肠道微生物多样性与能量代谢调控及肥胖

五 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存 的影响 2 肠道微生物通过对转录因子的调控影响宿 主脂肪的合成和分解 固醇应答元件结合蛋白-1 (SREBP-1)与 碳水化合物应答元件结合蛋白(ChREBP)是 介导肝细胞对胰岛素和葡萄糖生脂应答的转 录因子。 Acc(乙酰CoA羧化酶基因)和Fas(脂肪酸 合酶基因)是SREBP-1与ChREBP的靶序列。 肠道微生物能通过某些机制增强SREBP-1与 ChREBP的表达,提高Acc和Fas的表达量,从 而大量合成乙酰CoA羧化酶和脂肪酸合酶， 促进脂肪酸的合成和脂肪贮存。
四 肠道微生物对多糖发酵及宿主能量代谢的影响
微生物组能编码一些在人类自身进化过程中没有必要出 现的参与多糖分解的酶,促进多糖的分解吸收,调控宿主的能 量代谢。 当食物中的多糖来源减少时,肠道微生物对宿主消化道粘 液内内源多糖的利用能有效地补偿宿主的能量需要。 此外,微生物群落组成结构的差异影响肠道微生物养分分 解模式,肠道内高比例Firmicute/Bacteroidete构成的微生 物区系能更有效地摄取食物中的热量和促进宿主体内脂肪 的贮存。
五 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存的
影响
1 肠道微生物区系调控宿主Fiaf基因表达与甘油三 酯合成 2 肠道微生物通过对转录因子的调控影响宿主脂肪 的合成和分解 3 肠道微生物影响体内脂肪合成酶和分解酶的表达 量和活性

五 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存 的影响
1 肠道微生物区系调控宿主Fiaf基因表达与甘油三酯 合成： 微生物发酵产生的短链脂肪酸被肠道上皮细胞 吸收经循环系统进入肝脏，刺激肝脏中脂肪代谢相关 的酶，在肝脏中合成甘油三酯，后者通过脂蛋白脂肪 酶(LPL, lipoprotein lipase)的介导作用,从肝脏进入 循环系统,进而被脂肪细胞吸收。 而肠上皮细胞可以产生一种能抑制LPL活性的因 子---Fiaf因子，使得抑制或减少甘油三酯在脂肪细胞 的沉积。 肠道菌群能够调控Fiaf因子的表达，对Fiaf表达 的抑制,或者Fiaf基因的缺失突变都能导致肠道上皮 细胞中Fiaf表达量的降低,减弱Fiaf对LPL活性的抑 制,促进甘油三酯在脂肪细胞中的贮存。
二 肠道微生物与宿主间的相互关系

互惠共生 宿主为微生物提供稳定的富营养的生存环境并有选择 地让某些微生物定植 些微生物及其代谢产物能影响宿主黏膜免疫系统的发 育、血管发生、肠道上皮的修复更新及肠道功能的维 持,并还能影响宿主基因的表达,参与宿主脂类代谢调 控。


百度文库
三 宿主基因型和遗传关系对肠道微生物多 样性的影响
五 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存 的影响
美国的Jeffery I.Gordon领导的小组通过对无菌小 鼠(GF)和肠道内定植正常菌群的普通小鼠(COVN-R) 的比较,研究肠道菌群对宿主的代谢,特别是对脂肪存 储的影响。在给予相同的多糖丰富的食物(57%碳水 化合物,5%脂肪)的情况下,CONV-R小鼠与GF小鼠相 比,身体脂肪总量增加42%,而每天食物消耗却减少 29%。

细胞总量几乎是人体自身细胞的10倍
编码的基因数量至少是人体自身基因的100倍 “肠道元基因组”(gut metagenome)


FIG. 2. A SCAN OF THREE TRANSVERSE TISSUE SEGMENTS OF THE INTESTINAL TRACT FROM A HEALTHY 16-WEEK-OLD PIG. BACTERIAL COLONIZATION (ORANGE MICROCOLONIES) IS SPARSE IN THE DUODENUM (A) AND INCREASES THROUGH ILEUM (B) AND COLON (C). THE MICROGRAPH WAS MADE WITH A RED FLUORESCENT GENERAL EUB-BACTERIAL PROBE AND SCANNED WITH A GENEPIX 4200AL SCANNER AT 5 MM RESOLUTION.
五 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存的影响
3 肠道微生物影响体内脂肪合成酶和分解酶的表达量和活性
脂肪代谢相关酶的产量不仅与接种肠道微生物与否有关,而且与微 生物区系的复杂程度相关。 qRT-PCR分析表明,常规饲养小鼠与无菌饲养小鼠相比,前者肝内编码 脂肪酸从头合成的两种关键酶(Acc、Fas)的mRNA水平以及肝中甘油三 酯的量都显著高于无菌 饲养小鼠。在无菌小鼠肠道内接种产甲烷菌与 拟杆菌门细菌后,与无菌小鼠相比,脂肪酸合成酶基因的表达量增加 (142±13)%,而在仅接种拟杆菌门细菌时,该酶只增加了(61±9% )。 腺苷酸活化蛋白激酶AMPK(AMP-activated protein kinase)是胞内 的“能量传感器”,调节葡萄糖和脂代谢,也很可能参与抑制由肠道微 生物引起的肥胖。来自肠道微生物的信号能使宿主肝脏和骨骼肌中 AMPK活性降低,减弱了脂肪酸氧化和能量消耗,间接导致体脂贮存。
很明显GF小鼠的脂肪细胞比正常定植肠道微生物的小鼠和移植了肠道 微生物后的小鼠的脂肪细胞要肥大。
六 肠道微生物与人类共进化
一项基因数据库的调查表明:不同种类的哺乳动物 体内存在不同的拟杆菌属亚种,而它们来自共同的祖 先。这暗示了拟杆菌与哺乳动物的共生体系应该是古 老的,并且不同亚种的产生是其与宿主共同进化的结 果。并且基于拟杆菌属成员与其宿主(哺乳动物)的关 系密切,推测互利共生的生活方式有利于加速进化。 而同一民族范围内菌群相对稳定,同样暗示肠道微生 物与宿主保持共同的进化过程。
一 肠道微生物概述
拟杆菌门（Bacteroidete）以多形拟杆菌为代表,能 降解一大类人体不能被消化的植物多糖(如纤维素、 半纤维素、果胶、抗性淀粉等)。人体肠道几乎不含 多糖消化酶,而多形拟杆菌能编码64种多糖降解相关 的酶,从而降解多糖,为宿主提供额外的能量。
一 肠道微生物概述

硬壁菌门:直肠真杆菌 拟杆菌门:多形拟杆菌 变形杆菌 古生菌:嗜温产甲烷菌
参考文献
Clay F.Semenkovich,and Jeffrey I.Gordon. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. PNAS,November 2,2004 vol.101 no.44 15721 [ 5] Reza Rastmanesh. High polyphenol,low probiotic diet for weight loss because of intestinal microbiota interaction. ChemicoBiological Interactions 70(2010)no.8-10 [ 6]陈思羽中,李祯祯,陈芳.人体肠道益生菌的生理功 能和安全性研究现状.中国微生态学杂志，2007年 6第19卷第4期.



一肠道微生物概述
目前硬壁菌门（Firmicute）基因测序尚未完成, 但有资料显示,直肠真杆菌(硬壁菌门)至少含有44种 与抗性淀粉降解酶有关的基因。硬壁菌门可能与拟杆 菌相似,即降解人体所不能降解的多糖,为人体提供能 量。
一 肠道微生物概述
在多糖代谢链中,古生菌是最后的微生物环节。 微生物降解多糖为短链脂肪酸,二 氧化碳和氢气。 “嗜温产甲烷菌” (Methanobrevibacter)通过产生 甲烷来降低氢气的分压,有利于维持厌氧的环境,并因 此增加了微生物的发酵效率。
肠道内微生物群落一旦形成后,在一定的时间内就 能保持相对稳定,但群落的形成并不是随机的,其多样 性除了受到宿主食物来源与种类、肠道运动以及肠道 内微生物之间关系的影响外,宿主基因型和宿主间的 遗传关系也是重要的因素之一。
四 肠道微生物对多糖发酵及宿主能量代谢的影响
食物中不能被宿主消化酶降解的多糖是肠道微生物主要 的可利用物质,在肠道内被降解成单糖和短链脂肪酸(SCFA),然后被宿主吸收利用,参与肝脏内甘油三酯的合成,影 响宿主体脂的贮存和能量代谢。
肠道微生物多样性与能量代谢调 控及肥胖关系
杨虹坤
1 肠道微生物概述 2 肠道微生物与宿主间的相互关系 3 宿主基因型和遗传关系对肠道微生物多样 性的影响 4 肠道微生物对多糖发酵及宿主能量代谢的影响 5 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存的影响 6 肠道微生物与人类共进化

一 肠道微生物概述
七 展望
肠道微生物区系能从多个方面参与宿主能量代谢的调 控,是一种可引起宿主肥胖的具有遗传特性的环境因子。但 目前对于肠道微生物与宿主在能量代谢网络中具体的信息 交流机制还需进一步探索。由于个体间肠道微生物生态 学特征差异明显,这增加了建立和完善由肠道微生物与宿 主组成的超有机体体内的信号转导网络的难度。如果能 建立一套能快速预测个体肠道微生物群落特征的模型,或 者筛选出代谢网络中具有预测能力的生理指标或某些蛋 白质标记物,就能及时了解肠道内微生物群落结构的变化 情况,并采取相应的预防和治疗肥胖的措施。
参考文献
[1]Kirsti Tiihonen*,Arthur C.Ouwehand,Nina Rautonen. Human intestinal microbiota and healthy ageing. Ageing Research Reviews 9(2010)107–116 [ 2]M.Montalto*,F.D’Onofrio,A.Gallo,A.Cazzato,G.Gas barrini. Intestinal microbiota and its functions. Digestive and Liver Disease Supplements 3(2009)30–34 [ 3]G.L.Czarnecki-Maulden*. Effect of dietary modulation of intestinal microbiota on reproduction and early growth. Theriogenology 70(2008)286–290 [ 4] Fredrik Backhed,Hao Ding,Ting Wang,Lora V.Hooper,Gou Young Koh,Andras Nagy,