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腸道微生態系統在機體健康中扮演著雙面角色，既能維持宿主健康，又能誘導宿主病變。 此系統的平衡能夠幫助宿主快速而有效地消化和吸收充足的營養素，促進宿主生長發育、增強免疫力并阻止病原菌入侵；相反，腸道微生態系統的失調，則會引起腸道炎癥、破壞腸道屏障系統并導致黏膜或組織損傷，誘發腸道及腸道外疾病。 腸道菌群通過與宿主長期協同進化，建立了密切的關系，已成為宿主機體不可分割的一部分。在人體胃腸道中的細菌非常復雜，占機體總微生物量的78.68%。胃腸道中微生物的總量達1kg以上，種類超過1000種。 然而腸道菌群在胃腸道內并不是均勻分布的，由于不同個體之間及同一個體的胃腸道不同部位的生理狀態：如pH值、氧含量、抗菌肽、短鏈脂肪酸水平和腸蠕動強度有所不同以及菌群之間互作影響，菌群的種類、分布和數量也存在著一定的差異。 縱剖面來看，細菌的數量隨著消化道的走向自上而下逐漸增加。 胃，由于胃液中含豐富的消化酶，pH 值較低，抑制了腸道菌的繁殖，因此胃中細菌的濃度較低，每毫升內容物中含有103~104個細菌，胃中的細菌主要為抗酸性的革蘭氏陽性需氧菌，如幽門螺桿菌、乳酸桿菌、鏈球菌等； 十二指腸與胃的菌群基本相似，但含有大腸菌和厭氧菌，每毫升腸道內容物中含有103~104個細菌； 空腸的每毫升腸道內容物中含有103~104個細菌，主要為革蘭氏陽性需氧菌，包括了乳酸桿菌、鏈球菌和葡萄球菌等； 回腸每毫升腸道內容物中含有108個細菌，厭氧菌的數量開始超過需氧菌，其中大腸桿菌恒定存在； 結腸每毫升腸道內容物中含有高達1012個細菌，其中 98%以上為專性厭氧菌，主要為擬桿菌、雙歧桿菌、真桿菌、厭氧的革蘭氏陽性球菌如腸球菌、消化球菌、消化鏈球菌以及不同種的腸桿菌，結腸中細菌濃度急劇上升的主要原因是結腸蠕動緩慢，且中性或弱堿性的內環境有利于細菌的大量繁殖。 橫截面來看，即使在同一腸段內，不同空間的細菌分布也不相同。據此，我們將腸道菌群人為地劃分為4種類型：腸腔共生菌、腸黏膜駐留菌、腸上皮細胞駐留菌和腸淋巴組織駐留菌。 腸腔共生菌 腸腔共生菌含有多達1012個、1000多種細菌，從而構成龐大而復雜的微生態系統。Eckburg等發現，超過90 %的腸腔共生菌屬于厚壁菌門和擬桿菌門，而屬于放線菌門、變形桿菌門和疣微菌門的細菌較少。Arumugam等分析來自6個國家的39名健康成人糞便時發現，厚壁菌門細菌占39 %、擬桿菌門細菌占25 %、放線菌門細菌占9 %、變形菌門細菌占4 %，這4種細菌屬于末端消化道的優勢菌。 腸黏膜駐留菌 腸黏膜是將腸腔共生菌與其下面的腸上皮和全身組織分開的第一道防線。人結腸黏膜的厚度約為400 μm。兩層結腸黏膜均主要由杯狀細胞和潘氏細胞分泌的多種聚糖和大量膠狀黏蛋白2(MUC2)構成。除了內黏膜層的屏障功能外，疏松的外黏膜層具有大量分解代謝糖苷酶，從而成為分解黏膜聚糖的特殊共生菌的營養直接來源。 因此，只有像Mucispirillum屬細菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)等這樣的特殊菌才可以駐留在特殊共生菌提供的特殊場所，從而成為黏膜駐留菌，形成一層菌群膜，固有的黏膜駐留菌可以通過抑制病原體與宿主黏膜的接觸，從而保護宿主。 腸上皮細胞駐留菌 腸上皮細胞構成了位于兩層黏膜屏障底部的另外一層機械屏障，在維持宿主和菌群之間的平衡中發揮著關鍵作用。 腸上皮細胞包括吸收型腸上皮細胞和分泌型腸上皮細胞。其中吸收型腸上皮細胞具有代謝和消化功能；分泌型腸上皮細胞包括腸內分泌細胞、杯狀細胞和潘氏細胞，其分泌的黏蛋白和各種抗菌肽構成了機械和生物屏障，參與菌群與上皮細胞表面和下面免疫細胞間相互接觸的調節。 雖然通常認為腸上皮細胞層是無菌區域，但越來越多的研究表明，各種細菌可以黏附甚至侵入腸上皮細胞。目前已發現存在大量毗鄰和侵入型細菌。 腸淋巴組織駐留菌 腸相關淋巴組織(GALT)包括派伊爾結(PPs)、孤立淋巴濾泡(ILFs)、腸系膜淋巴結(MLNs)和腸道固有層淋巴細胞(ILPs)。 既往認為，腸上皮下組織在健康哺乳動物中是絕對無菌的。雖然病原菌可以穿透內黏膜層，逃避抗菌肽和免疫球蛋白A(IgA)的監視，并穿過腸上皮細胞層，但是它們仍舊會很快被腸相關淋巴組織的巨噬細胞或其他淋巴細胞清除。 然而，最近的研究表明，腸道菌群中存在特殊群體，不僅可以定植在腸相關淋巴組織，而且還通過利用來自淋巴組織的營養物質自我復制。此外，淋巴組織駐留菌的組成與腸腔駐留菌和腸上皮駐留菌的組成有著較大不同。 Obata等發現，派伊爾結是菌群定植的主要腸淋巴組織。聚集在派伊爾結表面的細菌主要是分節絲狀菌和乳桿菌屬，聚集在派伊爾結內部的細菌主要是產堿桿菌屬和蒼白桿菌屬。此外，有研究發現，產堿桿菌屬在派伊爾結和腸系膜淋巴結的樹突狀細胞中的細菌構成中均占主導地位。 整個消化道是一個巨大的互惠互利生態系統。其中一類細菌的變化有可能引起其他細菌群體的級聯反應。通過將腸道共生菌群分為更多亞組，我們可以更清楚地認識腸道菌群對機體的作用機制，進而可以更好的指導我們保護和調理我們的腸道菌群保持身體健康。 【腸道君時刻】 本講堂由腸菌聯盟提供 參考文獻： 【1】Evans DF, Pye G, Bramley R, Clark AG, Dyson TJ,Hardcastle JD. Measurement of gastrointestinal pH profiles in normal ambulanthuman subjects. Gut 1988;29(8):1035–41. 【2】He G, Shankar RA, Chzhan M, Samouilov A, KuppusamyP, Zweier JL. Noninvasive measurement of anatomic structure and intraluminaloxygenation in the gastrointestinal tract of living mice with spatial andspectral EPR imaging. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96(8):4586–91. 【3】Gallo RL, Hooper LV. Epithelial antimicrobialdefence of the skin and intestine. Nat Rev Immunol 2012;12(7):503–16. 【4】Maslowski KM, Vieira AT, Ng A, Kranich J, Sierro F,Yu D, et al. Regulation of inflammatory responses by gut microbiota andchemoattractant receptor GPR43. Nature 2009;461(7268):1282–6. 【5】Rao SS, Kuo B, McCallum RW, Chey WD, DiBaise JK,Hasler WL, et al. Investigation of colonic and whole-gut transit with wirelessmotility capsule and radiopaque markers in constipation. Clin GastroenterolHepatol 2009;7(5):537–44. 【6】Wlodarska M, Kostic AD, Xavier RJ. An integrativeview of microbiomehost interactions in inflammatory bowel diseases. Cell HostMicrobe 2015; 17(5):577–91. 【7】Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A,Casadei R, Frabetti F, et al. An estimation of the number of cells in the humanbody. Ann Hum Biol 2013;40(6):463–71. 【8】Schuster SC. Next-generation sequencing transformstoday’s biology. Nat Methods 2008;5(1):16–8. 【9】Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS,Manichanh C, et al. A human gut microbial gene catalogue established bymetagenomic sequencing. Nature 2010;464(7285):59–65. 【10】Arumugam M, Raes J, Pelletier E, Le Paslier D,Yamada T, Mende DR, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature2011;473(7346):174–80. 【11】Nosho K, Sukawa Y, Adachi Y, Ito M, Mitsuhashi K,Kurihara H, et al. Association of Fusobacterium nucleatum with immunity andmolecular alterations in colorectal cancer. World J Gastroenterol2016;22(2):557–66. 【12】Indigenousopportunistic bacteria inhabit mammaliangut-associated lymphoid tissues and share a mucosal antibody-mediatedsymbiosis. Proc Natl Acad Sci USA 2010;107(16):7419–24. 【13】Liuyang Zhao, Xiang Zhang, Tao Zuo, Jun Yu. TheComposition of Colonic Commensal Bacteria According to Anatomical Localizationin Colorectal. 【14】Cancer. Engineering,Corfield AP. Mucins: abiologically relevant glycan barrier in mucosal protection. Bba-Gen Subjects2015;1850(1):236–52. 【15】Sonnenberg GF, Monticelli LA, Alenghat T, Fung TC,Hutnick NA, Kunisawa J, et al. Innate lymphoid cells promote anatomicalcontainment of lymphoidresident commensal bacteria. Science 2012;336(6086):1321–5. 【16】Derrien M, Collado MC,Ben-Amor K, Salminen S, de Vos WM. The mucin degrader Akkermansia muciniphilais an abundant resident of the human intestinal tract. Appl Environ Microbiol2008;74(5):1646–8. |
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