肠道菌群与肥胖发生的研究进展

肠道菌群与肥胖发生的研究进展

作者：益生菌专家

摘要目前，肥胖对人类健康的影响越来越显著，因此研究肥胖的发生机理和治疗策略十

分必要。这篇文章总结了肠道菌群与肥胖发生的研究进展。研究表明，肠道菌群能够帮助宿主从饮食中的多糖成分中获得更多的卡路里，并储藏在脂肪细胞中备用。肠道菌群还可以通过关闭Fiaf基因和增加ChREBP/ SREBP、Acc1和Fas的表达来增加脂肪在脂肪

组织和肝脏中的储存。并且，肠道中革兰氏阴性菌产生的脂多糖LPS，引发了全身慢性

低水平炎症反应，然后导致肥胖。因此，通过益生菌、益生元或抗生素修饰肠道菌群可能成为未来治疗肥胖的有效方法。

关键词肠道菌群，肥胖，能量吸收，脂肪代谢，慢性低水平炎症反应肥胖是一种慢性代谢疾病，是导致高血压、糖尿病、心脑血管疾病及非酒精性脂肪肝等疾病的重要因素。近年来，随着社会经济水平的不断提高和人们生活方式的改变，肥

胖率呈上升趋势。在美国将近1／3的成人超重或者肥胖，而全世界超重或肥胖人群已超过5亿，肥胖已成为日益严峻的全球性公共卫生问题。目前，关于肥胖的病因研究进展迅速。多数学者认为，肥胖是多因素互相作用的结果[1]，基因、环境、营养等是研究的重点。而最新研究表明，肠道菌群与肥胖的形成有一定关系，可能发挥着重要的作用。本文就此作简要综述。以期能为解释肥胖成因，预防和治疗肥胖提供依据。

1肠道菌群概述

人的肠道是一个复杂、活跃、同时维持着相对平衡的系统。其中定植着数目庞大、结构复杂的微生物群落，因此，人被称为“超级生物体”。这个生态系统拥有1014个细胞，是人体细胞总数的10倍；大约500-1000种细菌，包含100多万个基因，数目是人类基因组的100倍。[2]其中的30-40 种优势细菌构成了人体肠道细菌总量的99％。肠道菌群和宿主之前存在着密不可分的互利共生关系，在宿主的消化吸收、免疫反应、代谢活性方面都发挥着重要的作用。其中，在门水平上，厚壁菌门和拟杆菌门为两个优势菌门，大多数粪便细菌都是一些不可培养的类型，且不同个体之间粪便样品中的细菌组成也有显著差异；在属水平上，拟杆菌，柔嫩梭菌，乳酸菌，双歧杆菌是四类与人类健康密切相关的优势菌，也是现阶段人们对肠道微生物研究的重点。[3]

2肠道菌群的研究方法

在分子水平上研究肠道微生物生态，除了以往经常用到的分子指纹图谱（ARDRA、

ERIC-PCR、DGGE/TGGE、T-RFLP）和克隆文库的技术，元基因组学和代谢组学目前

逐渐成为主要的研究方法[4]。元基因组学是指人体及其体内所有微生物的基因信息的集合，测序速度大大提高对元基因组的发展发挥了重要的作用。代谢组学是关于定量描述生

物内源性代谢物质的整体及其对内因外因变化应答规律的科学，利用高通量、高灵敏度与高精确度的现代分析技术，把研究对象作为一个整体来观察和分析，是系统生物学的重要组成部分。

3肠道菌群与肥胖

肥胖作为一种慢性全身性代谢性疾病，严重影响人们的正常生活。以往多关注的是基因对肥胖发生的影响。但基因从人一出生就确定了，以后就不再改变。但人的身体状况是在后天不断变化的，这说明基因并不是决定肥胖的关键因素。肠道菌群与人类长期共进化，可能是产生肥胖的关键因素之一，而且越来越多的证据证明了这点。

3.1肠道菌群与能量吸收

Backhed等人研究发现[5]，正常喂养的小鼠的体脂含量比无菌小鼠高40%，性腺脂肪含量高47%，并且正常小鼠的进食量比无菌小鼠低。将正常小鼠的肠道菌群克隆到无菌小鼠体内，饲喂条件不变，两周后其脂肪量增加60%，并且出现胰岛素抵抗。这表明

肥胖可能与肠道菌群有关。导致体重增加的可能因素是：①肠道内葡萄糖的吸收增强。②肠道菌群能发酵人体不能消化的多糖形成短链脂肪酸，提供多余的能量，同时短链脂肪酸能够诱导脂肪合成。③高血糖和胰岛素血症刺激脂肪生成。

Ley等人的研究表明[6]，肥胖可能和肠道菌群的改变有关。他们对肥胖的ob/ob小鼠和对照的非肥胖小鼠(-／-)肠道内5000多种细菌的16s rRNA基因序列进行分析，ob小

鼠拟杆菌门的数量少50％，同时具有更多的厚壁菌门细菌。这个小组也对肥胖和非肥胖的人的肠道菌群做了研究[7]。他们对12名肥胖患者进行跟踪研究，通过分别给予脂肪限制的饮食和碳水化合物限制的饮食进行治疗。一年后前者体重下降2％，后者体重下降6％，进行16s rRNA基因研究表明，摄入食物的总能量不变的前提下，通过两种饮食减肥后，肠道内的厚菌门数量下降，而拟杆菌门数量上升。

这些研究只说明了肥胖改变了肠道菌群，并不能说明肠道菌群的改变导致了肥胖的产生。但以下的研究可以证明这个假说。Turnbaugb等人的研究表明[8]，肥将胖小鼠(ob ／ob)的肠道菌群转移到非肥胖无菌小鼠体内，2周后非肥胖小鼠就和肥胖小鼠一样，具

有更高的能量吸收的效率，并且其排泄物中能量更低，还具有明显的体重增加。由此可见，在营养摄人相同的条件下，肠道微生物几乎可以决定宿主的能量吸收。同时，肥胖小鼠富含早期降解多糖的酶．能经KEGG通路代谢淀粉、半乳糖、丁酸盐，有明显的体重增加。此外，肥胖小鼠肠道中含有更多的古生菌。

人体肠道几乎不含多糖消化酶，不能消化植物多糖，如纤维素、半纤维素、果胶、抗性淀粉等，而微生物将多糖降解为短链脂肪酸，二氧化碳和氢气。并且体内多余的葡萄糖，除少量合成糖原储存在肝脏和肌肉以外，大部分将合成脂酸和脂肪在脂肪组织中储存，所以，高血糖对于肥胖有促进作用。研究表明[9]，碳水化合物来源的能量，有1O％～15％依赖于肠道细菌的酵解。肠道细菌中拟杆菌门和厚壁菌门对肥胖有较大的影响。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。接种多形拟杆菌10d后的小鼠，其盲肠内己糖的浓度显著降低，说明细菌能促进宿主对单糖的吸收。这个结果和上面肥胖患者体内拟杆菌门含量少有些矛盾。厚壁菌门也具有降解人体所不能降解的多糖，为人体提供能量的作用。比如，直肠真杆菌(厚壁菌门)至少含有44种与抗性淀粉降解酶有关的基因。肠道菌群中的古生菌也对肥胖有一定得影响。古生菌是多糖代谢链的最后的微生物环节。嗜温产甲烷菌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[10]。对小鼠接种人体肠道内的产甲烷菌和拟杆菌后，与单一接种相比，提高了发酵的效率，从而显著提高了肥胖的发生率。

3.2肠道菌群与脂肪代谢

Backhed等人[5]通过对无菌小鼠、正常小鼠、和克隆了正常小鼠肠道菌群的无菌小鼠的研究，说明了肠道微生物与脂肪代谢的关系。无菌小鼠在食物消耗量增加的情况下，身体脂肪含量的增长却比定植菌群的小鼠低。他们研究认为，肠道菌群一方面增加对食物中多糖的利用，增加碳水化合物反应结合元件蛋白ChREBP/固醇反应元件结合蛋白SREBP的表达，它们是协同介导肝脏细胞对胰岛素和葡萄糖的反应并进行脂肪生成的转录因子，并使之与乙酰辅酶A羧化酶Acc1和脂肪酸合酶Fas（表达量也增加）结合，从而使甘油三脂在肝脏中积累，增加宿主肝脏脂肪合成；另一方面，肠道菌群能够抑制禁食诱导脂肪因子Fiaf（一种LPL-脂蛋白脂肪酶抑制因子）的表达，使脂蛋白脂肪酶LPL增

加，它可以催化肌肉和心脏脂肪的脂蛋白释放脂肪酸—甘油三脂，从而使得脂肪组织中积累甘油三脂。

该组人员[11]又通过实验解释无菌小鼠能够抵抗高脂食物诱导的肥胖的机理，这包括两个调控脂肪酸代谢的途径：无菌小鼠（1）提高了Faif的水平，诱导了过氧化物酶体增殖物激活受体辅助激活因子Pgc-1α（一种新型辅助转录激活因子,其与棕色脂肪细胞的分化及其生理功能关系密切,可能是新的减肥药物作用靶点）的表达，启动了脂肪氧化的代谢途径，即消耗了脂肪；（2）提高了AMP活化蛋白激酶（AMPK）及其下游参与脂肪氧化的靶点（乙酰辅酶A羧化酶等）的磷酸化水平，即提高了它的活性，打开了分解代谢途径，同时关闭消耗ATP的通路，即可分解脂肪。

可见，肠道菌群对脂肪的储存发挥了重要的作用。

3.3肠道菌群与慢性低水平炎症反应

最新研究表明[12]，肥胖症和胰岛素抵抗都被证明与全身的慢性低水平的炎症有关。肥胖发生后，由于巨噬细胞对脂肪组织的渗透和脂肪细胞自身产生炎症因子，使得脂肪组织发炎。巨噬细胞会聚集很多脂类，形成泡沫状细胞。脂肪细胞和巨噬细胞表现出同样的特征，即表达炎症因子、FABPs(脂肪酸结合蛋白)、核激素受体等。