西班牙学者揭示抗生素对肠道菌群及代谢影响巨大

西班牙学者揭示抗生素对肠道菌群及代谢影响巨大

2013-12-29 18:32来源：丁香园作者：tiancai_erbao

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肠道的微生态是一个复杂的生态系统，而人类结肠则可以被看做是一个厌氧的生物反应器。肠道存在着万亿数量级的微生物，这大大增加了宿主基因组资源。同时这些庞大的微生物生态系统为人体能量捕获、食物消化、生物活性物质的合成等等提供了补充性代谢途径，否则人体将无法实现饮食中营养物质的同化。

人类肠道菌群主要分为五类细菌：厚壁菌门、拟杆菌、放线菌（包括柯林斯菌和双歧杆菌等益生菌）、变形菌门和疣微菌。这一微生态平衡系统极易受外界因素影响而发生紊乱，抗生素的使用即是其中最常见的因素之一。抗生素可以有效治疗细菌感染，对抗生素耐药的细菌可以在人类肠道持续生存，这就对人类健康造成了极大威胁。

前期研究表明广谱抗生素可以显著减少肠道拟杆菌而同时增加厚壁菌的数量。但是各项研究报道的结果并不一致，甚至相互矛盾。所以对于抗生素应用究竟可引起肠道菌群怎样的改变，这其中又有怎样的动态变化和潜在机制，我们对此仍知之甚少。

西班牙瓦伦西亚大学生物与进化多样研究所Ana Elena Pérez-Cobas 及其团队在不同的时间点从使用β- 内酰胺类抗生素人群的粪便中提取肠道微生物菌群，并进行了首次比较性观察分析，结果发表在2013 年11 月的Gut 杂志上。

作者采用多种组学分析相结合的方法分析了使用抗生素治疗14 天的患者每天的粪便中肠

道菌群的16S rDNA 和活化的16S rRNA、宏基因组学、宏转录组学（mRNAs）、宏代谢组学（方法：高效液相色谱与电喷雾电离作用和四极飞行时间质谱分析）、宏蛋白质组学（方法：超高效液相色谱法结合轨道阱质谱分析）。

结果观察到了一个动态往复的过程。肠道菌群组成以及代谢水平改变在抗生素使用第6、11、14 天最为剧烈。

在应用抗生素早期（第6 天）革兰氏阴性微生物减少，接着第11 天，肠道微生物多样性发生了“全面崩溃”的改变，肠道寄生菌群数目显著减少，只有一些所谓的天然耐受菌群定植在结肠。

到第14 天革兰氏阳性菌群开始生长，肠道菌群多样性有所恢复。在此过程中，具有活性微生物数目失衡最为显著的时刻发生在第14 天，比全部微生物数目失衡最剧烈的时间要晚（出现在第11 天）。第11 天时，肠道微生物的生物多样性和丰度都达到最低值。

此外，最主要的代谢变化发生在应用抗生素第6 天。在抗生素应用的早期，肠道菌群受宿主应激系统激活对抗生素的应用产生应答，肠道菌群“推定性”缩减其全部能量代谢，降低对胆酸、胆固醇、激素和维生素的运转和代谢，以逃避药物应用引起的“抗菌作用”。在停止使用抗生素后，宿主体内的微生物及其与宿主之间的相互作用显著恢复。

作者将研究结果总结成一个“推定性”模型。具体内容如下：

图2. 受抗生素应用影响的人肠道菌群及代谢成分改变的“推定性”模型。

“推定性”模型解释说明：

该模型是建立在多种“组学”研究联合应用的实验结果基础上。抗生素的胆汁排泄触发了一系列代谢事件的级联反应。在使用抗生素早期，细菌通过促进反应系统进行应答逃避药物的抗菌作用（表达β- 内酰胺酶、抗菌肽转运蛋白、多药物外排泵以及丙三基磷脂），间断进行营养供给并减少多糖类和脂多糖的产生。

涉及细胞膜生物合成、肽聚糖样组分降解的基因表达增加直至抗生素应用的终止，而且这一反应的持续时间比其他类型药物造成的影响还要持久。最终，肝脏胰腺相关的胆酸、激素以及胆固醇合成涉及的细菌代谢受抗生素应用的影响而减弱，因此可能影响到肠- 肝再循环和系统性脂类代谢，也就是说膳食脂肪的乳化、吸收和转运受到了抗生素使用的影响。

然而这些代谢影响因素在停止使用抗生素后可显著改善。相似的，在抗生素使用停止后，有肠道微生物直接合成的维生素池（pool）也显著改善。

在抗生素使用第6 天明显下降的营养供给代谢，如糖酵解、丙酮酸脱羧、三羧酸循环、谷氨酸代谢、铁的摄取等在抗生素应用的后期仍呈下降状态，在抗生素停止应用之后仍显著下降。这说明受抗生素影响之后可以恢复的肠- 肝再循环中结肠细菌参与产生和转运的铁、糖、支链氨基酸、短链有机酸和丙酮酸的数量很少。

在具有活性的细菌结构水平，观察到了一个明显的震荡（可恢复式）组群动态变化模式。有初始的活化性拟杆菌占大多数，在抗生素停止使用后变为了伯克氏菌科为主。虚线表示的是每种肠道细菌组分在抗生素使用的情况下变动的大趋势。

该项概念验证研究对宿主应用β- 内酰胺类药物引起的肠道菌群的应答性变化提供了一个更为广泛、宏观的描述。该项结果证实在应用抗生素针对某一特定细菌感染引起的相关疾病进

行治疗时可以改变整个肠道的微生物环境以及该微生态系统与宿主之间的相互作用，而且这一影响是巨大的，远远超过我们当初的认识。糖酵解、丙酮酸脱羧、三羧酸循环、谷氨酸代谢、铁的摄取等在抗生素停用后也无法立即恢复正常。

组学研究方法使我们宏观了解肠道微生物在抗生素使用情况下的变化情况，提示我们在未来的抗生素应用中应更加关注药物对肠道代谢产生的影响，并尽量避免由此而产生的不良反应，及早进行干预。

肠道菌群与肠易激综合征关系的研究进展

2014-11-11 16:38 来源：国际消化病杂志作者：周晓艳李铭李延青字体大小-|+

肠易激综合征(lBS) 是一种以腹痛或腹部不适伴排便习惯改变为特征的功能性肠病，经检查排除可引起这些症状的器质性疾病。IBS 潜在的病理生理机制至今尚未完全清楚，但胃肠道动力异常、内脏感觉过敏、脑——肠轴功能改变、轻度炎性反应、精神社会因素等对肠道菌群可能起了一定的作用。

研究表明肠道菌群紊乱参与IBS 的病理生理过程，IBS 患者的肠道菌群中存在厚壁菌对拟杆菌的比例(firmicutes to bacteroidetes ratio,FBR) 增加，菌群多样性减少，黏膜相关菌群数量增多和组成成分改变等诸多变化。因此，肠道微生态干预成为治疗包括IBS 在内的多种功能性胃肠疾病的新方法。

1 肠道菌群

1.1 肠道菌群的建立

哺乳类动物宿主与微生物之间的相互作用，通过促进共生菌的定植和抵抗致病菌的黏附，刺激肠屏障功能的成熟。人体肠道菌群是一个动态变化的过程，新生儿出生时是无菌的，早期定植在肠道的微生物是高度不稳定的，主要是需氧菌，个体之间差异很大。

随着肠黏膜免疫功能的发展成熟及肠道微环境、肠道菌群本身的变化，成人肠道菌群中的优势菌群逐渐替代早期定植菌，使得整个菌群变得更复杂、更稳定，处于一种共生模式。

早期定植菌诱导肠上皮细胞岩藻糖转移酶2(FUT2)的表达，活化肠免疫系统，因此平衡稳定的肠道菌群对宿主健康具有十分重要的作用。有研究报道人体肠道优势菌群存在宿主特异性，可以分为3 种肠型（拟杆菌肠型、普雷沃菌肠型、瘤胃球菌肠型），其不以性别、年龄及身体质量指数(BMI) 而改变。

1.2 肠道菌群与人类健康的关系

人类肠道细菌数量是人体自身细胞数量的10 倍，其基因数量是人体的100 倍，生理状态下，肠道微生物的组成、功能与宿主之间存在动态平衡，即肠道稳态。数目庞大、种类多样的微生物组成复杂的微生态系统，显著调节消化道免疫、营养物质吸收、能量代谢和肠道生物屏障功能。

正常的肠道菌群对免疫系统有很大影响。有研究发现肠相关淋巴组织和肠绒毛毛细血管在无菌动物是发育不良的，拟杆菌属类产生的多糖类物质有助于维持Thl 细胞和Th2 细胞的动态平衡，而B 细胞的正常发育也需要共生菌的参与。肠道菌群紊乱在肥胖症、糖尿病、结直肠癌、炎症性肠病(IBD)、及IBS 等多种疾病的发病机制中起着重要的作用。

2 研究菌群的方法

研究菌群的方法基本上可以分为两大类：培养性方法和培养非依赖性分子技术方法。采用培养为基础的方法研究发现肠道微生物由高度复杂的群落组成，虽然这种方法在鉴别功能群组和选择计数（例如致病菌）方面是有价值的，但80% 以上的细菌是无法培养的。

培养非依赖性的分子技术方法，基于分析微生物的16SrRNA 基因序列，16SrRNA 是原核细胞核糖体构成的基本原件，其不但含有高度保守的序列区域，还有中度保守和高度变化的序列区域，因此适用于微生物种系发育学的研究，而且它的分子量大小适中，约 1 540 bp，