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[转载]广泛存在于人群的双面使者——Prevotella copri与疾病和健康

已有 77 次阅读 2025-6-9 15:48 |系统分类:科普集锦|文章来源:转载

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普氏菌(Prevotella copri)是普雷沃氏菌属(Prevotella)的主要物种之一,在人群中广泛存在,尤其是在口腔和胃肠道中。它是一种革兰氏阴性厌氧、非孢子形成细菌,是许多个体胃肠道中重要的参与者之一。

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注:谷禾数据库显示超过98%的人群肠道粪便样本检出该物种

Prevotella copri(简称P.copri)最引人注目的特性在于其复杂碳水化合物代谢能力。它拥有丰富的多糖利用位点(PUL)和碳水化合物代谢酶基因,能高效降解多种植物来源的复杂多糖,将难消化的膳食纤维转化为琥珀酸、短链脂肪酸等对宿主有益的代谢物。P.copri还参与胆汁酸的代谢支链氨基酸的合成,这些能力使其成为连接饮食与人体健康的关键纽带。

需要注意的是,P.copri并非单一物种,而是由四个主要分支构成的,这些分支之间存在许多差异。这种多样性赋予了它在不同人群中表现出截然不同生理功能的能力P.copri如同一位神秘的双面使者,既能守护宿主健康,又可能在特定条件下与疾病相关

类风湿性关节炎患者中,它的丰度异常增高;而在食物过敏、慢性荨麻疹患者中,其丰度却降低。携带P. copri的母亲所生婴儿发生食物过敏的风险较低,而胆汁淤积患者补充P.copri症状明显改善

这种现象背后,是宿主饮食模式肠道微环境菌株差异以及与其他菌群的交互作用等多重因素共同作用的结果。饮食尤为关键——高纤维饮食促进P.copri增长并发挥有益作用,而高脂高糖饮食则抑制其丰度。这或许解释了在不同文化和饮食背景下的人群中,它表现出截然不同的健康相关性

让我们一起来认识一下这一奇特的物种。

P.copri的基本信息

▸细胞形态

Prevotella copri是一种革兰氏阴性杆状细菌,不产生孢子、无运动能力、无色素产生。其专性厌氧,暴露在空气中仅4小时,菌量就会下降3-4个数量级。

在(EG)琼脂培养基上形成白色、圆形、凸起的菌落。

DNA的G+C含量为45.3 mol%(模式菌株CB7T)

▸生长环境

P.copri需要在严格厌氧环境下生长,最适生长温度为37℃,适宜pH为5.5-7.2(pH低于5.5时生长受限)。

注:P.copri对CO2或碳酸氢盐有较强依赖性(这可能是与Bacteroides属的重要区别)。

P.copri广泛存在于人类肠道中,是肠道共生菌,也存在于女性阴道区域。在肠道微生物组中被归类为"Prevotella肠型"的代表菌种。

高纤维饮食人群中更丰富

西方饮食可能导致其丰度下降,在非西方人群中丰度更高,其分布与高纤维饮食密切相关,此类饮食能促进P.copri的丰度及其碳水化合物分解能力。其丰度还会随宿主年龄发生变化

▸遗传多样性与分型

分型:P.copri不是单一物种,而是由四个主要分支构成的复合体,这些分支之间存在超过10%的基因组差异。这种分支差异可能解释了P.copri疾病中呈现的双向性影响

P.copri复合体的四个不同分支

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doi: 10.1016/j.chom.2019.08.018.

功能多样性:不同分支在碳水化合物代谢药物代谢等方面存在显著差异,且与宿主的饮食结构密切相关。

多样性分布:非西方人群中P.copri多样性与丰度更高多分支共存更为普遍,而西方饮食可能是导致其多样性降低的因素。

▸代谢能力

能够代谢多种复杂植物多糖

P.copri具备丰富的多糖利用位点(PUL)和碳水化合物代谢酶基因,能高效降解多种植物来源的复杂多糖,如阿拉伯糖、果胶半乳聚糖、阿拉伯木聚糖和菊粉,将膳食纤维转化为琥珀酸短链脂肪酸和其他代谢物。

注:P.copri的PUL具有菌株特异性,使其能专一性地分解人类肠道中各种植物源(非动物源)多糖

主要能量和碳代谢途径基于糖酵解和从富马酸盐(fumarate)产生琥珀酸(succinate),丙酮酸可被降解为乙酸和甲酸

富含纤维的饮食能促进其生长,高脂饮食减少其丰度

研究表明P.copri富含植物或纤维的饮食中丰度更高,特别是非西方、地中海或非洲农村饮食中。实验证明葡萄糖迅速促进其生长,小麦阿拉伯木聚糖则以剂量依赖方式缓慢促进生长,而含阿拉伯木聚糖的麦麸提取物也有促进作用;但淀粉和羧甲基纤维素则无明显促进效果

西方饮食(高脂肪、高糖、低纤维)通常降低P.copri丰度,尽管有研究发现其在高蛋白西方饮食中丰度增加。这种差异可能反映了P.copri菌株间的代谢多样性:某些菌株专门降解碳水化合物和纤维,而另一些则能从肉类饮食中合成支链氨基酸。

P.copri还参与胆汁酸的代谢并解毒超氧自由基

P.copri还参与胆盐代谢,胆汁酸除促进脂肪消化外,还抑制多数革兰氏阴性肠道菌。肠道菌群影响胆汁产生和组成,特别是次级胆汁酸形成。抗生素减少P.copri会改变胆盐比例,影响肝脏健康,可能引发胆汁淤积、炎症、纤维化和肿瘤。

P.copri解毒超氧自由基耐受活性氧,有助于抑制炎症。其对饮食的反应差异可能来自宿主遗传、微生物互作、环境和地理因素。

能够参与支链氨基酸合成

P.copri除了参与复杂碳水化合物代谢、产生短链脂肪酸和琥珀酸外,还具有合成支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)的能力,这一特性在富含植物纤维的饮食环境中尤为突出。研究表明,高P.copri丰度与宿主血液循环中支链氨基酸水平升高相关。

▸与其他菌群的相互作用

高纤维饮食会增加P.copri水平,常带来健康益处,西式高蛋白高脂肪饮食Bacteroides水平增加相关。而Bacteroides/Prevotella比值(B/P比值)的变化与许多疾病相关

并且P.copri通过代谢膳食纤维产生的短链脂肪酸和琥珀酸等产物对宿主和其他微生物群有影响。

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增强:

Bacteroidales

Bacteroides

Odoribacter

Peptococcaceae

抑制:

Bifidobacterium

Coriobacteriales

Adlercreutzia

Collinsella

Porphyromonas

Prevotella

Clostridium

Clostridiales incertae sedis

Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis

Blautia

Coprococcus

Dorea

Lachnospiraceae

Ruminococcaceae

Ruminococcus

Dialister

Campylobacteraceae

Erysipelotrichaceae

被抑制:

Bifidobacterium

Coriobacteriales

Adlercreutzia

Collinsella

Bacteroidales

Bacteroides

Porphyromonadaceae

Odoribacter

Parabacteroides

Porphyromonas

Prevotella

Rikenellaceae

Alistipes

Turicibacter

Streptococcus

Clostridiales

Catabacteriaceae

Clostridium

Clostridiales incertae sedis

Peptoniphilus

Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis

Lachnospiraceae

Blautia

Lachnospiraceae

Coprococcus

Dorea

Eubacterium

Lachnobacterium

Lachnospira

Roseburia

Lachnospiraceae

Peptococcaceae

Ruminococcaceae

Ruminiclostridium

Acetivibrio

Eubacterium

Faecalibacterium

Oscillospira

Ruminococcus

Acidaminococcus

Dialister

Phascolarctobacterium

Veillonella

Rubrivivax

Alcaligenaceae

Oxalobacter

Bilophila

Desulfovibrio

Campylobacteraceae

Enterobacteriaceae

Escherichia

Erysipelotrichaceae

Erysipelotrichaceae

Holdemania

Akkermansia

▸与药物的相互作用

P.copri作为广泛分布的肠道共生菌,在多种药物代谢与互作中发挥作用。

P.copri会影响抗癌药卡铂使用后的肠黏膜炎症

抗癌药卡铂可引起肠膜炎症并改变肠道菌群组成。小鼠实验显示,P.copri丰度加剧卡铂诱导的粘膜炎症,而甲硝唑预处理降低P.copri丰度后减轻粘膜损伤,提示靶向P.copri可能是减轻卡铂粘膜毒性的潜在策略。

P.copri可能与免疫治疗药物产生协同作用

P.copri影响患者对免疫治疗药物纳武利尤单抗的反应。非小细胞肺癌患者中,治疗有效者肠道微生物组多样性更高,P.copri是其中最丰富的微生物之一,可能与药物产生协同作用

对抗糖尿病药物反应较小者P.copri丰度较高

胰高血糖素样肽-1 受体激动剂(GLP-1 RA)是一种抗糖尿病药物,可在个体中诱导不同的反应。当通过 16S rRNA 扩增子测序比较应答者和无应答者的肠道微生物组组成时,P.copri在无反应者中的相对丰度较高,这已被视为P.copri丰度与 GLP-1 RA 的血糖控制之间存在负相关的证据。

P.copri 低丰度与疾病

P.copri丰度变化宿主代谢健康状况密切相关。研究显示,其丰度降低常见于代谢紊乱慢性荨麻疹食物过敏等自身免疫性疾病及帕金森病自闭症谱系障碍患者中。

Prevotella copri对人类影响的示意图

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doi: 10.1080/19490976.2023.2249152.

1

代谢紊乱人群中丰度较低

P.copri产生的琥珀酸被证明可以增强葡萄糖代谢胰岛素水平,但单独的琥珀酸水平不足以解释P.copri对宿主葡萄糖耐量的有益作用。P.copri改善血糖控制的另一机制可能与胆汁酸代谢和法尼醇X受体信号传导增加有关。

具有良好代谢指标人群中的P.copri丰度高于代谢紊乱患者

在一项对1098个体的研究中,发现具有良好心脏代谢指标(如低内脏脂肪、高多不饱和脂肪酸、低C肽和较低餐后葡萄糖水平)的个体中P.copri丰度较高

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并且P.copri在能代谢复杂多糖的人群中丰度较高,而代谢紊乱患者中普遍降低,表明其丰度与宿主代谢健康密切相关。这些发现提示普雷沃氏菌属(Prevotella)尤其是P.copri的复杂多糖代谢能力可能对人类健康有益。

2

慢性荨麻疹患者中丰度较低

慢性荨麻疹(CU)是一种皮肤病,患者会出现瘙痒,有时会出现肿胀区域,持续六周或更长时间,原因不明。这可能与免疫系统失衡有关,而免疫系统与肠道微生物群密切相关。

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肠道微生物群落多样性的变化通常会导致生态失调状态,并可能引发炎症或过敏反应。在一项比较健康个体与慢性荨麻疹患者的肠道微生物组研究中,CU患者P.copri的相对丰度显著低于健康个体。

3

携带P.copri不易食物过敏

在澳大利亚的婴儿研究中,分析了母亲及其婴儿的微生物群,并测试了婴儿的不同类型的食物过敏。值得注意的是,母亲在怀孕期间携带P.copri的婴儿发生食物过敏的风险较低,尤其是高纤维高脂肪饮食的母亲。

健康人群中P.copri丰度高于食物过敏患者

这种保护作用可能通过琥珀酸盐产生、母体IgG与P.copri表位结合,以及P.copri内毒素抑制胎儿免疫系统Toll样受体4信号传导等机制实现。

研究还发现健康人群P.copri丰度高于多种食物过敏患者,这可能与短链脂肪酸产生有关。

注:在种水平上,牛皮癣患者的Ruminoccocus gnavus, Dorea formicigeneransCollinsella aerofaciens丰度显著增加,而Prevotella copri ,Parabacteroides distasonis,Akkermansia muciniphila丰度显著降低

4

胆汁淤积患者中丰度较低

在原发性硬化性胆管炎(PSC)小鼠中观察到P.copri丰度降低,而注射P.copri DSM18205后,胆汁淤积症状明显改善,肠道中一些其他微生物的含量也发生了变化,肠道菌群的平衡得到调节, 改变肠道环境。

P.copri能够调节胆汁代谢缓解胆汁淤积

P.copri已被证明可以通过调节胆汁代谢缓解胆汁淤积,这可以通过改变肠道环境来改善。P.copri主要调节胆汁代谢的两个方面:一方面,P.copri通过Fxr-Cyp7a1通路减少肝脏合成胆汁酸。另一方面,肝脏FXR信号转导增加胆汁排泄相关蛋白的表达水平。FXR 可以增加肠道对胆汁酸的吸收调节胆汁酸在肠道和肝脏循环中的平衡

5

帕金森病患者P.copri较少

帕金森病(PD)影响中枢神经系统、自主神经系统和肠道神经系统。神经元蛋白α-突触核蛋白的积累和聚集可能有助于PD的传播。除了肠道微生物群落多样性较低外,还发现帕金森病患者含有较少的P.copri。这种微生物组失衡被认为会刺激神经细胞中的炎症路易体形成α-突触核蛋白聚集

异常蛋白可通过迷走神经从肠道转移至中枢神经系统。这在一项使用鸟枪法宏基因组学的研究中得到了进一步的证实:未接受左旋多巴(L-DOPA)治疗的早期帕金森病患者P.copri丰度较健康对照显著降低

6

自闭症儿童P.copri丰度降低

自闭症谱系障碍(ASD)是一种行为和沟通障碍,症状可能在生命的早期出现。ASD儿童与正常认知儿童的比较显示,自闭症谱系障碍组P.copri的相对丰度降低

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尽管饮食影响肠道菌群组成,但患有非饮食相关胃肠问题的ASD儿童也缺乏PrevotellaP.copri

注:P.copri与自闭症谱系障碍的相关性尚不确定,因为在另一项研究中,ASD儿童的P.copri的相对丰度明显高于健康对照。

P.copri 高丰度与疾病

由于Prevotella copri可分为四个分支,菌株间差异很大,可能对宿主健康产生双向影响。其丰度异常过低或过高)均可能有害,已发现P.copri丰度较高与类风湿性关节炎葡萄糖耐量受损强直性脊柱炎等正相关

1

类风湿性关节炎中含量较高

类风湿性关节炎(RA)是一种破坏关节组织炎症性自身免疫病。虽然病因不明,但研究表明肠道微生物群尤其在失调状态下可参与该疾病发生。

类风湿性关节炎患者P.copri含量较高

研究表明P.copri类风湿关节炎(RA)发展密切相关,在一项针对新发未经治疗的类风湿性关节炎(NORA)患者的研究中,P.copri在NORA患者中的含量相对高于健康对照者。

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最近的一项研究,通过比较健康对照组、未治疗RA患者及接受抗风湿药(DMARDs)治疗患者得出结论:P.copri在类风湿关节炎的早期阶段很普遍

P.copri通过巨噬细胞转运至关节进而影响炎症反应

探究类风湿关节炎P.copri关联时,将RA患者粪便微生物群接种无菌小鼠并用酵母聚糖诱发疾病。结果显示小鼠严重关节炎源于肠道Th17细胞增加,且淋巴细胞和P.copri刺激的树突状细胞通过产生白细胞介素17对关节炎相关的自身抗原60S核糖体蛋白L23a做出反应。

研究发现P.copri与免疫系统间相互作用反映类风湿关节炎进展:接受DMARD治疗的RA患者发作期间,外周血单核细胞含P.copri由HLA-DR呈递的27-kDa蛋白肽,可通过Th1细胞刺激免疫原性反应

该菌及其表位能触发特异性IgA和IgG抗体反应,仅见于类风湿关节炎患者。并且NORA和慢性RA患者滑液中检测到P.copri 16S rRNA基因,提示该菌可能通过巨噬细胞从肠道转运至关节。RA患者滑液中P.copri丰度高于骨关节炎患者,进一步证实两者独特关系。最新研究发现抗P.copri P27抗体与RA自身抗体相关,说明了P.copri类风湿关节炎滑膜炎中的潜在因果作用。

2

强直性脊柱炎患者中更丰富

强直性脊柱炎(AS)是一种慢性炎症性关节炎,主要影响脊柱并导致椎骨僵硬和融合。在一项针对中国AS患者和健康对照者的研究中,多种普雷沃菌属在患者队列中相对丰富。其中包括P.copriP.melaninogenicaPrevotella sp. C561。

比较健康对照组与未治疗及治疗后的强直性脊柱炎(AS)患者的粪便微生物群发现,AS患者粪便中P.copri相对丰度较高,但在接受DMARD或TNF-α抑制剂治疗后显著降低

3

心血管疾病患者中数量较多

P.copri冠状动脉疾病(CAD)和血管钙化(VC)等心血管疾病患者中发挥重要作用。肠道厌氧微生物丰度变化可能导致血流感染(BSI)。研究发现90岁心力衰竭(HF)患者肠道中P.copri丰度很高,提示其丰度增加可能是BSI的潜在原因。并且P.copri可能是血管钙化患者的关键因素。

P.copri丰度在CAD和VC患者中发生改变,且与其他菌株丰度呈强相关性。随P.copri OTU丰度增加,VC患者中8个OTU丰度增加,CAD患者中11个OTU增加。同时,3个OTU与VC患者的P.copri丰度呈负相关,CAD患者中有10个这样的OTU。P.copri对这些菌株丰度的影响可能促进冠状动脉疾病血管钙化的发病,因此靶向P.copri可能改善这些疾病

P.copri与低密度脂蛋白呈正相关

此外,P.copri高水平的低密度脂蛋白呈正相关,这是心血管疾病的危险因素。此外,急性脑梗死患者肠道微生物群中P.copri明显多于健康个体。

4

一些肝病中P.copri过多

脂肪在肝细胞中过度积累时形成非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)。伴随炎症时,NAFLD进展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH),可能导致肝纤维化及肝硬化

P.copri与儿童肝纤维化呈正相关

P.copri与儿童严重肝纤维化呈正相关,可能是由于微生物组衍生的炎症产物表达显著增加。脂多糖生物合成和鞭毛组装相关的中间生物分子能区分健康肥胖儿童和NASH患儿。因此,P.copri可能是肝纤维化无创预测因子,尤其在微生物组失调状态下。

P.copri在丙型肝炎第四阶段更丰富

肝脏健康与胆汁-微生物组相互作用密切相关。在原发性硬化性胆管炎中,P.copri富集可减少胆汁淤积。然而,在丙型肝炎第四阶段,P.copri比健康志愿者更丰富,并与炎症及高Th17和IL-17水平相关

5

重症肌无力中丰度增加

研究表明重症肌无力(MG)发展与患者菌群失调相关。MG患者P.copri及其他微生物相对丰度增加,这一变化在MG发病过程中可能起关键作用。

P.copri对宿主健康的矛盾影响及成因分析

1

在炎症中的双向作用

P.copri作为肠道菌群中的重要成员,在炎症调节中展现出明显的双向作用。一方面,研究表明其在某些炎症性疾病状态下丰度增加,与类风湿性关节炎、强直性脊柱炎等疾病的发生发展密切相关;另一方面,不断增加的证据显示P.copri在特定条件下也表现出抗炎作用,能够改善某些炎症性疾病的症状。

▸ P.copri在促炎方面的证据

P.copri其丰度在类风湿性关节炎、强直性脊柱炎和人类免疫缺陷病毒引起的全身炎症患者中增加。

在肠粘膜受损时会加剧结肠炎

研究表明,P.copri加剧了抗生素处理小鼠的结肠炎,并在体外直接诱导细胞炎症反应,但这种炎症仅在肠粘膜受损时发生。抗生素治疗减少P.copri丰度后,肠道炎症得到缓解

P.copri还与肠道粘液侵蚀相关,减少粘液层厚度并增加粪便中丙酸盐和LCN-2水平。

P.copri促炎作用的潜在机制包括:P.copri能将超氧阴离子转化为低毒性过氧化氢,对宿主活性氧具有较高耐受性,使其在炎症环境中具有竞争优势

并且P.copri增长常伴随益生菌减少,导致肠道稳态变化引发炎症。P.copri还通过激活TLR2、TLR4和mTOR促进炎症,其丰度与IP-10、CD14、IL-18和IL-1β水平呈正相关P.copri诱导的IL-1β/IL-10比率高于其他菌种。此外,其促炎作用与胰岛素刺激的葡萄糖摄取减少LDL水平增加相关。

▸ P.copri在抗炎方面的证据

尽管有许多关于P.copri促炎作用的报道,但也有一些研究表明它具有抗炎作用

在克罗恩病中,P.copri的丰度有时会降低,但有时其丰度没有变化。研究还发现,当肠道微生物群中P.copri丰度较高时,COVID-19 疫苗的不良反应很小,因此,推测P.copri起着抗炎作用

此外,当大鼠胃内施用P.copri时,白细胞介素(IL)-6下调,IL-10上调,FXR过表达,表明P.copri的抗炎作用。

P.copri的抗炎作用可能与其调节炎症因子能力及宿主对可发酵纤维的消耗和发酵产物有关。例如,结直肠癌患者丁酸盐产生及其抗炎作用可能与P.copri粪杆菌丰度变化相关。

此外,纤维摄入与C反应蛋白(CRP)水平显著降低相关,而那些P.copri丰度的人无论纤维摄入量如何都保持稳定的CRP水平。然而,P.copri在宿主病中的抗炎机制需要进一步研究。

2

P.copri与糖尿病关系存争议

有研究发现P.copri可以调节血糖稳态

有研究发现P.copri调节血糖稳定性降低宿主血糖水平,喂食该菌的小鼠2型糖尿病症状得到缓解。通过发酵膳食纤维,P.copri促进肝脏糖原合成,预防或改善肥胖和糖尿病。

其产生的琥珀酸参与三羧酸循环,通过激活肠道糖异生关键酶果糖-1,6-二磷酸酶,促进肝糖原合成并改善葡萄糖代谢提高胰岛素敏感性

P.copri还通过其他与琥珀酸无关的途径调节宿主葡萄糖代谢,如发酵膳食纤维产生的短链脂肪酸(包括丙酸)参与肠道糖异生和葡萄糖代谢,以及通过调节胆汁酸代谢促进肝糖原生成的FXR信号通路。

P.copri的抗高血糖作用

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Yang C,et al.mSystems.2024

也有研究表明其与胰岛素抵抗相关

尽管P.copri被证实有改善葡萄糖稳态的作用,但矛盾证据表明它可能与胰岛素抵抗相关。代谢组学分析显示胰岛素抵抗个体支链氨基酸(BCAA)水平高,部分归因于肠道微生物组中P.copri过多

功能宏基因组分析证实P.copri合成BCAA脂多糖和色氨酸,口服该菌的小鼠出现胰岛素抵抗高BCAA水平。另有研究确认2型糖尿病(T2D)患者中P.copri富集

P.copri外膜含脂多糖(LPS)。健康人微生物组的混合LPS,特别是拟杆菌目的LPS,可以参与宿主免疫耐受。然而,血液脂多糖激增导致代谢性内毒素血症,易引发炎症和胰岛素抵抗。研究发现血清BCAA与LPS呈正相关。T2D患者,尤其是仅服用二甲双胍者,P.copri丰度高于健康对照组,提示口服降糖药可影响P.copri,建议通过功能性食品降低其丰度。

注:另有两项研究也报告了成人和儿童T1D患者中P.copri相对丰度较高

3

在各类癌症中丰度差异显著

P.copri可能对结直肠癌具有保护作用

P.copri不同类型癌症之间的联系可能存在差异。P.copri可能对结直肠癌具有保护作用,大鼠结肠肿瘤缩小证实了这一点。虽然部分研究将P.copri视为结直肠癌的病因和诊断标志物,但健康人群粪便中的P.copri丰度实际高于结直肠癌患者。

黑色素瘤和胃癌中P.copri含量较高

在一项结合实验和黑色素瘤患者粪便微生物组数据分析的研究中,I期和II期黑色素瘤患者的P.copri含量高于健康个体

虽然与正常组织相比,P.copri胃肿瘤瘤周微环境中的丰度较低,但胃癌患者的P.copri相对丰度高于健康对照。此外,在一项专门为确定患胃癌风险而进行的研究中,发现胃微生物组具有P.copri的参与者比无P.copri微生物组的参与者患胃癌的风险更高

为什么会出现这种矛盾的结果?这可能与宿主饮食模式肠道微环境P.copri菌株差异以及与其他菌群的交互作用等多重因素有关,反映了肠道菌群调节宿主健康的复杂性

宿主因素

饮食会导致P.copri发挥不同作用

宿主的饮食习惯可能导致P.copri发挥不同的作用。例如,对花生过敏的患者的P.copri丰度较低,而对牛奶过敏的患者的丰度较高。高纤维饮食促进P.copri的有益作用,杂食饮食则可能产生负面影响,这与不同饮食习惯导致的P.copri菌株差异有关。

P.copri在高纤维饮食人群中的丰度增加可能有益

高纤维饮食人群中P.copri丰度增加会提高富马酸盐、琥珀酸盐短链脂肪酸(SCFA)水平,这可能对宿主有益。

注:丙酸盐和戊酸盐水平可以根据P.copri的丰度进行预测,而在杂食动物中,丙酸盐、异丁酸盐和异戊酸盐水平可以根据P.copri的丰度进行预测。

P.copri的发酵产物短链脂肪酸(SCFA)具有抗炎作用,并且可发酵膳食纤维摄入量较高的患者的炎症得到改善,因为它会导致产生更多的SCFA。SCFA 靶向巨噬细胞和内皮细胞,通过调节细胞因子(如 IL-2、IL-6 和 IL-10)以及类花生酸和趋化因子(如单核细胞趋化蛋白-1 和细胞因子诱导的中性粒细胞趋化蛋白-2)的表达来减轻炎症,以维持体内平衡。SCFA还能与G蛋白偶联受体结合,维持免疫细胞功能并保护肠道。

此外,琥珀酸盐P.copri膳食纤维发酵的产物,已被证明可以改善肥胖和2型糖尿病。另一种代谢物支链氨基酸也与葡萄糖耐量差2型糖尿病有关。在杂食性动物中发现的P.copri菌株与这一风险因素有关,其中参与BCAA合成的leuB基因的普遍性很高

但还发现高纤维饮食通过增加P.copri产生的琥珀酸而提高类风湿性关节炎(RA)风险,该代谢产物具有促炎特性并会激活巨噬细胞的炎症反应。

P.copri丰度与疾病的关联因地域和年龄而异

P.copri与疾病之间的关系也与宿主地区和年龄有关。不同地区的非酒精性脂肪性肝炎患者在P.copri存在差异,这可能与种族/民族背景、基因和饮食习惯相关,这对于确定疾病与微生物组之间的关联很重要。

感染溶组织球菌的儿童P.copri水平的对数每月增加 1.002。然而,即使考虑到年龄,无症状儿童的P.copri丰度仍然低于腹泻儿童。并且<40岁的‌结直肠癌(CRC)患者的P.copri丰度高于>40岁的患者。

菌株相关因素

P.copri参与发病机制的另一种可能是P.copri丰度过高占主导地位的个体表现出较低的α多样性。健康成年人肠道微生物群的变化主要是由于随着时间的推移而增加和减少,而P.copri丰度的变化会影响总体肠道微生物群的平衡

拟杆菌属与P.copri的比例和健康相关

许多患者的拟杆菌/普雷沃氏菌(B/P)的比率发生变化。拟杆菌属和普雷沃氏菌属是肠道中重要并具有影响力的属,拟杆菌属和普雷沃氏菌属之间可能存在竞争关系,这可以由不同的饮食引起。拟杆菌属增多导致B/P比值升高P.copri减少通常与糖尿病相关。

拟杆菌善于利用宿主多糖但产生较少的短链脂肪酸,从而影响宿主的健康。因此,P.copri丰度的变化可能会导致肠道中其他微生物丰度的变化,从而影响宿主的健康和疾病

P.copri的多个分支健康影响不同

此外,同一个体可携带多个P.copri分支,但P.copri不同分支的功能不同。例如,B分支琥珀酸产生基因较少硫代谢基因丰富。因此,如果一个个体有多个分支,一个分支无法表达的功能可能会被其他分支补充。因此,P.copri的功能表达在具有多个分支的人群中更丰富

宿主表型也可能与P.copri亚种相关,但尚未证实特定分支与疾病的直接关联。从类风湿关节炎(RA)患者和健康对照者分离的菌株分布于四个分支(A-D),核心基因组相似,但RA患者菌株含有特殊基因区域且含量更高。动物实验表明,携带RA患者菌株的小鼠表现出更高的Th1和Th17 IgG浓度和更严重的关节炎,可能通过激活树突状细胞诱导Th17反应。

含特定碳水化合物活性酶(CAZYmes)的P.copri菌株可能与疾病相关。肥胖猪肠道中发现参与鼠李糖、葡聚糖利用及脂多糖合成的CAZYmes(如GH28、PL11、GH22、PL10和GT4)与肥胖相关细菌呈正相关,特别是P.copri。携带这些CAZYmes的P.copri菌株可能在肥胖生物中占优势

调节P.copri丰度以改善疾病的方法

P.copri能够代谢植物聚糖产生短链脂肪酸琥珀酸,并调节FXR信号通路和胆汁酸代谢,从而影响肠道中的其他微生物。因此,P.copri可能可以改善一些疾病,下面介绍一些策略来调节P.copri的丰度并优化宿主健康状况。

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高纤维饮食

影响P.copri丰度的因素包括环境(如宿主的饮食抗生素给药)、宿主的年龄宿主的健康状况。其中,宿主饮食的变化是调节P.copri的重要因素。以难消化植物多糖为主的肠道微生物群通常P.copri丰度较高高纤维和复合碳水化合物饮食促进P.copri增长,而高脂高糖饮食则抑制其丰度

富含蔬菜和水果的饮食能促进P.copri丰度和多样性

传统饮食(富含蔬菜和水果的饮食)与西方饮食(加工食品为主,缺乏膳食纤维)相比,能显著促进P.copri复合体多样性。传统饮食人群中61.6%拥有全部四个分支(A-D),而西方饮食人群仅有4.6%;93.8%的传统饮食人群至少有两个分支,而西方饮食人群仅32.1%。

值得注意的是,意大利人虽属西方人群但P.copri丰度较高,可能因其饮食含有更多膳食纤维

2

直接补充或粪菌移植

也可以通过直接口服或胃内给药来增加P.copri。然而,P.copri定植的能力是有限的。在小鼠中口服活的P.copri后,仅定植了10%的小鼠,并且P.copri定植的小鼠的2型糖尿病和肥胖得到了缓解。

直接补充菌株的有效定植依赖适宜的饮食环境

研究还表明,补充P.copri后,喂食高纤维、低脂肪和低蛋白饮食的小鼠的葡萄糖耐量增加,而喂食高脂肪和低纤维饮食的小鼠,葡萄糖耐量没有变化。这进一步表明,患者在补充P.copri作为益生菌后可能仍需要更多的膳食纤维

小鼠口服P.copri29天未见副作用,初步证实其安全性。研究表明,直接补充P.copri可缓解因其丰度降低导致的疾病,然而,将P.copri作为益生菌前,其安全性仍需深入评估。

3

其他方法

黄芪、茯苓等草药也能促进P.copri增长

当宿主食用功能性食物、草药配方或药物时,也可以调整P.copri的丰度。直接摄入白蘑菇后,小鼠肠道中能够产生琥珀酸的P.copri物种的含量增加。此外,小鼠的葡萄糖代谢得到显著改善

黄芪、茯苓和山药根茎组成的配方增加肾炎小鼠P.copri丰度并缓解症状。在小猪的饮食中添加槲皮素(一种植物来源的抗氧化多酚)可以改善腹泻和肠道损伤,并增强抗氧化能力。粪便微生物群移植实验证实了槲皮素对肠道菌群的影响,增加了P.copri的丰度并提高了碳水化合物代谢能力

其他益生菌和增加运动也有助于促进P.copri富集

此外,口服鼠李糖乳杆菌GR-1和罗伊氏乳杆菌增加患者体内P.copri富集。未治疗的多发性硬化症患者P.copri水平下降,干扰素β-1a治疗后恢复至正常水平

中草药、药物、功能性食品和益生菌均可有效调节P.copri丰度。研究发现运动与Prevotella丰度密切相关,高运动量促进P.copri富集,尤其在骑行者体内P.copri占比较高,身体活动增加还伴随普雷沃氏菌相关代谢途径增强

总结

P.copri人类健康与疾病中展现出了复杂的作用,过低和过高的丰度都存在不利影响。其的健康效应取决于多重因素的相互作用,包括宿主饮食肠道微生物群落组成特定菌株特性以及宿主免疫状态等

饮食结构调节P.copri丰度的关键因素。高纤维、富含复合碳水化合物的饮食能显著促进P.copri丰度和菌株多样性,而西方高脂高糖饮食则抑制其生长。

在临床应用方面,P.copri有望应用于代谢紊乱疾病慢性炎症性疾病和食物过敏等免疫性疾病领域。然而,目前P.copri直接补充的定植效率有限,且其生长高度依赖饮食环境。这提示我们,有效的益生菌干预策略应结合菌株补充与饮食调整,特别是增加膳食纤维摄入

总之,P.copri作为广泛存在于人体肠道菌群中的成员,正成为理解肠道菌群如何影响人类健康的重要模型生物。它引领我们思考:如何通过饮食调整、菌群干预等方式,精准调控关键菌群,进而改善从代谢疾病到免疫紊乱等多种健康问题。

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本文转自:谷禾健康



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