謝飛 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
營養(yǎng)學(xué)研究表明，人體腸道內(nèi)寄居著大量的微生物，其主要定植于盲腸和結(jié)腸，種類大約有數(shù)百種之多。腸道內(nèi)棲息的菌群是微生物與宿主在長期進(jìn)化過程中雙向選擇的結(jié)果，其中以擬桿菌門和厚壁菌門兩大類為主。這些數(shù)量巨大的菌群參與了宿主許多的生理生化反應(yīng)，包括在腸道水平下對(duì)病原體的防御作用、通過分子機(jī)制和代謝產(chǎn)物對(duì)機(jī)體進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)腸道微絨毛的生長、不能被消化的膳食纖維等的酵解(如抗性淀粉或寡糖)及一些維生素的合成(如維生素B]2和維生素K)。因此，在某種程度上可以將腸道菌群看作是具有多種調(diào)節(jié)功能的“體外器官”。
1.腸道微生物菌群參與機(jī)體代謝
畜牧研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸微生物菌群的主要代謝功能是對(duì)食物殘?jiān)约澳c道上皮細(xì)胞分泌的勃液進(jìn)行發(fā)酵分解，基因的多樣性使腸道菌群為宿主提供多種不同的酶與生化途徑，由此產(chǎn)生的一些復(fù)雜代謝產(chǎn)物對(duì)宿主而言是能量和可吸收底物的回收，同時(shí)也為細(xì)菌自身的生長與繁殖提供了能量和營養(yǎng)。
在結(jié)腸，碳水化合物在微生物的作用下，發(fā)酵生成短鏈脂肪酸，而非消化性碳水化合物主要為多糖和某些逃避了消化的單糖，它們代謝的終產(chǎn)物也多為短鏈脂肪酸(SCFA);蛋白質(zhì)和膚類物質(zhì)在菌群作用下也進(jìn)行無氧代謝，產(chǎn)物也多為短鏈脂肪酸，但在反應(yīng)過程中也會(huì)產(chǎn)生一系列的潛在毒性物質(zhì)，如氨、胺、苯酚、琉基化合物以及叫睬。對(duì)于成人，結(jié)腸每天消化大約20一609糖類和5一209蛋白質(zhì)。在盲腸和右結(jié)腸，細(xì)菌的發(fā)酵反應(yīng)很強(qiáng)烈，產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，導(dǎo)致腸道呈酸性環(huán)境，pH值為5一6，并且細(xì)菌生長繁殖迅速;然而，在左鋇U和遠(yuǎn)端結(jié)腸，發(fā)酵反應(yīng)產(chǎn)物很少，pH接近中性，細(xì)菌生長多處于靜止?fàn)顟B(tài)。結(jié)腸菌群在維生素的合成以及鈣、鐵、鎂等離子吸收方面也發(fā)揮重要的作用。通過碳水化合物的發(fā)酵，其短鏈脂肪酸產(chǎn)物，特別是乙酸鹽，丙酸鹽和丁酸鹽能促進(jìn)盲腸對(duì)無機(jī)離子的吸收。而所有這些脂肪酸產(chǎn)物對(duì)宿主也有著重要的生理功能:丁酸鹽是結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，幾乎全被吸收利用，丙酸鹽和乙酸鹽通過門靜脈進(jìn)入體內(nèi)，它們最終被肝臟(丙酸鹽)或外周組織(乙酸鹽)分解代謝。
2.腸道微生物菌群參與機(jī)體能量平衡
Backhed等研究首次發(fā)現(xiàn)了腸道菌群作為一個(gè)環(huán)境因素能夠調(diào)節(jié)機(jī)體的能量?jī)?chǔ)備，結(jié)果顯示:普通小鼠與無菌小鼠相比，全身脂肪含量多40%，性腺脂肪含量多47%，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)普通小鼠的攝食量比無菌小鼠低;同時(shí)，研究者在無菌小鼠腸道定植普通小鼠腸道菌群后，無菌小鼠2周內(nèi)體重增加了60%，血糖升高并產(chǎn)生胰島素抵抗。這些都暗示了腸道菌群能夠參與機(jī)體的能量代謝。Ley等在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，肥胖癥與腸道菌群的改變也存在某種相關(guān)。運(yùn)用分子生物學(xué)手段，通過對(duì)細(xì)菌特異性的 165rRNA基因測(cè)序來鑒定腸道菌群，發(fā)現(xiàn)肥胖型小鼠腸道內(nèi)類桿菌比非肥胖型小鼠減少50%，而硬壁菌則相應(yīng)增加，表明了腸道菌群的改變能夠影響肥胖型小鼠與非肥胖型小鼠的能量吸收。對(duì)于肥胖個(gè)體，調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)也許能夠成為是一種調(diào)節(jié)機(jī)體能量吸收的有效手段。Ley等通過12位肥胖者與非肥胖對(duì)照組，比較了肥胖人群與非肥胖人群遠(yuǎn)端結(jié)腸菌群的差異，發(fā)現(xiàn)肥胖者遠(yuǎn)端結(jié)腸內(nèi)類桿菌比對(duì)照組明顯減少，而硬壁菌則相應(yīng)增加，而且肥胖者體重減輕1年后，硬壁菌的比例變得與非肥胖者相似。這些從動(dòng)物和人體研究中得出的結(jié)論，說明了肥胖機(jī)體出現(xiàn)了腸道菌群改變，但是腸道菌群的改變是否導(dǎo)致了機(jī)體的肥胖呢?為了驗(yàn)證這一假說，Ley等進(jìn)行了另一實(shí)驗(yàn)，將肥胖型小鼠和非肥胖型小鼠的腸道菌群分別定植于兩組非肥胖型無菌小鼠腸道，2周后發(fā)現(xiàn)，定植肥胖型小鼠腸道菌群的無菌小鼠，比起另一組小鼠，體重增加，這充分說明了小鼠體重的增加可能歸因于腸道菌群的不同。
然而，腸道菌群促進(jìn)體重的變化的觀點(diǎn)也存在著爭(zhēng)議。由于尚不清楚機(jī)體能量吸收的細(xì)微變化是否能引起有意義的體重改變，因此，相關(guān)方面的研究也在正成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
3.腸道微生物菌群參與機(jī)體免疫代謝
動(dòng)物的非特異性免疫應(yīng)答，主要依靠機(jī)體的屏障作用發(fā)揮生理作用。非特異性免疫應(yīng)答系統(tǒng)主要包括正常菌群、機(jī)體的皮膚粘膜、補(bǔ)體等體液因子、吞噬細(xì)胞等;其中腸道菌群與腸道勃膜發(fā)揮重要的作用，腸道勃膜是腸道免疫系統(tǒng)與外環(huán)境之間的主要界面，而腸道勃膜表面菌群與宿主的相互作用對(duì)機(jī)體腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育、成熟十分重要。Butler等研究發(fā)現(xiàn)無菌動(dòng)物腸勃膜中淋巴細(xì)胞數(shù)量少、濾泡結(jié)構(gòu)小，循環(huán)中免疫球蛋白濃度低。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，菌群在無菌動(dòng)物腸道定植后，腸道相關(guān)淋巴組織的構(gòu)成出現(xiàn)改變，腸上皮淋巴細(xì)胞增加，濾泡和勃膜固有層中的B淋巴細(xì)胞增多，血清中免疫球蛋白濃度升高。
動(dòng)物出生時(shí)的腸道是無菌的，腸道菌群定植開始于出生后，菌群的發(fā)展和腸勃膜屏障的建立是一個(gè)漸進(jìn)而互動(dòng)的過程。一般認(rèn)為，腸道產(chǎn)生免疫作用依賴于原籍菌群。腸道菌群是腸勃膜屏障重要的組成部分，包括其參與構(gòu)成機(jī)械屏障、菌群與勃膜共價(jià)結(jié)合、與機(jī)體產(chǎn)生的酶和活性膚以及代謝產(chǎn)物共同組成化學(xué)屏障、免疫激活作用產(chǎn)生IgA和IgM及其各種免疫活性細(xì)胞和細(xì)胞因子等。對(duì)營養(yǎng)不良的鼠喂以乳桿菌測(cè)定小腸免疫球蛋白分泌細(xì)胞、上皮層內(nèi)的淋巴細(xì)胞、桿細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由營養(yǎng)不良導(dǎo)致的腸勃膜屏障和勃膜免疫功能損害，可以通過L.oasei的補(bǔ)充而恢復(fù)。而Medsen等用益生菌治療IL-10基因缺陷鼠的大腸炎，發(fā)現(xiàn)益生菌對(duì)腸勃膜屏障功能有上調(diào)作用。
