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2016,照亮肠道微生物的十大重磅研究

作者:应雨妍 来源:奇点 日期:2017-01-04
导读

          过去的一年里,有点夸张的说,几乎每周都有肠道微生物的重磅研究刊登在各个顶级期刊上,但是,就像老编辑BioTalker同志曾经在文章里说的,肠道微生物与疾病相关性的研究非常多,但是鲜有研究能说出背后的原因。这就意味着,科学家知道肠道微生物与健康有关,但是存在什么样的因果关系,目前还不清楚。

关键字:  肠道微生物 

        过去的一年里,有点夸张的说,几乎每周都有肠道微生物的重磅研究刊登在各个顶级期刊上,但是,就像老编辑BioTalker同志曾经在文章里说的,肠道微生物与疾病相关性的研究非常多,但是鲜有研究能说出背后的原因。这就意味着,科学家知道肠道微生物与健康有关,但是存在什么样的因果关系,目前还不清楚。

        但即使如此,每当我们看到一个充满了“进步意义”的研究时,我们都会为这可能只是一点“微小的改变”而感到高兴。带着这样的心情,小编为大家盘点了过去一年里,肠道微生物领域发生的那些“你可能注意到也可能没注意到的”十大研究。

1、一项会改变剖宫产认识和剖宫产流程的研究

        自1985年以来,国际医疗界一直认为“理想的”剖宫产率是10%至15%。为什么要控制剖宫产的比例呢?因为已经有不少研究证明,通过剖宫产降生的宝宝日后患肥胖、免疫力低下、哮喘等疾病的风险要高于经产道生产的婴儿,而这些疾病在很大程度上是跟肠道微生物有一定关联的。

        所以怎么用“微生物的办法”来解决这个问题呢?在2月1日,《自然 医学》杂志上刊登了Dominguez-Bello的研究成果:对于剖宫产婴儿,如果在产后立即用妈妈阴道的微生物擦洗嘴部、脸部和身体,就可以部分恢复肠道微生物菌群。对于接受这种擦洗的4个婴儿,他们的肠道微生物在30天的时间内发生了变化,出现了妈妈的阴道菌群。

 

        用妈妈阴道的微生物擦洗小婴儿的嘴部、脸部和身体

        虽然这个实验只有4个观察对象和30天的观察期,但是的确是为研究人员“开了脑洞”,Dominguez-Bello在这个试验后也还在继续,她正在跟踪另外75个受试者,希望用 1年的时间得到更确切的答案。另外,她还有一个更长远的计划,希望能招募1200个受试者,观察3-5年的时间,探索她们的处理方法对受试者过敏和哮喘发病率的影响。如果Dominguez-Bello的研究成果奏效,这必将成为一个改写人类生殖史的技术。

2、肠道寄生虫居然能治病?!

        在今年的4月份,纽约大学朗格尼医学中心(NYU Langone Medical Center)的研究人员在顶级期刊《科学》上刊登了让人震惊的研究成果——肠道中的寄生虫可以改变肠道菌群平衡,或可预防肠胃疾病!

        这种寄生虫叫做Trichuris muris,在给小鼠喂食了寄生虫之后,发现炎症性肠病(IBD)小鼠体内发生了三种变化:第一,IBD常见的肠道细胞异常现象消失了;第二,两种炎症指标水平下降了;第三,IBD小鼠肠道微生物菌群发生了变化,Bacteroides菌群的数量骤降,Clostridiales的数量上升,而在吉隆坡居民中做的调研也证实了肠道寄生虫会改变肠道菌群,这倒是意外的为人类的肠道健康做了贡献。

 

        为什么会发生这些变化?寄生虫与“炎症B菌”和“健康C菌”之间到底发生了什么?是不是还有其他对人体有益的寄生虫?这些问题目前还不清楚,这种现象背后的机理,还有待未来进一步的研究。

3、一个“老套”但又很重要的研究:个人的生活方式对肠道菌群会产生巨大影响

        格罗宁根大学医学中心的研究人员通过一项大规模的研究揭示了食物和药物对人体肠道微生物的影响。研究人员收集了参与“生命线(LifeLines)计划”的1100多名志愿者的粪便样本和饮食、用药以及健康状况等信息,“生命线计划”是针对荷兰北部16.5万居民的健康状况所开展的一项监测计划。

        研究人员对粪便样本进行了DNA分析,结合收集到的其他信息,发现饮食对肠道菌群会产生影响,比如喝咖啡及葡萄酒会增加肠道菌群的多样性,而全脂牛奶和高热量的饮食则会降低菌群的多样性。

 

        在研究中,研究人员发现了60种饮食因素和至少19种药物会对肠道微生物产生影响,比如抗生素和二甲双胍都会使肠道微生物多样性减少。研究的通讯作者Wijmenga呼吁大家,除了基因等不可改变的因素之外,我们应该对饮食习惯和药物服用习惯等进行调整,保护我们肠道微生物的多样性。

        文章检索:Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity

4、肠道微生物竟然是控制我们胖瘦的“幕后黑手”!

        6月,耶鲁大学医学院的研究人员在《自然》杂志上发表研究,几近完美地解释了「肠道菌群究竟是如何引起肥胖的?」这一困扰学界多年的问题。近十年来的研究证明,短链脂肪酸作为肠道微生物的一种代谢产物,可能是肥胖的罪魁祸首。在这些研究的基础上,耶鲁大学的Gerald I Shulman教授对短链脂肪酸展开了研究,最终发现醋酸盐(acetate)是导致肥胖的关键所在。

        通过在小鼠体内的探索,研究人员最终梳理出了肠道微生物失衡引起肥胖的全过程。高热量食物在进入肠道后,在微生物的发酵作用下,产生大量的醋酸盐,被肠道吸收,随血液循环穿过血脑屏障,进入大脑,激活副交感神经系统。副交感神经会给胰岛发出分泌胰岛素的指令,于是β细胞开始大量分泌胰岛素,细胞启动储存能量的程序;同时,它还会给胃发出释放饥饿激素(ghrelin)的指令,饥饿激素大量产生,饥饿感随之而来。长此以往,肠道微生物失衡的小鼠会食量越来越大,慢慢变得肥胖,还会出现胰岛素抵抗这种前兆糖尿病现象。

 

5、仅靠一种肠道微生物就能逆转自闭症患者的症状?

        美国贝勒医学院的研究人员发现,缺乏一种特定的肠道微生物会导致小鼠社交能力不足,这些社交能力不足正是人类自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)的症状。通过将这种微生物添加到受影响的小鼠肠道中,研究人员逆转了这些小鼠的社交行为问题。

        利用全基因组测序,研究人员发现,这种微生物是罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri),有趣的是,研究人员发现罗伊氏乳杆菌也促进“融合激素” 催产素(oxytocin)的产生,而过去的研究已经证明催产素在社交行为中发挥着关键性作用,而且与人类自闭症相关联。这个研究如果在人类患者的身上也得到了验证的话,那么也就为益生菌介入治疗人类神经发育障碍奠定了一定的基础。

 

        文章检索:Microbial Reconstitution Reverses Maternal Diet-Induced Social and Synaptic Deficits in Offspring

6、焦虑?抑郁?还是肠道微生物在捣鬼

        在2016年的美国微生物学会微生物年会上,美国东北大学的微生物学家公布了一个惊人的消息:人体内一种肠道微生物KLE1738有个“变态”的饮食习惯,它们必须要以食用帮助我们缓解焦虑和抑郁的物质GABA(γ-氨基丁酸)为生!GABA是我们中枢神经系统重要的抑制性神经递质,大约40%以上的中枢神经突触用GABA传递信号,当GABA的水平降低时,人就会感到焦虑、抑郁和疲倦。

 

        KLE1738在过去的研究中一直处于“隐身状态”,在实验室培养不出来,所以研究人员一直没能“抓住它”。而这次研究的领导者Philip Strandwitz因为在海洋微生物中发现过微生物的“共生行为”,他就把这个灵感带到了肠道微生物中,也就“恰好”发现了KLE1738的生长需要Bacteroides fragilis KLE1758的帮助,进而在培养液成分的试验中发现了原来KLE1738必须以GABA为食才能生长。

        对于这一发现,许多研究人员认为,这或许有助于解释为何肠道微生物似乎会影响心情,以及引起一系列神经性疾病。奇点糕也在想,即使微生物治疗不能从根本上治愈精神疾病,但Strandwitz的研究成果也是相当有价值的,因为这种方法极有可能大幅改善患者的生活质量。

7、肠道病原菌借着修复组织的免疫反应的“东风”茁壮成长

        在9月16日的《科学》杂志中,加州大学戴维斯分校的研究人员指出了病原体是如何改变肠道中的无氧环境,以利于自己增殖的。肠道致病菌会损伤肠壁,而免疫系统为了修复损伤,会加速上皮细胞的分裂,这些新的不成熟的细胞含有较多的氧气,使得肠道内的含氧量增加,这就让病原体“钻了空子”,大量繁殖。

 

        研究的通讯作者Andreas B?umler认为这个研究是非常重要的,因为它解释了肠道致病菌是如何得到“活下去所需要的”氧气的,而且也为防止有害细菌在肠道内“泛滥”提供了一个新的靶点。

        文章检索:Virulence factors enhance Citrobacter rodentium expansion through aerobic respiration

8、低膳食纤维的饮食习惯,会导致有益肠道微生物「变节」,损伤肠道黏膜

        大量的研究已经表明,每天摄取一定量(100克以上)的膳食纤维是有助于身体健康的。不过可能大家都觉得不吃也不会有什么大问题,毕竟它还是没有肉好吃嘛。但是!这个研究就告诉我们,事情可没那么简单,你不吃膳食纤维,那你的肠道微生物就要“吃你”了!

        研究人员将14种无害或者是有益的肠道微生物移植给无菌小鼠,然后用我们熟悉的“控制变量法”,将膳食纤维含量不同的食物喂给小鼠,同时还用有害的病原菌去感染小鼠,最后观察不同的饮食条件下,小鼠肠道黏膜的损伤程度。

 

        结果呢,那些食物中谷物和蔬菜等膳食纤维含量为15%的小鼠,肠道黏膜很厚实;而不含膳食纤维(哪怕仅仅只有几顿饭)的小鼠肠道黏膜很薄,且残缺不全,与此同时,这一组小鼠肠道中能降解肠道黏膜的有益微生物数量激增,直接导致肠道黏膜千疮百孔。不仅如此,如果偷懒想用可溶性膳食纤维补充剂来弥补的话,也是没有用的,肠道微生物们根本“不认这一套”,所以大家还是好好吃点含有膳食纤维的蔬菜水果吧。

9、肠道微生物竟然是帕金森病背后隐藏了200年的“致病幽灵”

        12月1日,加州理工学院的Sarkis Mazmanian教授在国际顶级期刊《细胞》杂志上发表了文章,阐述了肠道微生物与帕金森病的联系。研究人员通过三个实验证明了,肠道中特定种类微生物的分泌物会与α-突触核蛋白(αSyn)“携手”导致帕金森病病发。

 

        研究人员在试验中发现健康人与帕金森患者的肠道微生物中,有十几个属存在差异,他们接下来的研究内容之一就是准确地鉴定出是哪种或者哪几种微生物在起着作用,以便将它们变成治疗的“靶点”。

10、肠道微生物分泌蛋白可以提高胰岛素水平

        在刚刚过去的12月,俄勒冈大学的著名生物学家Karen Guillemin教授带领她的团队在《eLife》杂志上发表了一个重要的成果:唯一能够分泌胰岛素的β细胞的生长分裂可能是由肠道微生物控制的!

        他们以斑马鱼为实验对象,首先通过比较肠道有菌的斑马鱼和无菌斑马鱼胰岛β细胞的情况和“血糖水平”巩固了“前人”的研究,确认肠道微生物与糖尿病之间的确存在关系。接下来,他们又通过逐一的实验发现了三种气单胞菌属(Aeromonas)细菌和一种希瓦氏菌属(Shewanella)细菌可以让无菌斑马鱼的β细胞恢复到正常斑马鱼的水平。

 

        在得到了这个结果后,研究人员们层层筛选,从四种菌中确定了三种,又从三种细菌分泌的蛋白质中确定了一个被取名为BefA的蛋白,实验证明,当BefA基因被敲掉之后,细菌就不能促进β细胞分裂了。此外,他们还在人的肠道内找到了几种肠道微生物,可以分泌跟BefA蛋白很像的蛋白,只是相似度不一样。在用相似度最高和最低两种蛋白处理肠道无菌的斑马鱼后,研究人员惊喜地发现,斑马鱼的β细胞同样可以恢复到正常水平。这暗示着,人体内也是极有可能存在类似的现象的。

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