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益生菌、胃肠道微生物和宿主之间相互作用的研究进展

发布人:南昌同裕生物工程有限公司    发布时间:2016-08-30    查看次数:1521

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益生菌是乳制品和功能性食品工业的重要组成部分,带来了数十亿美元的市场。益生菌的多方面作用包括预防感染,降低腹泻发病率,抗微生物活性,病原菌的竞争性排斥,免疫耐受,减少大肠癌生物标志物,上皮屏障功能,增加细胞免疫力,增加体液反应,降低血胆固醇水平,减少过敏肠道疾病症状等。目前研究的大多数益生菌来自乳杆菌属和双歧杆菌属。乳酸杆菌与发酵产品相关,尤其在奶制品中应用最多。最近向食品中添加双歧杆菌的研究不断增多,大多作为有益添加剂。多数菌种天然存在于胃肠道, 这些微生物通常能够抗酸、耐受胆汁。某些菌株还具有发酵果糖诸如人类不能消化的低聚果糖(FOS) 和半乳甘露寡糖(GOS)的能力,这些果糖能为胃肠道内的一些共生菌和益生菌提供一定生长优势。

胃肠道是一个约有500 种、100 万亿微生物的复杂器官, 大概是人类体内细胞总数的10 多倍。对于这些细菌的遗传组成成分,可以在胃肠道中翻译编码成具有大量生理功能的基因储存器,对人体宿主的胃肠道产生有益作用。胃肠道已经演变成为一个营养和微生物丰富的生存部位,细菌在其中不断地旺盛生长。组学技术诸如转录组技术、宏基因组学和代谢组学的使用,促进人们了解胃肠道中益生菌如何生长以及共生菌如何发挥作用。此外,这些技术有助于了解益生菌和共生菌之间以及宿主胃肠道相互之间的联系。在此之前,基于实验技术的限制,细菌纯培养方法选择的限制导致对胃肠道内菌种鉴定不充分。最近,16SrRNA 基因测序的广泛使用,大量的新品种得到鉴定并确定胃肠道中大量的细菌属于拟杆菌门(Bacteroides)和厚壁菌门门类(Firmicutes phyla)。

华盛顿大学Jeffrey Gordon 组的研究表明,以低脂肪或低碳水化合物饮食的较瘦人群, 其脂肪减少的同时伴有厚壁菌与拟杆菌数量之比下降。进一步研究发现, 即使当相同物种的哺乳动物存在巨大的地理差异时, 相同物种内的肠道微生物依然比不同物种间更为相似。这些研究表明,宿主和微生物群明显是共同进化的, 且肠道菌群对人类健康具有重要贡献。

胃肠道中宿主微生物相互作用的最佳位置在粘膜中。粘膜中的细菌维持肠道动态平衡,调控免疫系统并使之处于免受病原体入侵的最佳状态。例如, 固有肠道菌群通过竞争排斥竞争抗菌物质的营养、受体结合位点以及产物,来帮助宿主阻止病原菌的入侵。通过受体和不同类型的免疫细胞,胃肠道内免疫系统不断感应管腔内环境。单层肠上皮细胞将肠腔从固有层区分开。胃肠道内肠道菌群和肠道间存在微妙的作用平衡, 这一平衡区分共生肠道菌群和入侵病原菌。从胃肠道周围抽取样本,其中重要细胞是肠道上皮细胞(IECs)、M细胞、巨噬细胞和树突状细胞(DCs)。肠道上皮细胞除了运送可溶性抗原,还显示模式识别受体,诸如Toll 样受体(TLRs) 和含有核苷酸结合寡聚样((NOD)-like)受体(NLRs)。M 细胞是缺乏微绒毛的上皮细胞, 位于细胞的基部, 其作用是向B 细胞、T 细胞和巨噬细胞运输抗原。取样管腔内容物显示, 树突状细胞延伸其树突穿过肠道上皮细胞层,却没有破坏肠道上皮细胞间的紧密连接。许多免疫细胞表面的Toll 样受体(TLRs)依赖不同免疫刺激而反应不同, 因此提供免疫系统辨别肠道微生物和病原菌。例如Toll 样受体2(TLR2)可以识别革兰氏阳性菌细胞壁成分如脂磷壁和肽多糖,而Toll 样受体4(TLR4)可以识别主要来源于革兰氏阴性菌的脂多糖。肠道菌群Toll 样受体(TLRs)活性对肠道平衡和肠道受损保护也是必需的。被确定为胃肠道和肠道菌群相互作用调节者的另一模式识别受体是可溶解的细胞质NLRs,被证明是对Toll 样受体(TLRs )的补充与协调。这些受体的激活包括NF-κB(κ 基因结合核因子)和MAPK(有丝分裂原活化蛋白激酶)级联诱导导致重要免疫因子的刺激,这些免疫因子包括炎症趋化因子、细胞因子和刺激分子。利用各生物部位信息了解肠道菌群。胃肠道益生菌作用涉及多学科研究领域,通过这些研究,逐步认识宿主和肠道菌群在肠道的相互作用。