴细胞,引起免疫反应。EC细胞主要分泌5-HT,5-HT作为生物原胺类激素的一种,其分泌的异常与肠道疾病的发生有关。近期研究发现,IECs还介导免疫耐受,若大量无害微生物抗原

到达小肠时,它能降低免疫反应,避免过分的炎症反应,IECs分泌的TGF-β及类似的抑制性因子参与关于免疫耐受的主动抑制[24]。最新研究表明,IECs有助于

视黄酸对DC的免疫调节作用[25]。

微生物的分类方式众多,下面仅就与肠道关系密切的几种分类方式进行介绍:①根据可培养细菌数量的多少可以分为主要(优势)菌群和次要菌群。②根据肠道菌群与宿主的关系进行分类:共生菌(以厌氧菌为主),与宿主呈互利共生关系;条件致病菌,在共生菌数量多于致病菌时发挥主要作用,对动物体有利无害,在病原菌占优势时发挥主要作用,对动物体有害无益的细菌;致病菌(以需氧或兼性厌氧菌为主),是指能引起宿主疾病的细菌,正常情况下在肠道无法长期定植。③根据革兰氏染色法,将细菌分为革兰氏阳性(G+)和革兰氏阴性(G-),大多数肠道菌属于G-。肠道

菌群的组成结构与宿主的营养健康状况密切相关[26]。

肠道内微生物数量庞大,种类繁多,广泛参与多种生理活动,对动物机体的健康至关重要[27-30]。研究发现,肠道菌群对肠上皮屏障完整性的维持有促进作用[31-32]。肠道菌群在肠黏膜表面构成一个能够抵御外源性抗原的保护屏障——生物屏障[33],该屏障能够抑制外源性抗原的过度增殖和感染;促进免疫的发育,维护免疫系统的正常功能[34-37]。当该屏障中微生物数量、种类发生过度变化时,生物

屏障遭到破坏,对肠道内源性和外源性抗原定植的抵抗力降低,导致病原菌的定植和入侵[33],影响肠道功能,故其功能的完整对维持正常的肠道黏膜屏障功能至关重要[38]。

正常情况下,动物机体的免疫系统能够正确区分共生菌和病原菌,对共生菌免疫耐受,将其视为自身物质;而对病原菌产生特异免疫反应,将其视为非自身物质[39],以此来清除肠道内病原菌和外来入侵异物,保证动物机体肠道健康。

抗原递呈细胞(DC)和M细胞上都有一类可以直接识别微生物的受体,称为模式识别受体(PRR),其中研究人员对Toll样受体(TLR)信号转导途径的研究最多[40]。TLR是参与非特异性免疫的一类重要蛋白质分子,在特异性免疫与非特异性免疫之间发挥桥梁作用。当病原微生物突破机体先天免疫屏障时(如皮肤、黏膜),可帮助机体识别微生物的分子结构,激活机体的细胞免疫应答过程,在炎症信号传导及对病原微生物产物识别的过程中发挥重要作用[41]。

不同的TLRs识别不同的肠道细菌信号,如TLR1识别脂蛋白;TLR2识别胞壁酸(LTA)和肽聚糖;TLR3识别病毒双链RNA;TLR4识别脂多糖[42];TLR5识别鞭

毛蛋白[43],即病原微生物表面的病原相关分子模式(PAMP)。TLRs和PAMP的

特异性结合能通过一系列蛋白质级联反应激活转录因子NF-κB并使其转向核内,

引起促炎细胞因子基因的转录和表达,对共生菌的免疫耐受而对病原菌进行免疫清除[44]。

M细胞,分布在PP结圆顶区,通过摄取和转运过程将肠道微生物的信息传递给淋巴集结中的DC,经加工处理,将信息呈递给T淋巴细胞或B淋巴细胞,刺激其增殖分化,引发相应免疫反应;同时,固有层的DC直接在IECs的紧密连接间伸出

突触来接收肠腔内的菌群信号[45];而可溶性抗原可以直接与IECs融合形成囊泡

或经细胞旁途径进入黏膜固有层,进而与T细胞或巨噬细胞特异性结合,引起相

应的反应[46]。病原菌侵入肠道,刺激DC的增殖,当DC的数量达到一定程度后,能够活化效应性T淋巴细胞,从而使其产生多种细胞因子和CTL发挥细胞免疫作

用[47]。

病原微生物侵入肠道,并不能直接与IECs接触,而是要穿过层层屏障来实现,主

要包括两种屏障,即胞外分泌屏障和细胞表面黏液屏障,其中胞外分泌屏障主要包括黏蛋白、抗菌分子和抗微生物免疫球蛋白。为了巩固上皮屏障,杯状细胞分泌的黏蛋白,形成一个150 mm厚的保护性黏液凝胶覆盖在IECs表面,部分延伸到胞外分泌屏障,并随着IECs来源的AMPs增加。在结肠黏液层被分割成两个区域:牢固地附着在IECs表面的无菌内部致密层和提供特定的共生菌生态位的松散外层[48]。黏蛋白的分泌受MUC2基因调控,敲除该基因构造黏液层缺陷模型,使黏

蛋白分泌减少,对微生物的屏障功能减弱,增加微生物与IECs的接触机会,导致IECs结构破坏,引发一系列疾病。黏蛋白本身具有限制黏液中微生物生长的直接

抗微生物性质,高度水合的、黏稠的黏液凝胶是多孔的,以允许胃肠道分泌和吸收所需要的大分子,但是它仍然为微粒提供了有效的生物物理屏障物质,包括微生物[49]。黏液凝胶为黏膜环境中抗菌分子的黏附提供了基质,这些分子主要由潘氏细胞产生,包括α-防御素、cathlecidins、溶菌酶、血管生成素4、分泌磷脂酶A2、脂多糖结合蛋白、聚集蛋白、组氨酸和凝集素(如REGⅢα和REGⅢγ)。这些分子的结构各不相同,但大多是微生物凝集素,与微生物细胞膜相互作用,通过破坏微生物细胞膜结构来发挥作用[49]。肠道抗微生物免疫球蛋白主要由两种途径获得:一部分由肠道外免疫组织器官产生;一部分由局部黏膜B细胞产生,然后通过血

流到达效应部位,主要成分是分泌性免疫球蛋白A(sIgA)。正常情况下,B淋巴细胞处于未活化状态,不发挥免疫应答作用。而当病原菌侵入肠道,能够激活肠腔外及肠黏膜局部B淋巴细胞,使其增殖分化,产生sIgA,然后随血流到达黏膜效应

部位[50],与病原微生物结合发挥抗炎症作用。

胞外分泌屏障作为IECs最外层的保护屏障,由于其组成丰富,作用机制比较完善,故在病原微生物的抵御过程中发挥强有力的作用。但是这种屏障并不是牢不可破的,病原菌有鞭毛,可以运动,还可以分泌内毒素和进化酶。少量的病原菌侵入肠道,外层屏障中的分泌物可以将其清除,一旦侵入的病原菌数量足够多,外层屏障中的

分泌物不足以消耗病原菌分泌的内毒素和酶,就会遭到破坏,使病原菌运动透过外层屏障与细胞表面黏液屏障接触。

细胞表面黏液屏障主要由杯状细胞分泌的黏蛋白构成,正常情况下是无菌的,可对病原微生物进行生长抑制,控制其过度增殖,还可以对其进行黏附、阻隔,使其难以穿过。但是这种屏障要弱于胞外分泌屏障,一旦透过胞外分泌屏障的病原菌过多,细胞表面黏液屏障不足以抑制、黏附和阻隔病原菌时,病原菌将透过该屏障直接与IECs接触。

IECs识别病原菌并特异结合,抗原经M细胞通过吞噬及转运过程将菌群的信息传递给淋巴集结中的DC,刺激黏膜局部B细胞产生大量sIgA,然后随血流到达黏

膜效应部位[50],与微生物结合发挥抗炎作用。当引发IECs损伤时,可促进淋巴

细胞产生并分泌趋化因子和促炎细胞因子,引起炎症反应,抵御病原菌,保护肠道健康。IECs对病原微生物的抵御,有时并不是独立完成的,肠道共生菌也会参与

其中,如IECs通过分泌各种调节因子,如胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)、转化

生长因子β(TGF-β)、雌二醇(E2)和白介素-25(IL-25)等,对共生菌群作出反应,以影响免疫细胞的聚集、活化和分化;共生菌细胞壁的组成成分肽聚糖可以激活IEC 中胞浆NOD1(一种胞内的PRR)信号通路,诱导β-防御素3和趋化因子(CCL20)

的分泌[52],促使孤立淋巴滤泡(ILFs)的形成 [51];共生菌与IECs接触可诱导肠道局部免疫,天然免疫应答被激活。共生菌与IEC识别并结合后,菌体或片段被内化,经M细胞摄取并递呈给抗原呈递细胞(巨噬细胞或DC)后,经加工处理,呈递给T淋巴细胞或B淋巴细胞,刺激其增殖分化,引发一系列免疫反应[23]。IECs

和共生菌的相互作用共同抵御病原微生物的入侵。

IECs对肠道微生物的抵御作用有时也会受内分泌的影响,肠神经与肠道神经递质

的合成、分泌密切相关,当此功能异常时,肠道神经递质分泌紊乱,对IECs和微

生物,甚至整个肠道的功能都会产生影响。如交感神经的激活促进儿茶酚胺类激素

的分泌,可能会导致IECs和黏膜微生物的变化或改变细菌感染的过程,由此得知,儿茶酚胺介导肠黏膜IECs与细菌的相互作用[52]。

在肠道,不同肠段执行不同功能,组织结构也各不相同,同时不同肠段微生物组成也不同,二者之间的作用是高度特异的,共同控制肠道生理和功能[53]。根据肠道菌群与宿主的关系,可以将其分为三大类:共生菌、条件致病菌和病原菌,这是研究肠道菌群与IECs相互作用的主要分类方式;肠道共生菌群和病原菌都可以影响IECs的结构和功能。肠道共生菌对IECs结构的影响主要是在抑制病原菌过程中间接进行的,肠道共生菌主要通过竞争识别位点,分泌抗菌物质,增加IECs黏液分泌,诱导IECs更新、增殖和修复等方式抵御病原微生物,维护正常的肠黏膜屏障

功能。

肠道共生菌可以改变IECs上病原菌分子结合位点的结构,与病原菌竞争结合位点

来抑制其与IECs的结合,从而使IECs免受损伤;通过分泌抗菌物质、增加IECs

黏液分泌来抑制致病菌的定植和生长,从而延长IECs的寿命;通过增加黏蛋白的

合成,巩固黏膜屏障,防止致病菌透过黏膜屏障破坏IECs,降低IECs渗透性,诱导抑菌肽合成来增强肠黏膜屏障功能;通过诱导IECs的更新、增殖和修复能力来

抵御损伤,维护正常的肠黏膜屏障功能[54]。肠道共生菌还可以通过抑制转入因子HNF4A,调节IECs的基因表达,在肠道稳态的维持过程中发挥重要作用[55]。刘齐等[56]指出,嗜酸乳杆菌在肠道中具有超强的定植能力,能与肠道内的其他微生物构成竞争关系,作用于小肠上皮细胞,使得病原菌不能在动物肠道内定植,起到调整肠道内菌群关系的作用,从而维持肠道内微生态平衡。廖珂[57]研究发现,嗜酸乳杆菌主要寄生在动物的胃肠道中,黏附在IECs上并在其表面形成一层生物屏障,阻止病原菌在肠道表面的黏附和定植。郭彤等[58]指出,益生菌能够维持肠道微生态平衡,在保护IECs结构和功能完整性方面起着举足轻重的作用,从而使动

物肠黏膜不受病原菌侵害。乳杆菌的S-层蛋白能够识别动物体IECs上的受体,与

之特异性结合,封锁表面配体结合位点,抑制病原菌的黏附,对肠道健康起到保护作用。李旌等[59]研究表明,小鼠IECs表达双孔钾通道Trek1,与IECs功能的发挥密切相关。酪酸梭菌通过抑制Trek1的表达,导致肠道上皮屏障障碍。肠道共生菌通过抑制转入因子HNF4A,调节IECs的基因表达,在肠道稳态的维持过程中发挥重要作用[55]。在生长代谢过程中,乳杆菌代谢产物可以降低肠道的pH,构成不适于致病菌生长繁殖的微环境,提高IECs抗氧化的能力。

共生菌的代谢产物,短链脂肪酸(SCFA)如乙酸、丁酸和丙酸也可促进IECs平衡,是微生物和IECs间沟通的重要介质。除为宿主IECs提供能量外,SCFA还可为IECs提供养分,如丁酸是IECs的主要能量来源[60]。微生物产生的丁酸信号是炎症因子NF-κB信使途径抑制剂,从而抑制促炎细胞因子基因的转录和表达。通过G蛋白偶联受体(GPR)109A诱导IEC IL-18的表达,从而抑制结肠炎相关性结肠癌(CAC)[61]。在IECs感染或损伤中,微生物源SCFA可发挥多重保护作用。

肠道菌群过度变化可以诱导特异性黏膜sIgA反应,当肠道sIgA数量降低时,可导致病原菌定植或入侵IECs[62]。病原菌通过分泌定植因子,定植在肠黏膜不断进行增殖,并在合适条件下穿过肠道屏障,与IECs直接接触,IECs识别并与病原菌结合,然后作出一系列的反应对病原菌进行抵御和清除;但是在此过程中,病原菌可以表达毒力因子,如黏附素,破环IECs结构,从而影响IECs功能,使宿主肠道受损,吸收能力降低。肠道病原性大肠杆菌(EPEC)感染肠道,产生特征性的黏附和脱落(A/E)损伤,导致IECs功能异常。病原微生物还可通过与sIgA结合,促进杯状细胞分泌,使其丧失黏附在黏膜上皮细胞上的能力,解除对IECs的损伤[63]。

正常情况下,肠道微生物与IECs通过一系列作用保持互利共生的关系,共同维持肠道稳态。机体免疫系统能够准确识别自身与非自身。IECs和肠道共生菌分泌一些具有黏附性的物质覆盖在黏膜表面构成肠道屏障,使IECs与微生物隔离开,两

者之间进行间接相互作用。病理条件下,病原微生物主要通过以下几种方式与IECs直接接触:①肠道病原微生物普遍存在鞭毛,其允许细菌在黏性黏液环境中推进自身,穿过黏液层;②病原微生物可以产生某些毒素或者进化酶,来破坏或降解黏液层;③肠道共生菌以黏液层作为其能量来源,当机体发生病变,消耗的黏液层不能够及时得到补充时,黏液层稀薄,病原微生物很容易穿过。通过以上几种方式两者发生特异性结合,启动一系列复杂的免疫反应来相互作用。不论是正常情况下还是病理条件下,IECs和肠道共生菌的相互作用都是为了清除致病菌保护肠道屏障完整性,维持肠道稳态;相反,病原菌则是为了破坏肠道屏障,不断的增殖分化,从而占主要地位,破坏机体免疫系统,摧毁机体。只是在病理条件下,病原菌更容易实现这一目标。

*通信作者:马保臣(1978-),男,山东菏泽人,博士,研究方向:畜禽临床生产和药物研发,E-mail:*************.cn

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肠道微生物—上皮细胞屏障互作的研究进展

肠道微生物—上皮细胞屏障互作的研究进展 万华云;胡君宜;王子旭;陈耀星;曹静;董彦君;马保臣;董玉兰 【摘要】肠道上皮细胞(intestinal epithelial cells,IECs)是动物机体抵御病原微生物的第一道防线,是黏膜机械屏障、免疫屏障和化学屏障的重要组成部分,具有吸收和屏障双层功能.肠道中微生物数量庞大、种类繁多,根据其与宿主的关系,主要分为共生菌、条件致病菌和病原菌3类,在肠道屏障的构建中发挥重要作用.IECs首先通过直接或间接方式对肠道微生物进行识别,区别自身与非自身,对自身物质(即共生菌)免疫耐受,对非自身物质(即病原菌)产生特异性免疫反应.IECs与肠道共生菌共同抵御肠道病原微生物,维持肠道健康,病原微生物侵入肠道,IECs主要通过胞外分泌物和细胞表面黏液层双重屏障发挥作用,其中胞外分泌物主要包括黏蛋白、抗菌分子和抗微生物免疫球蛋白.肠道共生菌可以通过竞争识别位点,分泌抗菌物质,增加黏液分泌,诱导IECs更新、增殖和修复等方式抵御病原微生物,维护正常的肠黏膜屏障功能.在IECs抵御肠道病原微生物入侵过程中,病原微生物通过自身运动、分泌毒素和酶等破坏肠上皮屏障,直接接触IECs,对其进行损伤.因此IECs和肠道菌群间相互作用,共同维持肠道内环境稳态.作者就IECs和肠道微生物结构、功能的适应性变化作—综述,以期阐述肠道微生物—上皮细胞屏障互作的机制.%Intestinal epithelial cells (IECs) are the first line of defense against pathogenic microorganisms of animal organism,which are important component of mucosal mechanical barrier,immune barrier and chemical barrier,they have absorption and barrier double function.In the intestine,there are many kinds of microorganisms.According to its relationship with the host,it is divided into three types of commensal bacteria,conditional pathogenic bacteria and pathogenic bacteria,it plays an important role in the construction of

益生菌与肠粘膜屏障研究

益生菌与肠粘膜屏障研究 摘要:益生菌作为一类生存在胃肠道的对宿主机体健康有益的非致病性微生物,能维持肠道菌群平衡,调节内生态及免疫系统,且能促进肠道上皮细胞的紧密连接,刺激肠道免疫组织产生免疫小分子,对肠粘膜屏障具有重要的影响。本文就此对近年来国内外该领域的研究现状做一综述。 关键字:益生菌肠粘膜屏障肠道防御功能 引言 益生菌(Probiotics)是一种存在于胃肠道对机体健康有益的非致病性微生物,其组成有酵母及细菌,近年来尤对其中的乳酸杆菌、双歧杆菌研究较多。当益生菌定植肠道后,它们通过直接或间接的方式影响宿主,调节内生态及免疫系统【1】。自1974年,Parker首先提出益生菌的概念至今,益生菌对于人体的重要性越来越受到重视【2】,其中关于益生菌影响肠粘膜屏障功能(Intestinal Barrier Function, IBF)的研究也逐步深入,本文就近年来益生菌对IBF的影响及其在临床上的应用综述如下。 1、肠粘膜屏障的生理功能 胃肠道具有两大功能:1)消化吸收功能,2)屏障功能。肠道屏障包括免疫屏障、粘膜屏障以及生物屏障等功能。正常的肠道屏障功能的发挥依赖诸多因素的共同作用,如表1: 表1 正常的肠道粘膜无论是在特异性和非特异性防御机制中均起着重要作用。如肠粘膜固有层浆细胞产生的分泌型免疫球蛋白A不仅可与相应病原微生物等结合,还可中和其毒素,与肠粘膜相关淋巴组织共同形成免疫屏障;肠道内的正常菌群,能阻止外来菌群在肠道的定植和移位而形成生物屏障;粘膜上皮的紧密连接以及消化道道分泌的消化液和肠道的正常蠕动可保护上皮免受病原菌入侵形成粘膜的物理化学屏障作用【3、4】。近年来的研究显示益生菌可通过各种不同的途径,增强肠屏障的上述功能。 2、益生菌对肠屏障功能的作用及机制 2.1益生菌的基本概念和标准 胃肠道内的菌群庞大且复杂,每个人结肠内每克粪便含有的细菌数约为1012,总共约400-500种不同的类型,不仅在数量上也在种类上构成了一个微生物生态系统,甚至被视为一个活跃的功能器官【5】。这些微生物在不同的情况下,可能成为病原体而致病,但也有一些微生物诸如益生菌,或参与肠粘膜屏障的构成,或可协同促进肠屏障功能的发挥,从而防治疾病的发生或改善其预后。 在胃肠道的菌群中,只有符合相应的标准,才能归入益生菌的行列。其标准包括【6】:1) 1

肠道菌群领域研究进展(完整版)

肠道菌群领域研究进展(完整版) 已有大量研究证实,肠道菌群与肥胖、糖尿病、高脂血症、高血压、心脑血管疾病、慢性肾病、神经系统疾病等相关,肠道菌群科学家们2019年在肠道微生物组研究领域取得了研究成果; 【1】Nat Biotechnol:突破!科学家在人类肠道微生物组中鉴别出100多种新型肠道菌群! 近日,一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中,来自英国桑格研究院等机构的科学家们通过对肠道微生物组研究,从健康人群的肠道中分离出了100多个全新的细菌类型,这是迄今为止研究人员对人类肠道菌群进行的最全面的收集研究,相关研究结果获奖帮助研究人员调查肠道微生物组在人类机体健康及疾病发生过程中所扮演的关键角色。 本文研究结果能帮助研究人员快速准确地检测人类肠道中存在的细菌类型,同时还能帮助开发出治疗多种人类疾病的新型疗法,比如胃肠道疾病、感染和免疫疾病等。人类机体中细菌大约占到了2%的体重,肠道微生物组就是一个主要的细菌聚集位点,同时其对人类健康非常重要。肠道微生物组的失衡会诱发诸如炎性肠病等多种疾病的发生,然而由于很多肠道菌群难以在实验室环境下生存,因此研究人员就无法对其进行更加直观地研究。

【2】Science:肠道微生物组可能是药物出现毒副作用的罪魁祸首 药物本是用于治疗很多患者,但是一些患者遭受这些药物的毒副作用。在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员给出了一种令人吃惊的解释---肠道微生物组(gut microbiome)。他们描述了肠道中的细菌如何能够将三种药物转化为有害的化合物,相关研究结果发表在Science期刊上。 研究者表示,如果我们能够了解肠道微生物组对药物代谢的贡献,那么我们能够决定给患者提供哪些药物,或者甚至改变肠道微生物组,这样患者具有更好的反应。在这项新的研究中,研究人员研究了一种抗病毒药物,它的分解产物可引起严重的毒副反应,并确定了肠道细菌如何将这种药物转化为有害的化合物。他们随后将这种药物给予携带着经基因改造后缺乏这种药物转化能力的细菌的小鼠,并测量了这种毒性化合物的水平。利用这些数据,他们开发出一种数学模型,并成功地预测了肠道细菌在对第二种抗病毒药物和氯哌嗪(一种抵抗癫痫和焦虑的药物)进行代谢中的作用。 【3】Nat Med:肠道微生物组的改变或与结直肠癌发生密切相关肠道中“居住”着很多不同的微生物群落,即肠道微生物组,其与人类健康和疾病息息相关,近来有研究表明,评估粪便样本中的遗传改变或能准确反映肠道微生物组的状况,或有望帮助诊断人类多种疾病。近日,一项刊登在国际杂志Nature Medicine上的研究报告中,来自

综述微生物和肠上皮细胞的相互作用

综述微生物和肠上皮细胞的相互作用 本文由Queena编译,董小橙、江舜尧编辑。 原创微文,欢迎转载。 导读 胃肠道(GI)能够耐受肠腔中的共生微生物群,对微生物代谢物不产生反应,仍能保护肠粘膜免受潜在有害的饮食抗原和入侵病原体的侵害。本文聚焦于微生物和肠上皮细胞(IEC)相互作用的最新发现,以及不同IEC类型促进体内平衡的免疫机制,强调了这些细胞在宿主肠道防御中发挥的中心和积极作用。 论文ID 原名:The Intestinal Epithelium: Central Coordinator of Mucosal Immunity-Special Focus Issue: Systemic Influences of the Microbiota 译名:肠上皮:粘膜免疫的中心协调员- 特别关注:微生物群的系统性影响 期刊:Trends in Immunology IF:14.188 发表时间:2018年 通信作者:Bruce A. Vallance 通信作者单位:University of British Columbia 综述内容 1、微生物组和上皮细胞功能:相互关联的影响 1.1 IEC稳态:肠道微生物和先天信号 自从对无菌小鼠进行首次研究以来,微生物在促进正常肠道结构和功能方面发挥了重要作用。无菌小鼠的肠粘膜非常薄,IEC增殖减少,并且粘蛋白和其他IEC衍生介质的产生受损。保护性粘蛋白层变薄导致无菌小鼠对葡聚糖硫酸钠(DSS)的直接毒性作用高度敏感,提示

肠道微生物在促进肠道组织防御和修复中的重要性。 2004年,一项开创性的研究表明,先天免疫系统识别肠道微生物,可以通过增加IEC增殖和修复保护结肠免受DSS诱导的损伤。由于TLR信号传导的促炎作用,最初的实验设想是在T oll样受体2缺陷型(Tlr2-/-)小鼠和Tlr4-/-小鼠,以及MyD88缺陷小鼠上(大多数TLR信号传导以及IL-1/18信号传导需要MyD88),DSS诱导的结肠炎严重程度会降低。相反,这些小鼠的组织损伤和粘膜溃疡更加严重,原因不是因为炎症响应发生了改变,而是因为IEC增殖、存活和屏障功能受损,这些具有保护功能的反应也依赖于TLR对共生菌的识别。并且,机制研究表明,通过维持IECs中连接蛋白的正常分布,保持上皮屏障功能需要共生-TLR相互作用。此外,感染性结肠炎模型证实了MyD88/TLR信号传导在促进粘膜修复和屏障功能中的重要性。 1.2 微生物代谢产物控制上皮功能 人体肠道内约有100万亿个细菌,其中大部分存在于结肠内。这些共生细菌形成复杂的营养网,不仅支持其自身的存活,还塑造了GI 系统的生理环境和免疫应答。肠道微生物群代谢产生多种化合物,这些代谢物对IEC具有直接影响。如梭菌簇IV和IXa,Faecalibacterium prausnitzii和Bacteroides thetaiotaomicron等厌氧菌通过发酵膳食纤维,在结肠腔内产生丁酸盐(原文图2A)。肠腔丁酸主要由位于隐窝顶部的结肠细胞消耗。Kaiko及其同事最近的研究表明,肠道隐窝的独特结构可以保护位于隐窝基部的干细胞免受这种代谢产物的影响。隐窝结构的破坏/损伤(如在DSS结肠炎中发生的)使干细胞暴露于较高的丁酸盐水平,这反过来又通过抑制组蛋白脱乙酰酶(HDAC)酶并诱导转录因子FoxO3来抑制干细胞的增殖能力。 微生物衍生的乳酸可有效诱导小鼠结肠过度增殖,并且似乎在急性饥饿期后最明显。乳酸是小肠干细胞维持其增殖和分化能力的重要能量来源。乳酸的重要来源可能是邻近的Paneth细胞,paneth细胞也可产生重要信号以维持Lgr5+干细胞(原文图2D)。然而,仍需要体内的书记验证这些结果。 乙酸盐是一种由双歧杆菌产生的SCFA,可以影响悉生啮齿动物模

人类肠道微生物组的研究进展

人类肠道微生物组的研究进展近年来,随着先进的技术手段和研究方法的发展,人类肠道微生物组的研究成为了热门话题之一。肠道微生物组是指存在于人类肠道内的微生物群落,包括细菌、病毒、真菌等。这些微生物与人体相互作用,对人类的健康起着重要作用。本文将介绍人类肠道微生物组的研究进展,并探讨其在健康与疾病中的作用。 一、肠道微生物组的研究方法 研究肠道微生物组的方法主要有两种:一种是基于16S rRNA 的测序方法,另一种是基于全基因组测序的方法。前者可以高通量、快捷、成本较低地测定不同样品中细菌群落的类型和数量,但目前仅能鉴定到微生物界别和门别。后者可以更全面地描绘肠道微生物组的结构、特征和功能,但因需随着微生物基因组数据的增加而不断更新,成本较高。 二、健康人群肠道微生物组研究 肠道微生物组对健康的影响是多方面的,包括帮助人体消化吸收、促进免疫系统发育和维持微生态平衡等。近年来,以美国人

体微生物组计划为代表的一系列研究表明,人的肠道微生物组对 健康维护有重要作用。例如,研究表明,肠道微生物群落的丰富 性和多样性与肠健康和代谢疾病的关系密切。另外,一些肠道微 生物对人体的免疫系统发挥着关键作用。例如,Bifidobacterium、Lactobacillus和Bacteroides等属的菌株可以促进肠道免疫系统发育,并减轻许多炎症性肠病和自身免疫性疾病。此外,肠道微生物组 与不同的人类心理状态和行为表现之间也存在着一定的联系。 三、疾病和肠道微生物组研究 肠道微生物组与许多疾病的关系越来越多地成为研究者们的关 注焦点。已经报道了微生物群落和肠道炎症性疾病(如克罗恩病 和溃疡性结肠炎)、代谢性疾病(如肥胖症和糖尿病)、中枢神 经系统疾病(如老年痴呆症和帕金森病)、过敏性疾病、慢性肝 病和癌症等之间的关联。 目前,对于肠道微生物组与疾病之间的关系还存在很多争议。 有学者认为,不同疾病的发生可能在一定程度上与人类肠道微生 物组的改变有关。例如,使用抗生素可能会导致肠道微生物脱离 平衡状态,使得许多致病菌得以生长,从而激发疾病的发生。而 另一些研究则认为,肠道微生物与疾病之间的关联并不是简单的

人类肠道菌群的研究进展

人类肠道菌群的研究进展 肠道菌群,即肠道微生物,它是人类体内最为庞大的微生物群 落之一,有着非常重要的生理和代谢功能。正常人体内大约有100万亿(10^14)个微生物,其中包括数千种不同的细菌、真菌、病 毒和寄生虫。这些微生物主要分布在人体的肠道、皮肤、口腔、 泌尿系统等部位。在这些细菌中,大多数是有益的,并对人体的 生理、代谢、营养吸收等多个方面发挥着关键作用。 人类肠道菌群的研究历程可以追溯到20世纪初期。起初,人 们只是对一些肠道细菌的分类、数量和分布进行了一些简单研究。随着科技进步和技术手段更新,对肠道菌群的研究也迎来了突破 性的发展。下面就来介绍一下肠道菌群研究的最新进展。 一、微生物群落组成和多样性分析 随着新一代测序技术的进一步发展,越来越多的研究发现人类 肠道菌群的组成和多样性与健康状态密切相关。例如,有些研究 表明,肠道微生物的多样性与人体免疫系统的稳定性有着密切的 关系,并可以预测肠道疾病的发生和发展。近年来,越来越多的 科学家和医生开始意识到人体与微生物群落之间的相互作用,并 提出了以肠道菌群为重点研究的整体健康观念。

二、肠道菌群对人体代谢的影响 人类肠道菌群的组成及数量可以影响人体内多种代谢反应的进行。例如,有研究表明肠道细菌可以促进人体吸收微量元素和维生素、调节血糖、脂肪和蛋白质的代谢等。肠道菌群也可以产生多种有益物质,如丁酸、丙酸等,这些物质对维护肠道健康和整体代谢有着重要的作用。 三、肠道菌群与多种疾病的关系 肠道菌群与多种人类疾病的关系已经成为当前研究的热点。一些研究表明,慢性肠道疾病、肥胖、糖尿病、心血管疾病等都与肠道微生物群落的异常有关。这些研究的发现为疾病的预防、诊断和治疗带来了新的思路。 四、肠道微生物的功能分析 人类肠道微生物可以为人体提供许多生理和代谢上的帮助。例如,一些能够在人体内产生叶酸和维生素K的肠道细菌,可以帮

Akkermansia muciniphila对肠黏膜屏障的保护作用及机制研究共3篇

Akkermansia muciniphila对肠黏膜屏障的保护作用及机制研究共3篇 Akkermansia muciniphila对肠黏膜屏障的保护作用及机制研 究1 Akkermansia muciniphila对肠黏膜屏障的保护作用及机制研究 近年来,肠道微生物组的研究受到了广泛关注。肠道微生态平衡的紊乱与多种疾病的发生密切相关,其中肝脏疾病、心血管病、代谢综合征等较为常见。Akkermansia muciniphila是一种常见的肠道菌群,被认为可以对肠道黏膜屏障有保护作用。 肠道黏膜屏障是肠道内外环境的物理隔离屏障,对于吸收有益物质、防止有害物质进入体内至关重要。在正常情况下,肠道黏膜屏障可以有效地防止有害物质的进入体内,并维持肠道内环境的相对稳定。然而,当黏膜屏障受到损伤时,肠道内外环境之间的分界变得模糊,有害物质便有可能进入体内导致不良反应。 Akkermansia muciniphila是一种属于肠道微生物中的细菌。最近的研究表明,该菌可以保护肠道黏膜屏障不受损伤。具体来说,Akkermansia muciniphila可以分解肠黏液中的葡萄糖和葡萄糖酸,从而产生丰富的短链脂肪酸,比如丙酸和丁酸,这些脂肪酸能够提供肠道细胞所需的能量,减少黏膜屏障的氧化应激反应,从而有助于保护肠道屏障并促进肠道健康。

此外,研究人员还发现Akkermansia muciniphila可以增加肠道黏膜屏障相关的黏蛋白N-乙酰半乳胺酸(N-Acetylgalactosamine)和粘附分子E-cadherin的表达。这些蛋白质可以增强肠道黏膜的稳定性,从而保护肠道屏障不受损伤、预防黏膜屏障有化学氧化反应危害及其他类型的黏膜屏障紊乱。 此外,Akkermansia muciniphila在肠道中还有调节免疫系统的功能,它可以减少肠道内的炎症反应,促进益菌的生长,从而有助于维护肠道生态的平衡、抵抗少数有害菌的生长,肠内环境更加平衡。 总结来看,Akkermansia muciniphila能够大大提高肠道的健康,这主要是通过维护肠道黏膜屏障的完整性,以及稳定肠道内细菌群落的平衡性。 A. muciniphila在维护人体肠道健康方面的作用对于促进更广泛的研究和进一步开发具有实际应用价值的治疗策略非常关键,对于肠道健康方面的医疗治疗领域亦具有重大价值 Akkermansia muciniphila是一种重要的肠道菌群,通过促进肠道黏膜屏障完整性、调节免疫系统和稳定肠道内细菌群落平衡等多种途径,它能够显著提高肠道健康。因此,进一步研究A. muciniphila的功能和机制对于开发具有实际应用价值的治疗策略、促进肠道健康的发展具有重要意义 Akkermansia muciniphila对肠黏膜屏障的保护作用及机制研 究2

肠道屏障介绍

肠道屏障的机理和应用研究进展 Wxj 摘要:正常肠道功能除了消化吸收之外还有强大的抵御肠道有害微生物及其产生的各类毒素的屏障功能[1],保证动物肠道健康主要依靠肠道的三大屏障,即肠黏膜上皮屏障、肠道免疫细胞及其分泌物所形成的免疫屏障以及肠道正常微生物群所构成的生物屏障。多年来,关于这三大屏障的结构基础和大概的作用机理已经研究的较为清楚,目前相关工作人员除在积极探索完善深层机理之外,还做了很多应用方面的工作。本文就肠道屏障的机理及应用做一综述。 1肠黏膜上皮屏障的组成 1.1紧密连接的分子结构 由完整的肠上皮细胞和相邻肠上皮细胞之间的连接构成的黏膜屏障是肠道最重要的一道屏障。相邻上皮细胞间的连接方式有多种,如紧密连接、缝隙连接、粘附连接以及桥粒等。而紧密连接是细胞间最重要的连接方式,其功能是只允许离子及小分子可溶性物质通过,而不许毒性大分子及微生物通过,这种特殊生理功能在肠道屏障的维护中起着举足轻重的作用。现已证明多种蛋白参与紧密连接的形成,根据不同作用可将这些蛋白分为结构蛋白(occludin,claudin[2, 3],JAM等)和调节蛋白(如E钙粘素、肌动蛋白、肌球蛋白、Cingulin 等)。诸多紧密连接蛋白中,尤以Occludin及Claudins最为重要,Occludin为一完整的II型跨膜蛋白,分子质量约为65ku,含四个跨膜结构,在维持和调节紧密连接屏障功能中具有重要作用,而根据冰冻刻蚀电镜技术显示Claudins是构成紧密连接线的主要成分。外周膜蛋白ZO1的C末端则可结合肌动蛋白和应激纤维,从而将Occludin和肌动蛋白骨架系统连接在一起构成稳定的连接系统。 `1.2紧密连接的作用 作为肠黏膜屏障的关键组成,紧密连接的作用包括选择性屏障和维持栅栏功能。肠道上皮紧密连接作为动态的通透性屏障,作用是双重的:阻止潜在的有害物质或病原体进入机体,同时允许营养物质、离子和水进入体内。临床研究发现,高糖饮食时葡萄糖吸收率并不与葡萄糖转运体的增加成正比。还有研究发现,在病理状态下,紧密连接蛋白可产生收缩现象,并向胞质中移动,细胞孔隙(窗孔)明显扩大,导致大分子物质及毒素、细菌移位,此时肠黏膜就丧失其选择性屏障作用。已知紧密连接由围绕上皮细胞顶端的跨膜蛋白(Occludin, Claudins等)构成,从而限制了以紧密连接为界的上皮细胞顶侧和基侧膜两部分细胞膜上的脂质自由流动(即栅栏功能)。这两部分的主要区别在于脂质和蛋白质的构成不同,基侧膜的结构和功能与一般的非上皮细胞相似,而顶侧膜富含鞘糖脂和胆固醇,而磷脂相对缺乏,鞘糖脂可通过分子之间的H键相互连接,维护肠黏膜的硬度和不可通透性,从而保护机体兔受细菌、毒素等有害物质的入侵。 1.3肠上皮细胞紧密连接的调控 肠上皮紧密连接发生变异、减少或缺失时,IEC(肠道上皮细胞)间隙通透性就会增加,细菌、毒素及大分子物质可通过紧密连接进入体循环.例如某些肠道炎症性疾病如炎症性肠炎(IBS),其特征就是IEC旁路通透性增高。目前关于肠道紧密连接的机制研究在以下通路形成较为清晰的观点。磷脂酶C依赖性信号通路、Ca2+-E钙黏素信号途径、酪氨酸激酶一磷酸酶信号通路和Rho GTP酶途径。 2肠道免疫屏障 2.1肠道免疫屏障的组成 肠道免疫屏障由肠上皮细胞、肠上皮内淋巴细胞、固有层淋巴细胞、派伊氏结(peyer' patch, PP)和肠系膜淋巴结等肠道组织及肠道浆细胞分泌型免疫球蛋白A(sIgA)构成[2, 3][4]。在肠道免疫屏障中有一个特殊的GALT,GALT是由PP、肠系膜淋巴结以及分散在黏膜固有层(LP)和肠上

肠道微生物组和肥胖研究的进展

肠道微生物组和肥胖研究的进展近年来,肥胖已经成为全球性的公共卫生问题。肥胖不仅会带 来身体健康的问题,还会影响社会经济发展。肥胖的病因复杂, 不仅与饮食、运动和遗传有关,还涉及到肠道微生物组的健康。 肠道微生物组是指人体肠道中大量生态系统的微生物群落,包 括细菌、真菌、病毒等。人体肠道微生物组种类丰富,数量巨大,一般被估计在10^14个细胞左右,约为人体所有细胞总数的10倍 以上。肠道微生物组与人体的健康密切相关,因为它们可以合成 人体无法消化的物质,分解食物中难于消化的碳水化合物,从而 促进其吸收。微生物还可以产生某些氨基酸、维生素和矿物质, 促进免疫功能。肠道微生物的功能也包括防止病原微生物的入侵 和感染。 肠道微生物组的研究开始涉及到肥胖的话题是因为发现肥胖人 士肠道微生物组的构成明显有所不同。研究表明,肥胖人士肠道 内会寄生着大量肠球菌(Firmicutes)以及较少的拟杆菌(Bacteroidetes)。不仅如此,还有一些研究表明肥胖人士肠道微 生物群落中缺少一些有益的菌,如黄杆菌(Akkermansia muciniphila)。

一些研究人员将其质疑为因果关系,即是否由于肥胖使得肠道微生物数量和种族发生改变,还是变化的肠道微生物向肥胖进一步发展。现在,大量研究证明了肠道微生物组的确是影响了人体的能量代谢、体重和发育的关键因素之一。 肠道微生物可以影响饮食和代谢。微生物的代谢水平和活性可以决定人体对能量的摄入和利用。微生物在肠内合成短链脂肪酸(SCFA),如丙酸、丁酸、戊酸以及假丝酵母菌(Propionibacterium)和肠球菌(Firmicutes)。这些物质被吸收后会促进胰岛素敏感性,从而降低了血糖和肥胖。 此外,肠道微生物可以影响肠道黏膜屏障的完整性。屏障的完整性对抵御细菌和营养物质的入侵至关重要,而一些厌氧菌舒张黏液和将宿便与黏膜紧密贴合,从而将其从肠道内部保护出来。于是我们在肠内会有一个良好的环境维持健康。 由于肠道微生物与肥胖疾病的密切关系,研究人员正在致力于研究肠道微生物对肥胖的影响及其机制,以便为肥胖的治疗和预防提供更好的思路。以下是一些目前研究肠道微生物和肥胖的进展。

小鼠肠道菌群失衡模型的建立及菌群失衡对肠道机械屏障的影响的开题报告

小鼠肠道菌群失衡模型的建立及菌群失衡对肠道机 械屏障的影响的开题报告 一、研究背景与意义 肠道菌群是人体内最主要的微生物群落,对于宿主的生长发育、免疫调节、代谢等方面起着至关重要的作用。近年来,越来越多的研究表明,肠道菌群失衡(即肠道微生物群落组成与功能紊乱)与多种肠道和非肠道相关疾病密切相关,例如肠炎、自身免疫性疾病、肥胖等。 肠道机械屏障是肠道黏膜上皮和黏膜下层之间的物理屏障,它的主要作用是保护机体不受肠道内的渗透压、细菌、毒素等不良刺激物的侵害。随着肠道菌群的失衡,机械屏障的完整性可能会受到影响,进而加剧肠道屏障的破损和肠道疾病的发生。 因此,深入探究肠道菌群失衡对机械屏障的影响,对于理解肠道微生物群落与宿主关系的本质,及其在多种疾病发生发展的机制中所起的重要作用,具有重要的科学意义和实际应用价值。 二、主要研究内容及技术路线 本研究拟建立小鼠肠道菌群失衡模型,并通过组学技术、分子生物学技术等手段探究菌群失衡对小鼠肠道机械屏障的影响及其机制。 主要研究内容包括: (1)构建小鼠肠道菌群失衡模型。选择适宜的处理方法摧毁小鼠肠道微生物丛,如在给予广谱抗生素、较大剂量辅酶Q和较长时间的厌氧处理后,接受人工复种。 (2)评估小鼠肠道菌群的失衡程度。通过16S rRNA、微生物组测序等技术分析肠道菌群群落结构及其功能的改变。

(3)评估肠道机械屏障的完整性。通过EPITHELIX Inc.公司的人体肠道模型,测定菌群失衡后小鼠肠道机械屏障的电阻、通透性和细胞、基底膜等多个指标。 (4)深入探究菌群失衡可能对肠道机械屏障的影响机制。通过转录组学、蛋白组学等技术,筛选出可能与菌群失衡相关的关键因子,并进行验证。 三、研究预期结果 本研究的预期结果包括: (1)成功建立小鼠肠道菌群失衡模型。 (2)菌群失衡后小鼠肠道微生物群落组成和功能的改变。 (3)菌群失衡导致小鼠肠道机械屏障完整性下降。 (4)通过转录组学、蛋白组学等技术探究菌群失衡对肠道机械屏障的影响机制。 四、研究意义及应用前景 本研究将对阐明肠道菌群与肠道机械屏障的相互作用机制、深入探究肠道微生物群落在疾病机制中的作用和途径、为治疗和预防一系列肠道和非肠道相关疾病提供理论和实践依据,具有重要的科学意义和应用前景。

人类肠道微生物组的研究现状和未来趋势

人类肠道微生物组的研究现状和未来趋势随着人类对肠道微生物群落的重视,人们对其研究的程度也越来越深入。肠道微生物组是指包含大量微生物的生态系统,涵盖了1,000多种细菌属,其中包括成千上万的生物专门生存于人体肠道内。这种结构与功能繁复的肠道微生物系统对人类的生理和病理状态有着深刻的影响,从而引起了越来越多的研究兴趣。本篇文章将概述这一兴趣络绎不绝的领域的一些趋势和进展。 第一部分:肠道微生物组的健康重要性 肠道微生物的双重性质有助于延伸研究的范围。正常情况下,它是人体内的有益微生物。它能够参与大量获益人体的活动。比如在维生素和氨基酸的代谢演变中起到关键作用,消化食物,并保持肠道的黏膜完整,这些过程中只是体现了微生物对人体的好处。微生物也可以利用自身的代谢特征,例如抗菌素的合成,并能对各种疾病的预防起到积极的作用。 当肠道微生物的平衡被破坏时,微生物就会成为道路提供细菌的侵略,从而引起疾病和不适感。严重的紊乱症状可以包括脾气暴躁,抑郁心情,免疫感觉减弱,体重稳定不在采取,以及代谢

难以调节。长期的肠道微生物失调也被认为是某些自身免疫疾病 的根本原因,例如肠道炎症性疾病、克罗恩病等疾病。 总之,肠道微生物组对人类健康和康复具有无可替代的作用, 因此在很多不同的疾病方案和预防方法中探讨、了解肠道微生物 群落都是至关重要的。 第二部分:目前的研究和进展 在过去的几十年中,对肠道微生物组的研究从事者已经在对人 类微生物和人体微生物生态系的性质、抑菌素和菌群以及菌群在 各种疾病中的作用方面作出了重大贡献。 喜欢人口学归纳分析的研究者可以更好地了解肠道微生物组的 组成和食物、公共健康项目以及循环模式对生态系统产生的影响。通过比较不同群体的肠道微生物组,研究人员可以发现该微生物 组的穿戴区是持久的,但它也容易受到外部刺激的影响,比如饮食、使用抗菌素等编写。在人类微生物组方面还有着无限的潜力。

肠道微生物对宿主健康影响的研究进展

肠道微生物对宿主健康影响的研究进展 在过去的几十年里,科学家们对肠道微生物的研究取得了长足的进展。现在, 我们已经知道,肠道微生物对宿主健康有着深远的影响。这篇文章将会探讨肠道微生物的影响,以及与之相关的研究进展。 什么是肠道微生物? 肠道微生物是指存在于肠道内的微生物群落。这些微生物包括细菌、真菌、古 细菌、病毒等。肠道微生物群落的种类和数量因人而异,但它们对人类的健康很重要。 肠道微生物的影响 肠道微生物对人类健康的影响非常广泛。它们可以促进免疫系统发育,维护肠 道健康,调节肠道动力学和代谢,影响大脑功能,调节体重等。 1. 免疫系统发育 肠道微生物在免疫系统发育中发挥着重要作用。新生儿出生时,肠道是无菌的,免疫系统也没有完全发育。肠道内的微生物通过诱导肠道免疫系统发育和调节免疫反应,帮助宿主建立免疫系统的耐受性和敏感性。 2. 维护肠道健康 肠道微生物对肠道健康的影响也非常重要。它们能够维持肠道黏膜屏障完整性,防止有害物质通过肠道黏膜进入血液循环,同时也能预防肠炎、消化不良和肠结石等疾病的发生。 3. 调节肠道动力学和代谢

肠道微生物还能够调节肠道的运动和代谢。微生物酶能够分解食物中难以分解 的高分子物质,获得营养并产生有益的代谢产物,如短链脂肪酸等,这些代谢产物能够调节肠道通透性和内泌系统,从而影响机体代谢状态。 4. 影响大脑功能 最新的研究表明,肠道微生物还能够影响大脑功能。肠道和大脑之间存在着复 杂的相互作用,被称为肠脑轴。通过肠道-大脑通讯,肠道微生物能够影响注意力、情绪、记忆等大脑功能,甚至与神经发育和学习能力有关。 5. 调节体重 肠道微生物还能够调节体重。实验室动物实验表明,肠道微生物能够改变食欲、脂肪代谢和能量代谢等因素,从而影响机体能量平衡,进而影响体重。 肠道微生物与健康的关系已广泛被认识,越来越多的研究表明,它们的影响不 仅仅限于上述几方面,而是涉及到人体健康的各个方面。 肠道微生物的研究进展 虽然肠道微生物对人类健康的影响非常重要,但是我们对肠道微生物的了解还 很有限。在肠道微生物的研究领域里,目前主要有以下四个方向的研究。 1. 肠道微生物组成分析 肠道微生物的组成因人而异,因此,通过对不同人群的肠道微生物组成进行分析,比较差异,并寻找与宿主健康相关的微生物组成模式,是当前研究的一个方向。 2. 肠道微生物对宿主健康的影响 肠道微生物对人类健康的影响非常广泛,但是具体的机制还不清楚。因此,试 图解析肠道微生物与宿主健康的关系,并找出影响机制,是当前研究的一个方向。 3. 肠道微生物转移治疗

人类肠道微生物组学的研究进展和应用前景

人类肠道微生物组学的研究进展和应用前景在过去的几十年中,人类肠道微生物组学研究取得了长足的进展,这个研究领域的发展使得我们可以更好地了解微生物在肠道 中的作用,为人类健康提供更多的帮助。本文将简要介绍人类肠 道微生物组学研究的进展和应用前景。 一、什么是人类肠道微生物组学 人类肠道微生物组学是研究人类肠道微生物、其功能和与人类 健康相关的基因的一门学科。人类肠道中包含着几千种细菌、真菌、病毒和寄生虫,即人类肠道微生物,它们在人类肠道中起着 很多重要的生理和生化功能。肠道微生物组学是对这些微生物进 行全面研究的科学,它涉及到微生物群落、微生物基因组等。 二、人类肠道微生物在人体健康中的作用 1.帮助消化:人类肠道微生物在帮助消化和分解我们摄入的食 物中起了很大的作用。比如肠道中的蛋白酶可以帮助分解蛋白质,脂肪酶可以帮助分解脂肪等等。

2.保持肠道平衡:肠道微生物在维持肠道的正常微生态平衡中起着重要的作用。它们可以抑制有害微生物和真菌的生长,同时还可以提供保护屏障和对抗肠道有害物质的作用。 3.影响免疫系统:人类肠道微生物可以影响人体免疫系统的发育和功能。研究表明,肠道微生物与免疫系统相互作用,能够调节人体免疫紊乱和炎症反应。 4.影响心理健康:最近的研究表明,肠道微生物可能与人类心理健康有关。它们可以影响人类神经系统的发育和功能,并影响人类的情绪、行为和认知。 三、人类肠道微生物组学的研究进展 1.微生物群落组学:微生物群落组学是一种快速、精确和高通量的方法,它可以通过对肠道微生物的测序和分析,探索微生物群落的结构、功能和动态变化。这种方法正在成为人类肠道微生物组学研究的主流技术。

肠道微生态研究的进展与应用

肠道微生态研究的进展与应用肠道微生态是指肠道内的微生物群落和它们与人体的相互作用 关系。肠道微生态在人类健康的维持和疾病防治中扮演重要的角色。随着分子生物学、生物信息学和生物技术等领域的不断发展,肠道微生态研究已经取得了很大的进展,并在临床应用上有着广 泛的前景。 一、肠道微生态的概念和意义 肠道微生态包括肠道内微生物的多样性和数量,以及肠道细胞 和微生物之间的相互作用。人类肠道内的微生物群落多种多样, 其数量已经超过人体细胞总数的10倍,其中包括细菌、真菌、病 毒和寄生虫等。这些微生物在维持人体健康和发挥疾病预防、治 疗作用中起到重要的作用。例如,肠道微生物可以帮助人体消化 吸收食物、产生维生素和短链脂肪酸等营养物质,还可以抑制有 害菌的生长和扩散、促进肠道免疫系统的发育和功能、调节消化、吸收和代谢等生理功能。 肠道微生态失调与多种疾病的发生和发展密切相关,例如肠炎、炎症性肠病、超敏反应性肠道症、自身免疫性病变、肥胖症、代

谢综合征、牙周病等。因此,肠道微生态的研究和调节在临床治疗和健康管理中具有极大的意义。 二、肠道微生态研究的方法和技术 1.高通量测序技术 高通量测序技术是肠道微生态研究中最常用的方法之一,它可以以很高的精度和效率对肠道微生物群落的结构及其基因组信息进行分析和鉴定。该技术可以通过对微生物DNA片段进行PCR 扩增和总DNA提取,再通过高通量测序仪进行测序得出微生物群落组成信息。这种方法可突破传统培养方法的局限性,对未知微生物进行鉴定,同时可以分析微生物基因组和代谢途径等方面的信息。 2.荧光原位杂交(FISH)技术 FISH技术使用特异性荧光探针标记特定的微生物,以便在肠道中直接观察不同微生物的分布和数量。该方法可以用于分离无法

肠道菌群调控肠道免疫的分子机制研究

肠道菌群调控肠道免疫的分子机制研究 肠道免疫系统作为人体最大的免疫系统之一,具有保护人体不受外界病原体侵袭的重要功能。近年来,随着肠道微生物群的研究进展,肠道免疫系统与微生物群之间的相互作用越来越受到关注。肠道微生物群是由大量不同种类的微生物组成的生态系统,其中包括细菌、真菌、病毒等多种微生物,这些微生物是肠道免疫系统的重要调节因子。本文将从肠道菌群调控肠道免疫的分子机制入手,探讨肠道微生物群与肠道免疫系统的相互作用。 一、肠道微生物群与免疫调节 肠道微生物群通过调节免疫反应来维持人体健康。肠道微生物群可以影响细胞因子的产生、细胞分化、调节T细胞亚群等免疫调节过程,从而对宿主的免疫系统产生影响。此外,肠道微生物通过阻止致病菌的侵袭和抑制抗生素的使用等方式保持了肠道微生物群的平衡。因此,肠道微生物群通过直接或间接的方式对肠道免疫系统的调节发挥着重要作用。 二、肠道免疫系统的几个主要元素 肠道免疫系统主要由表皮细胞、单核细胞、T细胞、B细胞、自然杀伤细胞和肠上皮细胞等多个细胞和分子构成。其中,表皮细胞、单核细胞、自然杀伤细胞和肠上皮细胞等细胞可以通过分泌细胞因子调节免疫反应,而T细胞和B细胞通过表达免疫球蛋白等分子来协调免疫反应。因此,这些细胞和分子相互作用,共同维护了肠道免疫系统的平衡。 三、肠道菌群对免疫系统的调节 近年来,越来越多的研究表明,肠道微生物群可以通过多种途径调节肠道免疫系统的功能。例如,人体肠道中的双歧杆菌可以产生SCFA(短链脂肪酸),SCFA可以作为一种重要的细胞因子,通过调节T细胞、B细胞等免疫细胞的活性

来维持肠道免疫系统的平衡。此外,微生物群还可以引起免疫信号的活化、抑制免疫反应、降低肠道通透性等,从而影响肠道免疫系统的功能。 四、肠道微生物群与免疫反应的相关研究 最近的一项研究表明,在大肠杆菌感染的小鼠中,大肠杆菌通过产生LPS(内 毒素)来诱导肠道免疫系统发生过度反应。此外,他们还发现,在大肠杆菌感染的小鼠中,LPS也可以通过调节肠道微生物群来影响免疫反应。这些研究表明肠道微生物群可以与肠道免疫系统相互作用,从而影响免疫反应的发生和发展。 五、肠道免疫疾病 肠道免疫疾病是由肠道免疫系统失去平衡引起的疾病,包括溃疡性结肠炎、克 罗恩病等。在这些疾病中,肠道微生物群可能成为一种驱动因素。例如,前期研究表明,肠道微生物群的改变与溃疡性结肠炎的发生相关。另外,大肠杆菌、桿菌亞門等病原菌从肠道受体(例如TLR4)处结合LPS会诱导肠道免疫系统的过度反应,从而导致免疫疾病的发生。这些结果表明,定向调控肠道微生物群可能成为未来治疗肠道免疫疾病的一种策略。 综上所述,肠道微生物群作为肠道免疫系统的调节因子,通过多种途径对肠道 免疫系统产生影响。肠道微生物群与宿主肠道免疫系统的相互作用增加了我们对肠道免疫反应发生、发展的认识,未来的研究应当继续加深对肠道微生物群的深入了解,以期为治疗肠道免疫疾病提供更好的治疗方案。

今日Cell双发:饮食-菌群-免疫、肠神经单细胞分析重大突破

今日Cell双发:饮食-菌群-免疫、肠神经单细胞分析重大突破 Cell:饮食组成及进食节律调控小肠菌群、免疫及屏障功能Cell——[38.637] ① 小肠上皮细胞(SIEC)的转录组及MHCII表达呈现由进食介导的昼夜震荡特征;② 改变小鼠的进食节律(扰乱肠道生物钟、限时进食、延迟进食)或饮食组成(高脂饮食)影响SIEC的MHCII表达节律;③ 这种调控作用依赖于小肠菌群,小肠菌群通过接触依赖性方式诱导SIEC的MHCII表达;④ SIEC的MHCII表达调控CD4 IL-10 上皮内淋巴细胞比例及小肠上皮屏障通透性的节律性变化;⑤ 时差可破坏上述饮食-菌群-免疫轴,恶化小鼠的克罗恩病样肠炎。 【主编评语】 在一天的24小时里,小肠暴露于不同的食物及菌群抗原中,但仍维持免疫稳态,在遗传易感性个体中,这一平衡的破坏可能导致克罗恩病。Cell最新发表了来自以色列魏茨曼科学研究所Eran Elinav团队和Hagit Shapiro团队的最新合作研究,发现饮食组成及进食节律可通过调控小肠菌群的周期性变化,介导小肠上皮细胞(SIEC)中的MHCII表达的昼夜震荡,从而影响小肠的IL-10分泌及上皮屏障功能的节律。破坏上述饮食-菌群-SIEC MHCII-IL-10-上皮屏障轴的节律可恶化小鼠的克罗恩病样肠炎,对该轴的调控或可作为未来克罗恩病干预的潜在策略。(@szx)

【原文信息】 Diet Diurnally Regulates Small Intestinal Microbiome-Epithelial-Immune Homeostasis and Enteritis 2020-09-03, doi: 10.1016/j.cell.2020.08.027 Cell:对肠神经系统的单细胞分析发现了什么? Cell——[38.637] ① 开发2种方法,可对成年小鼠和人的肠神经系统(ENS)进行单核RNA测序;② 分析小鼠肠道~119万个细胞核,获得5068个回肠结肠神经元,鉴定出21个神经元亚群和3个神经胶质亚群;③ ENS 基因表达受生物节律和所处肠段的影响,CNS疾病相关基因在ENS中随衰老而表达升高;④ 分析~44万个人结肠细胞核,获得1445个神经元,与小鼠的结肠神经元亚群存在一致和差异;⑤ 鉴定出ENS与上皮、间质和免疫细胞之间的潜在互作;⑥ 人ENS中表达与肠道和肠外疾病相关的风险基因。 【主编评语】 尽管肠神经元数量稀少(比如在结肠中,神经元在结肠细胞总数中只占不到1%),肠神经系统(ENS)对肠道功能起到重要的调控作用。但由于技术限制,这些神经元难以从组织中分离出来,导致人们一直缺乏对ENS分子特征的系统性研究。Cell最新上线来自美国Broad Institute的研究,开发了两种可用于对ENS和其它组织进行单细胞核RNA测序的方法(RAISIN RNA-seq和MIRACL-seq),并用这些方法分析了小鼠和人体肠道中的160万个细胞及其中的6513个肠神经元,揭示了肠神经元的非凡的多样性。该研究鉴定出几十个神经元亚群,揭示了不同因素(年龄、物种、生物节律、所处肠段等)对ENS的组成和基因表达的影响,以及肠神经与其它肠道细胞之间的潜在互作,并为肠神经元通过神经-免疫互作机制参与肠道和肠外疾病提供了新证据。(@mildbreeze) 【原文信息】 The Human and Mouse Enteric Nervous System at Single-

ALDEx2对肠道微生物进行相关性分析

ALDEx2对肠道微生物进行相关性分析 除物质合成与代谢功能外,肠道复杂的微生物生态系统与机体免疫系统之间的关系也极为密切。肠道微生物不仅可以作为天然屏障维持肠上皮的完整性,防止病原微生物入侵,还通过调节肠道粘膜分泌抗体作用于肠道免疫系统,并进一步影响天然免疫和获得性免疫,因此肠道微生物又被认为是人体最大的“免疫器官”。肠道微生物维持的免疫平衡在机体自身免疫疾病的预防过程中起着重要作用,当某些因素导致肠道菌群发生改变时,会进一步影响到人的其它免疫系统,这种免疫平衡一旦被打破,就容易导致各种疾病的产生。越来越多的实验证据表明,肠道微生物不仅影响人体肠道本身的功能,还通过调控人的免疫系统,从不同角度和层面影响人的健康。肠道微生物与人类健康关系的神秘面纱正在被逐渐揭开,下面举几个最新的研究进展来说明肠道微生物与人类健康的关系。 肠道微生物与肥胖:肥胖是否是一种疾病虽然有不少争议,但肥胖引起的各种疾病却是不争的事实。研究结果虽然已经揭示了肥胖和不肥胖人群肠道菌群的种类和数量均存在差异,但肥胖是否是由特定细菌导致的却一直没有直接证据。最近,德国科学家终于揪出了导致肥胖的“元凶”:一种称为多枝梭菌(Clostridium ramosum)的细菌。他们连续4 周分别给小鼠喂食高脂肪和低脂肪食物,结果

饲喂高脂食物的小鼠盲肠中多枝梭菌的比例比饲喂低脂肪食物的提高约4倍,他们猜测这种菌导致肥胖的原因是可以提高对食物营养的吸收,但小鼠的结果是否适用于人还值得进一步研究。 肠道微生物与糖尿病:来自深圳华大基因的一项研究对345位国人的肠道微生物进行测序,结果显示II型糖尿病患者中肠道微生物菌群失调,肠道微生态平衡被打破,一些有益菌消失,具体表现为一些常见的产丁酸盐细菌的丰度下降,而各种条件致病菌有所增加,其他一些诸如具有还原硫酸盐和抗氧化胁迫能力功能的微生物丰度也有一定程度的增加。美国一家公司研制了一种制剂来改善肠道微生物的微生态环境,4 周内即可使糖尿病患者血糖水平得到有效控制。 肠道微生物与高血压:研究发现肠道微生物产生的短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)与血压调控相关。科学家通过对两个主要的SCFAs受体敲除小鼠的研究发现,抗生素处理受体敲除小鼠导致肠道微生物减少,小鼠血压升高。丙酸盐是SCFAs 的一种,当给小鼠提供丙酸盐时,它们的血压会出现快速且剂量依赖的下降,而敲除丙酸盐受体的小鼠对这种效应特别敏感。除短链脂肪酸外,肠道益生菌产生的一些物质如γ-氨基丁酸也具有降低血压的功效。 肠道微生物与慢性炎症性肠病:在正常条件下,肠道并不产生果糖。最近发表在Nature的一项研究发现患有慢性炎症性肠病的小鼠

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