肠道菌群功能及检测技术研究进程

肠道菌群功能及检测技术研究进程

摘要：大量的微生物存有于动物的胃肠内，在经过长期的进化与

选择之后，它们形成了一个动态的微生物系统。肠道菌群与机体的相

互作用对动物本身来说十分重要，近年来更是已经成为研究的热点问题。肠道菌群的功能主要体现在它对机体的生物屏障作用、营养作用、免疫作用等方面。肠道菌群的检测方法是研究肠道菌群的重点和难点

问题，当前主要技术有分离培养、质谱技术、宏基因组测序等。文章

结合大量文献资料，总结了当前肠道菌群功能的相关研究成果及研究

方法。

关键词：肠道菌群;菌群功能;检测技术;分离培养;质谱技术;宏

基因组测序

动物肠道内存有着大量的微生物，这些微生物在经过长期的进化

与选择之后逐渐形成了一个动态的微生物系统。文章从肠道菌群的生

物屏障作用、营养作用、免疫作用等方面介绍了肠道菌群功能，总结

了当前研究中常用的肠道菌群检测技术———分离培养、质谱技术、

宏基因组测序等，并对几种检测技术实行对比和分析，对未来可能的

研究发展方向实行预测。

肠道菌群，即肠道内的正常微生物。人体的肠道菌群是一个由近1014个微生物复合生态系统组成的复杂生态系统［1］。科学家对肠道微生物的研究能够追溯到1886年，当时已经有人发现了大肠杆菌并指

出其对消化的作用。后来又有学者提出了“梅氏假说”，即酸奶中所

富含的乳酸菌能够对肠道菌群产生作用，减少腐败菌在肠道中的生长。之后关于肠道菌群与机体关系的相关探索逐步加深，科学家们逐渐发

现肠道菌群对于宿主的重大影响，并称其为“被忽略的人体器官”。

动物肠道内存有着30属500多种细菌，主要为厌氧菌、兼性厌氧菌和

需氧菌，数量最多的为类杆菌、优(真)杆菌、消化球菌及双歧杆菌等

专性厌氧菌，占99%以上，其中仅类杆菌及双歧杆菌就占细菌总数的90%以上。其余还有数量较少的大肠杆菌、肠球菌、乳杆菌及韦荣小球菌，数量最少的葡萄球菌、魏氏梭菌、变形杆菌等。已有相关研究证实，肠道菌群既有“共性”，也有“个性”［2］，这主要体现在不同

宿主体内的微生物菌群组成情况上。不同个体相比，肠道菌群的主要

组成类群非常相近，并都可分为拟杆菌型、普氏菌型及瘤胃球菌型，

但微生物菌群的相对含量和菌株种类在不同个体间的差异却十分显著，其影响因素主要为生存环境［3］、年龄［4］、生理状况［5－6］等，除此之外饮食也是造成以上区别的一个重要原因，并且相对容易改变

和控制。在各种因素影响着肠道菌群组成结构的同时，肠道菌群也在

对宿主的各个方面产生不同水准的作用与影响。当前，肠道菌群已经

成为科学家们研究的重点与热点问题，并且已经有很多相关研究取得

了进展。

2.1生物屏障作用

肠道菌群的生物屏障作用即指颉颃外来致病菌的作用。早在1887年就已经有科学家观察到微生物之间具有颉颃作用，并利用这种颉颃

作用成功预防和治疗了家兔的炭疽病。1973年有人提出肠道菌群的减

少可导致仔鸡容易被致病性沙门氏杆菌感染。随着科学家对肠道菌群

的深入研究，证实了肠道菌群具有保护机体、抵御外来致病菌的作用。肠道菌群的这种功能又被人为地划分成生物屏障和化学屏障。生物屏

障即指肠道正常菌群定殖于肠道中，以此对外来致病菌的定殖占位造

成影响，使其无法在宿主体内定居生长和繁殖。而化学屏障是指肠道

菌群代谢产物(如乙酸、过氧化氢、细菌素等)对外来致病菌能够产生

致命作用或者能够减少其在肠道内的定殖。

2.2营养作用

肠道菌群的营养作用体现在多个方面。首先，其可消耗致病菌生

长所需要的各种营养物质，从而抑制外来致病菌的生长繁殖，并利用

宿主体内不存有的酶补充宿主在消化酶上的缺陷［7］。这种行为增强

了宿主机体对外来致病菌的抵御作用，并使得宿主对于各种营养物质

的吸收利用水平更强。其次，肠道的正常微生物(如双歧杆菌、乳酸杆

菌等)能合成多种人体生长发育所必需的维生素，如B族维生素(维生

素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12)、维生素K、烟酸、泛酸等，还能利用蛋白质残渣合成必需氨基酸，如天冬门氨酸、苯丙氨酸、缬

氨酸和苏氨酸等，并参与糖类和蛋白质的代谢，同时还能促动铁、镁、锌等矿物元素的吸收，这些营养物质对于宿主的机体来说是必需的，

它们的缺乏会导致机体功能失常。细菌还能够通过氧化、还原、水解

等反应使氨基酸脱氨产生氨、二氧化碳，以及乙酸、丙酸、丁酸、丙

酮酸、琥珀酸等有机酸。

2.3免疫作用

肠道是动物与外界环境接触最多的器官之一，也是机体最大的免

疫器官。肠黏膜中分布着超过全身半数的淋巴组织。肠道中定殖了大

量的微生物。肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障与生物屏障。肠道

正常菌群对肠黏膜免疫屏障功能的调控扮演着双重角色。一方面，肠

道菌群作为抗原对肠黏膜存有潜在的危害;另一方面，肠内寄生菌可为

肠黏膜细胞提供某些营养成分，维持肠道菌群平衡，激活肠道免疫系

统［8］。除此之外，动物肠道菌群作为抗原物质还能促动宿主的免疫

器官发育，增加T、B淋巴细胞的数量，产生非特异性免疫作用;通过

对宿主免疫系统的持续刺激，使其产生免疫反应来增加机体的免疫水

平［9］。例如双歧杆菌，它是动物肠道内数量最多的有益菌，含有肠

道寄生菌共同抗原，能够影响黏膜免疫的主要效用因子分泌性球蛋白，在对机体的特异性与非特异性免疫上影响巨大［10］。已经有相关研

究证明减少接触微生物的机会，会导致慢性炎性疾病的增多，并指出

这可能是导致机体免疫调节缺陷的一个重要原因。菌群失调时，会导