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[转载]拟杆菌属——只有在正确的位置和合适的丰度下才是有益菌

已有 368 次阅读 2021-7-16 14:14 |系统分类:科普集锦|文章来源:转载

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拟杆菌(bacteroides)——重要的基石菌属,存在于人类肠道中,它们与人类具有共生关系。它们有助于分解食物并产生身体所需的营养和能量。然而,当拟杆菌进入到除胃肠区域以外的身体部位,可引起或加剧脓肿等感染



初识拟杆菌


拟杆菌是革兰氏阴性、不形成孢子、厌氧和杆状细菌,是人类常驻菌群。它们具有外膜、肽聚糖层和细胞质膜。无氧呼吸的主要副产物是乙酸、异戊酸和琥珀酸。


结构——外膜囊泡OMV 


拟杆菌的外膜囊泡 OMV可能对人类宿主的健康和疾病都有贡献。OMV 的水解酶在肠道微生物生态系统中发挥着关键作用。


拟杆菌外膜囊泡 (OMV) 的结构

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Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021         

OMVs的成分有助于分解复杂的多糖、蛋白质和脂质,从而支持其他细菌的生长和维持肠道内稳态

这些囊泡可以成为致病性载体,长距离储存和运输毒力因子。


代谢特性


拟杆菌参与人体结肠中许多重要的代谢活动,包括碳水化合物的发酵含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化。大多数肠道细菌是糖酵解的,也就是说它们通过碳水化合物分子的水解获得碳和能量。此外,拟杆菌可以提供一定程度的保护,以免受侵入性病原体的侵害。




拟杆菌在不同人群中的分布


儿童肠道


在新生婴儿中,拟杆菌的流行程度取决于出生方式和前五个月饮食类型。在6-12个月间,拟杆菌是最普遍的菌群;其他菌群数量可能在幼年时期增加。


出生方式:拟杆菌在阴道分娩的婴儿的肠道中普遍存在。


饮食:与母乳喂养相比,用配方奶喂养的婴儿中拟杆菌属的百分比较


通过 16S rRNA 测序分析了美国德克萨斯州 7-12 岁儿童的肠道微生物组,健康儿童中,拟杆菌属平均占近 40%.


而在成年人肠道中,普通拟杆菌Bacteroides vulgatus和溶木聚糖拟杆菌Bacteroides xylanisolvens比在儿童中更多。


下面我们来看成年人肠道中拟杆菌会怎样变化?受哪些因素影响?


成年人肠道


多种因素会影响成年人肠道中拟杆菌丰度,例如饮食、环境、抗生素的使用等。


饮食模式:


纯素、素食和杂食饮食模式下,拟杆菌丰度不同。

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Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021


对来自意大利四个不同地点的 153 名健康志愿者(51 名素食者、51 名素食者和 51 名杂食者)的粪便微生物群进行检测,脆弱拟杆菌纯素食者和素食者中的含量较,但在杂食性参与者中非常普遍。16S rRNA基因V3区数据显示,B.salersiae和B.salanitronis在杂食性群体中普遍存在,而B.vulgatus在素食者中普遍存在,B.salersiae在纯素食者中普遍存在。


地理位置:


已经证明,拟杆菌在生活在西方国家(北美和欧洲)的人肠道中普遍存在,因为西方饮食中的脂肪和蛋白质含量通常很高。一般来说,在亚洲,脂肪和蛋白质的消耗量较少,碳水化合物(大米小麦等)较多。


总的来说,在成年人肠道中,饮食模式是影响拟杆菌丰度的重要因素。


以上我们可以看到,不同人群肠道中拟杆菌含量是各不相同,那拟杆菌究竟是好还是不好?


其实,拟杆菌在人体中扮演着多重角色




拟杆菌作为对人类有益的菌



广泛消化膳食纤维多糖和宿主聚糖的能力


在结肠中,许多营养物质尤其是单糖,已经在小肠中被吸收和消耗。其余的营养成分由长链多糖和低聚糖组成,它们不易被结肠上皮细胞吸收,并抵抗宿主酶的消化。为了这一点仅剩的营养成分,拟杆菌使出了武器——淀粉利用系统


拟杆菌的多糖利用位点为许多碳水化合物的获取和代谢的启动提供了主要的蛋白质机制


拟杆菌的淀粉利用系统(Sus)

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Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021


SusC 是一种 TonB 依赖性转运蛋白,与淀粉结合脂蛋白 SusD、SusE 和 SusF 协同工作。这些脂蛋白在结合和固定细胞外淀粉聚合物方面发挥作用。随后,α-淀粉酶 SusG 将淀粉降解为较小的寡糖,通过 SusC 进入周质。在周质中,SusA(α-淀粉酶)和 SusB(α-葡萄糖苷酶)将低聚糖分解成麦芽糖和葡萄糖。这些二糖和单糖通过糖转运渗透酶转运到细胞质中。 


该系统使拟杆菌在竞争性肠道环境中具有优势,并且还有助于附着在粘液聚糖上。



互利共赢——多糖利用位点PUL 介导的菌群交叉喂养


拟杆菌属使用PUL机制使它们能够参与与其相邻微生物的物种间交叉摄食关系。


多形拟杆菌对细枝真杆菌(Eubacterium ramulus)黄酮类化合物的降解和丁酸盐的产生有影响。


多形拟杆菌似乎缺乏降解槲皮素的代谢机制,而细枝真杆菌则缺乏降解淀粉的能力。多形拟杆菌代谢淀粉(PUL介导),并向细枝真杆菌提供麦芽糖和葡萄糖。在这些糖的存在下,细枝真杆菌可以降解槲皮素,同时将葡萄糖发酵成丁酸盐。


这种PUL介导的种间交叉摄食过程不仅有利于肠道居民获得所需的营养物质,而且对人类健康也可能起到有益的作用。


注:类黄酮是一种酚类化合物,存在于水果和蔬菜中,是植物的次生代谢产物。槲皮素是自然界中含量最丰富的黄酮类化合物之一。它有许多健康的好处,抗病毒,抗炎,抗氧化和抗癌。

肠道微生物群,包括细枝真杆菌,在降解过程中裂解槲皮素的C环,并释放3,4-二羟基苯乙酸,它在结肠癌细胞中具有抗增殖活性。



通过荚膜多糖A进行免疫调节 


拟杆菌属是人类免疫系统免疫调节的关键参与者。荚膜多糖 A (PSA) 的免疫调节作用已成为广泛研究的主题。


——脆弱拟杆菌的PSA 有益效果:


(i) 刺激、发育和免疫系统的稳态

脆弱拟杆菌的PSA 影响 CD4+T细胞发育,调节 T 辅助细胞 (Th1/Th2) 的免疫平衡,并激活免疫调节 IL-10.

(ii) 预防细菌和病毒感染

脆弱拟杆菌的 PSA 可能在病毒感染期间提供强大的保护性抗炎反应


通过产生短链脂肪酸维持稳态  


不同拟杆菌分泌的代谢物有助于维持免疫系统的稳定。这些物种是人体肠道中短链脂肪酸的主要产生者,主要以乙酸和丙酸的形式存在,对维持肠道内稳态很重要。


乙酸盐和丙酸盐都是有效的抗炎介质,因为它们抑制中性粒细胞和巨噬细胞释放促炎细胞因子


丙酸盐诱导人结肠癌细胞凋亡的抗癌作用


丁酸盐增加肠道紧密连接蛋白的表达,以降低潜在的肠道通透性。这反过来又减少了与肠道渗漏相关的炎症和内毒素血症。


通过合成维生素K防治骨质疏松 


在人类肠道中,拟杆菌属是维生素K的主要合成菌。它可以通过增加骨矿物质密度来预防或治疗骨质疏松症。


与神经发育相关 


强有力的证据表明,一岁时肠道细菌成分中拟杆菌属含量高婴儿,一年后在认知和语言方面发育更好,尤其是男性婴儿

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缺乏拟杆菌与抑郁症相关


拟杆菌在心理健康中发挥的作用比我们意识到的要重要得多。


有研究发现,缺乏拟杆菌抑郁症之间存在明显的联系。


为什么拟杆菌缺乏会导致抑郁?


拟杆菌在 GABA 的产生中发挥着重要作用。


——GABA是什么?


γ-氨基丁酸(GABA)被称为抑制性神经递质。大脑中超过三分之一的突触使用GABA,这种神经递质对许多大脑功能至关重要。


当神经元发狂时,就像一只小猴子四处乱窜,所到之处都造成伤害。当兴奋的神经元进行破坏时,你的内部系统就会紊乱。当你的内心愤怒时,你就会将这种悲伤投射到外部,引发抑郁

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GABA可以找到过度兴奋的神经元并与之结合。也就是说,GABA会对神经元产生镇静作用。


在深入研究肠道-大脑连接的过程中,科学家们意识到GABA依赖拟杆菌来实现最大生产水平。


Evtepia gabavorous——只吃GABA的细菌

“Evtepia”在拉丁文中有“特别,极为”的意思,“gabavorous”在英文中有“以GABA为食”的意思,该名字的含义就是极度依赖GABA为食


所以如果没有拟杆菌这样的菌来生产GABA,那么GABA就被Evtepia gabavorous吃光,而体内缺乏GABA会导致焦虑,忧郁,不安等情绪。


特定拟杆菌低与冠状动脉疾病相关 


人粪便16SrRNA测序显示,冠状动脉疾病患者中普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus)和多氏拟杆菌(Bacteroides dorei)的丰度显著降低


普通拟杆菌和多氏拟杆菌灌胃可减轻动脉粥样硬化易感小鼠的动脉粥样硬化病变形成显著改善内毒素血症,减少肠道微生物脂多糖的产生,有效抑制促炎免疫反应


此外,冠状动脉疾病患者的粪便脂多糖水平显著升高,并与普通拟杆菌和多氏拟杆菌丰度呈负相关。


拟杆菌过低会导致炎症性肠病


多项研究报告了炎症性肠病 (IBD) 与拟杆菌的菌群失衡之间的关联。


来自63篇文章,其中9篇包含了足够的数据进行评估:


活动期克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)患者拟杆菌平均水平明显低于正常对照组。缓解期CD和UC患者拟杆菌水平明显低于对照组。CD和UC患者活动期的拟杆菌水平甚至低于缓解期。这一分析表明,较低水平的拟杆菌IBD有关,尤其是在活动期。


综上,拟杆菌缺乏与一些疾病相关,拟杆菌的重要程度不言而喻。但是别忘了


拟杆菌还有它的另一种身份——致病菌。



拟杆菌作为对人类有害的菌


当拟杆菌能够逃到肠道以外的身体其他部位时,它们就会充当病致病菌,导致脓肿和其他感染。


尤其是以下几种情况更易发生细菌易位:


  • 免疫系统受损

  • 肠道屏障破坏(肠漏)

  • 手术损伤

  • 过度使用抗生素

  • 衰老



肠道外拟杆菌引起的感染 


拟杆菌会引起中枢神经系统、头部、颈部、胸部、腹部、骨盆、皮肤和软组织的感染

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Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021


腹内的:

脓疡(大多为多细菌感染),伴有内脏破裂、肠道手术(特别是脆弱拟杆菌)

肝脓肿(尤指解剖或结石异常)

胰腺假性囊肿感染


中枢神经系统:

脑脓肿常与其他细菌有关,是慢性鼻窦炎、慢性中耳炎的结果

硬膜下积脓症

硬膜外脓肿


口腔、上呼吸道:

牙脓肿、牙周炎、扁桃体周围脓肿(伴其他细菌)、鼻窦炎(慢性)、腮腺炎(不常见)。


肺:

吸入性肺炎或坏死性肺炎、肺脓肿、脓胸


泌尿生殖系统:

巴氏腺囊肿,盆腔炎,管腔脓肿,子宫内膜炎,绒毛膜羊膜炎,妇产科术后伤口感染


血液:

1/2 ~ 2/3 的病例是腹内


皮肤/软组织:

人/动物咬伤,手术后,坏死性筋膜炎;褥疮和糖尿病溃疡


骨:

骨髓炎,特别是与褥疮、其他局部污染有关的多细菌感染


治疗


任何脓肿的外科引流都是确保药物渗透的关键。


为了防止手术伤口的拟杆菌污染,可以使用围手术期抗生素,如头孢西丁。


甲硝唑是治疗脆弱芽孢杆菌感染的首选抗生素。



拟杆菌的致病机制是怎样的?


拟杆菌的毒力因子 


拟杆菌属拥有一些细菌中最复杂的多糖荚膜系统,由至少八种不同的多糖 (PSA – PSH) 组成。拟杆菌属的脂多糖缺乏O抗原,其毒性大约是大肠杆菌脂多糖的1000倍


脆弱拟杆菌毒素是拟杆菌属中研究最深入的毒力因子之一。它以三种亚型存在 [ BFT-1,BFT-2,BFT-3 ]。


其中,BFT-2最有可能引起组织损伤。在人类分离株中,BFT-1是最常见的毒素变异,而BFT-3在东南亚有地理上的倾向。


氧化应激反应作为毒力因子 


拟杆菌是肠道中的居民,暴露在不同浓度的氧气中。在肠外感染期间,拟杆菌转移到氧合程度更高的腹腔(高达7%的氧气),在那里宿主的免疫反应会产生额外的氧化应激。


存活氧化应激的能力是一个关键的毒力因子,因为病原体必须能够抵御宿主的氧化反应。这种增加的耐气性是通过各种氧化还原酶(包括过氧化氢酶、过氧化物酶和硫氧还蛋白)的作用实现的。此外,转录因子OxyR对许多参与氧化应激反应途径的基因的诱导起着关键作用。




肠道内拟杆菌在疾病中作用



拟杆菌在肿瘤发生中的作用 


肠道菌群失调更容易发生癌症,因为病原体会对宿主的生理、代谢和免疫系统产生负面影响,从而促进肿瘤的生长。已有研究表明,肠道菌群失调与宿主体内局部和远端肿瘤的生长显著相关。


精胺氧化酶活性的氧化产物是亚精胺、活性氧、过氧化氢和醛、3-氨基丙醛,每一种都有可能产生细胞损伤加重发病机制脆弱拟杆菌可以激活宿主的精胺氧化酶,进而产生过氧化氢和其他活性氧,导致DNA损伤,增加癌症的发病率


结直肠癌:


脆弱拟杆菌是人类结肠直肠癌的主要启动子和促进剂。脆弱拟杆菌毒素引发的细胞事件导致结肠上皮细胞增殖、粘膜炎症和潜在的转移。

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Hassan Zafar et al., Gut Microbes,2021


乳腺癌:


在对健康妇女和浸润性乳腺癌患者的肠道微生物组进行比较时,发现癌症患者拟杆菌水平的增加。


肠道微生物分泌的几种生物活性代谢物可影响免疫细胞功能和乳腺癌细胞生长。在这些代谢产物中,短链脂肪酸、石胆酸、激活的雌激素和cadverine可引起乳腺癌上皮间质转化并调节线粒体代谢。而拟杆菌是这些代谢物的高效生产者。


拟杆菌和自身免疫性疾病  


在某些条件下,某些肠道微生物可能引起自身免疫情况。据推测,人体中细菌和病毒蛋白质的分子模仿可能导致自身免疫疾病。


自身免疫性炎症性心肌病是一种心肌炎症与心肌功能受损相关的疾病。最近研究表明,多形拟杆菌可能在这种情况的发生中发挥重要作用。


多形拟杆菌编码一种交叉反应的β-半乳糖苷酶模拟肽,它能激活肠道中的肌球蛋白特异性T细胞。肠道内发生的炎症导致免疫细胞迁移到心脏,从而引发自身免疫并伴有心肌病。




如何调节拟杆菌?


饮食改变拟杆菌丰度


增加肠道中拟杆菌数量的最好方法是增加纤维和抗性淀粉的摄入量——所以多吃含低聚果糖的多叶蔬菜、豆类、种子、坚果等。


此外,动物蛋白食物等饮食习惯也会导致拟杆菌数量增加。


但是拟杆菌并不意味着越多越好。


肠道菌群检测


假如拟杆菌过度生长,很难除去,且占据其他菌群的生长空间,导致肠道菌群失衡,因此,不能随意服用补充剂使其疯狂生长。我们需要将其控制在一定范围,肠道菌群检测可以用来确定体内是否真的需要补充,是否已经超标,从而更好地了解自身菌群现状,结合症状干预是一种更好的选择。



相关阅读:

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双歧杆菌:长双歧杆菌

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主要参考文献:

Solomkin JS, Mazuski JE, Bradley JS, et al. Diagnosis and management of complicated intra-abdominal infection in adults and children: guidelines by the Surgical Infection Society and the Infectious Diseases Society of America. Surg Infect (Larchmt). 2010;11(1):79-109.

Alauzet C, Lozniewski A, Marchandin H. Metronidazole resistance and nim genes in anaerobes: A review. Anaerobe. 2019;55:40-53.

Sukhpreet K. Tamana, Hein M. Tun, Theodore Konya, Radha S. Chari, Catherine J. Field, David S. Guttman, Allan B. Becker, Theo J. Moraes, Stuart E. Turvey, Padmaja Subbarao, Malcolm R. Sears, Jacqueline Pei, James A. Scott, Piush J. Mandhane & Anita L. Kozyrskyj (2021) Bacteroides-dominant gut microbiome of late infancy is associated with enhanced neurodevelopment, Gut Microbes, 13:1

Hassan Zafar & Milton H. Saier Jr (2021) Gut Bacteroides species in health and disease, Gut Microbes, 13:1

Yoshida Naofumi,Emoto Takuo,Yamashita Tomoya et al. Bacteroides vulgatus and Bacteroides dorei Reduce Gut Microbial Lipopolysaccharide Production and Inhibit Atherosclerosis.[J] .Circulation, 2018, 138: 2486-2498.

Wexler HM. Bacteroides: the good, the bad, and the nitty-gritty. Clin Microbiol Rev. 2007;20(4):593–621.

Flint HJ, Scott KP, Duncan SH, Louis P, Forano E. Microbial degradation of complex carbohydrates in the gut. Gut Microbes. 2012;3(4):289–306.

Foley MH, Cockburn DW, Koropatkin NM. The Sus operon: a model system for starch uptake by the human gut Bacteroidetes. Cell Mol Life Sci. 2016;73(14):2603–2617. 

Gao K, Xu A, Krul C, Venema K, Liu Y, Niu Y. Of the major phenolic acids formed during human microbial fermentation of tea, citrus, and soy flavonoid supplements, only 3,4– dihydroxyphenylacetic acid has antiproliferative activity. J Nutr. 2006;136(1):52–57.

Houghteling PD, Walker WA. Why is initial bacterial colonization of the intestine important to infants’ and children’s health? J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2015;60(3):294–307. 


本文转自:谷禾健康



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