胃腸道微生物和健康的關(guān)系課件

胃腸道微生物和健康的關(guān)系胃腸道微生物和健康的關(guān)系1（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系2一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對腸道微生物的影響1、抗生素抗生素對腸道微生物的下游效應依賴于幾種藥理學變化。然而，腸道微生物定植抵抗能力（由伺機性病原菌抵抗定植）的缺乏是由大多數(shù)抗生素治療所產(chǎn)生的一種常見的副作用。在人和動物模型中，抗生素治療會導致有益厭氧菌（例如，雙歧桿菌屬、乳酸菌和類桿菌屬）的長期減少而增加一些潛在的有害微生物的繁殖（例如，革蘭氏陰性需氧菌、厭氧病原菌、難辨梭狀芽孢桿菌和白色念珠酵母菌）。抗生素治療還能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對腸道微生物的影響32、膳食宿主與微生物通過營養(yǎng)交換表現(xiàn)它們之間的共生關(guān)系。宿主為微生物提供生存的微環(huán)境和養(yǎng)料，微生物生產(chǎn)一些有益的次生代謝產(chǎn)物，如維生素和短鏈脂肪酸作為交換。20世紀前葉，科學家致力于研究膳食對微生物的影響，這主要受益于益生菌理論的提出者梅奇尼可夫（EliMetchnikoff）的觀點的普及。這些早期的研究表明嚙齒動物腸道菌群的構(gòu)成會隨著膳食的改變發(fā)生急劇的變化。進食營養(yǎng)豐富的狗會抑制耐藥微生物的恢復，這一點已經(jīng)得到了證實?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動，這跟不同的物種需要生長在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。2、膳食43、嬰幼兒飲食一個世紀以前，科學家作了關(guān)于這方面的第一個實驗，發(fā)現(xiàn)飲用母乳和飲用牛奶的嬰幼兒胃腸道內(nèi)微生物的組成存在差異。這個結(jié)論是通過對不同時期嬰幼兒胃腸道中微生物的定植情況進行觀察而得出的，并且得到了反復印證。兩種飲食攝生法的最大差別是，飲用母乳的嬰幼兒微生物的主要組成為乳酸菌，而飲用牛奶的嬰幼兒腸道微生物組成卻有所不同，主要是厭氧細菌和需氧細菌的混合物，推測這和母乳中的抗體組成和細胞因子組成有很大關(guān)系，當然也與其蛋白質(zhì)和各種營養(yǎng)有關(guān)。近來的研究主要集中在微生物群體對腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應胃腸道中微生物的存在。研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。本節(jié)著重論述在接受外源性抗原刺激時，腸道微生物在維持黏膜免疫耐受中所起的作用。3、嬰幼兒飲食5二、正常微生物菌群：特點和發(fā)育胃腸道管中微生物定植的過程會導致一系列的生態(tài)演替，最終導致穩(wěn)定的微生物菌群（微生物區(qū)系）的建立，這個穩(wěn)定的微生物菌群對不同的個體具有唯一性。穩(wěn)定的微生物群體由固有種（永久成員）和外來種（從外來物種暫時獲得的短暫定居者）組成。這種微生物菌群由400~1000個種組成，大約有60%的微生物在胃腸道以外的環(huán)境是不可培養(yǎng)的。然而，這些菌中已被證實僅有30~40種微生物。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細菌起主導作用。大部分細菌是嚴格厭氧菌（97%），而僅有3%為需氧菌（耐氧厭氧菌）。微生物群體組成的不同不僅表現(xiàn)在沿著胃腸腔的長度有所變化，更具代表性的是定居在胃腸道粘膜和內(nèi)腔中微生物數(shù)量的不同。根據(jù)濃度定量，胃腸道內(nèi)最普遍的厭氧菌是類桿菌屬，雙歧桿菌屬，真桿菌屬，梭形桿菌屬，梭狀芽胞桿菌屬和乳酸菌。需氧菌中有革蘭氏陰性腸細菌（大腸桿菌屬和沙門氏菌屬）和革蘭氏陽性球菌屬（腸球菌、葡萄球菌和鏈球菌）。除需氧細菌外，需氧真菌種屬，如白色念珠菌屬，也是正常微生物菌群的成員。二、正常微生物菌群：特點和發(fā)育6圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類。每一個樣品的每一個細菌系統(tǒng)類型的序列數(shù)目。Y軸表示相鄰的遺傳系統(tǒng)分類樹中各分類單位的代表的合并點(分枝點)。該項研究共有395個系統(tǒng)類型；每一行是一個不同的系統(tǒng)類型。共有7個微生物門：似細菌門(Bacteroidetes),非變形菌門(non-Alphaproteobacteria)、未明確分類的藍藻菌近緣微生物門(Cyanobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、梭桿菌門(Fusobacteria)和阿爾法蛋白細菌門(Alphaproteinobacteria),全部列在圖的上部。在系統(tǒng)分類樹中用不同的顏色表示出來。對于每一個系統(tǒng)分類類型用刻度的灰色值表示出其菌落豐度。圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類。每一個樣品的每一個細菌7圖13.2人類腸道系統(tǒng)的細菌多樣性。(A)基于8903個16SrRNA基因序列的基因芯片進行的腸道系統(tǒng)細菌多樣調(diào)查和系統(tǒng)分類所繪制的系統(tǒng)樹。楔形圖表示的各分類領(lǐng)域(超領(lǐng)域)：在人的消化道中具有較大豐度的用紅色表示，非常罕見的種類用綠色表示，未鑒定的用灰色表示。楔形圖長度表示與其祖先的進化距離，粗度表示其豐度。(B)CFB分類的系統(tǒng)樹是基于GenBank(>900核苷酸)1561序列及其生態(tài)學的邏輯關(guān)系。CFB主要亞類的楔形圖：用象征符號表示其來源：地球、環(huán)境、牛、反芻動物、嚙齒動物、老鼠和/或小鼠、人類、人類消化道(GI)，其它還有白蟻、蟑螂、蟲子(包括熱水中的蟲)和豬。圖中的比例是指人的消化道中存在的數(shù)目和亞類中總數(shù)的比值：紅色、黃色和黑色分別表示多數(shù)、少數(shù)和人類GI中不存在。(C)簡化的細菌類系統(tǒng)樹。細菌菌株的分類是基于形態(tài)學的用紅色表示，這些菌株還沒有得到16SrRNA分析的證實。已經(jīng)進行過序列分析的用粗體表示。黑色圓點表示具有高支持度的節(jié)點(>70%)。分枝長度代表聚類的遺傳距離，也就是16SrRNA基因的核苷酸序列差異。圖13.2人類腸道系統(tǒng)的細菌多樣性。(A)基于8903個8圖13.3人類消化道(GI)中各種細菌的豐度估算。主要依據(jù)16SrRNA基因序列的變異水平。分布在“屬”以下水平的同源性為95%，“種”以下水平的同源性為98%，到菌株水平只有基于獨特的序列。計算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫，各分類單位則同源性分布于80~100%之間。圖13.3人類消化道(GI)中各種細菌的豐度估算。主要依據(jù)91、真菌微生物：白色念珠菌在人體中最主要的真菌微生物種屬是酵母白色念珠菌。它極少量的定居在口，陰道和胃腸道（GI）管中。影響粘膜表面白色念珠菌數(shù)量的因素是多方面的，包括正常微生物菌群、激素、壓力、先天性免疫和獲得性免疫。無菌而經(jīng)抗生素治療的小鼠，對白色念珠菌感染更為敏感。在人體中，酵母菌感染粘膜系統(tǒng)是抗生素治療產(chǎn)生的一個最常見的副作用。因此，通過正常菌群來控制白色念珠菌是非常重要的。細菌微生物之所以能夠控制和預防白色念珠菌感染，部分是因為它們能通過生存競爭將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？谇患毦梢砸种平湍赴咨钪榫诹呀鉃榫z的過程中轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化可加強對上皮細胞的入侵。乳酸菌被認為可以抑制白色念珠菌在小鼠胃腸道上皮細胞的定植，及其引發(fā)的菌絲入侵和全身感染。在胃腸道患念珠菌病的小鼠模型中，預先接種乳酸菌可以降低白色念珠菌的水平，并可減少它的入侵。研究證實，有幾株乳酸菌可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化，而菌絲轉(zhuǎn)化是菌侵染上皮細胞和由共生到病原菌轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。正常微生物菌群的成員，例如乳酸菌，能夠產(chǎn)生大量具有生物活性的短鏈脂肪酸。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。丁酸是一種短鏈脂肪酸，因具有免疫調(diào)節(jié)活性而被人們所熟知。然而，丁酸也可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化。短鏈脂肪酸是一種代謝副產(chǎn)物，可通過乳酸菌發(fā)酵大量生產(chǎn)。因此，抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化是乳酸菌的一個重要的益生菌活性。1、真菌微生物：白色念珠菌10這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。大量事實顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。細菌微生物之所以能夠控制和預防白色念珠菌感染，部分是因為它們能通過生存競爭將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？股?，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長。這也就是底物有限的情況。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對其進行長期調(diào)查，看其對排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過六個月會導致短暫的可操作細菌定植。（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系四、微生物群體變動與過敏癥之間的流行病學聯(lián)系沒有外膜的多糖類結(jié)合蛋白介導的黏附到富含糖的營養(yǎng)顆粒，所以它將會冒很大被腸道生物反應器洗刷掉的風險。2、改變微生物菌群環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。僅為宿主生產(chǎn)有益物質(zhì)的微生物被稱為有益菌，包括乳酸菌屬和雙歧桿菌屬。此外，潛在致病微生物（PPO）也是組成微生物種群的一部分，包括需氧腸細菌，梭菌屬以及白色念珠菌。然而，在健康個體中，PPO僅占微生物種群總量的一小部分。微生態(tài)失衡主要表現(xiàn)在有益厭氧微生物的減少以及需氧細菌和真菌（大部分是一些潛在致病菌）和有害厭氧微生物的增加。腸道微生物定植抗力是專性厭氧菌所具有一種抑制活性，它能抑制潛在的有害固有種和外來種的過度繁殖。微生物定植抗力的減少，最終可能表現(xiàn)出無臨床癥狀（僅導致微生態(tài)失衡）或者是播散性感染。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。2、改變微生物菌11圖13.4機體學會了如何從多形類桿菌(B.thetaiotaomicron)那里獲得可利用的糖類。(1)多形類桿菌沒有黏附的細胞器。沒有外膜的多糖類結(jié)合蛋白介導的黏附到富含糖的營養(yǎng)顆粒，所以它將會冒很大被腸道生物反應器洗刷掉的風險。這也就是底物有限的情況。(2)少量的未經(jīng)消化或部分消化的營養(yǎng)顆粒，例如飲食的纖維素、流動的上皮細胞或粘膜片段。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。(3)耐熱的產(chǎn)甲烷細菌通過發(fā)酵這些糖類釋放出甲烷，從而從多糖中把能量全部釋放出來。(4)當飲食缺乏多糖的時候，多形類桿菌就通過發(fā)展一套不同的多糖結(jié)合蛋白和配糖水解酶為宿主粘膜提供多糖。這種適應性反映出宿主粘膜多糖的多樣性和多形類桿菌的不同的適應能力。圖13.4機體學會了如何從多形類桿菌(B.thetaiota12研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。在無菌鼠中口服耐受無法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。由這個事實得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應通過日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來完成其進化。計算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫，各分類單位則同源性分布于80~100%之間。近來的研究主要集中在微生物群體對腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應胃腸道中微生物的存在。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動，這跟不同的物種需要生長在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。檢測來自過敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛沙尼亞）國家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來自不同國家的患過敏癥的兒童具有相同的微生物組成。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學（具有影響力的先天免疫細胞）可能會有所改進，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會將這一體系擴大和延伸（圖13.口服耐受由調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應答，也包括肺部。現(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過程中，可能會降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答能力，或者通過真菌樣類脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導的表達?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。三、益生菌和益生元胃腸道微生物菌群的控制和穩(wěn)定可作為免疫治療的一種手段。益生菌理論由EliMetchnikoff首次提出，解釋了保加利亞農(nóng)民身體健康、長壽與日常飲用不含腐敗微生物的發(fā)酵乳制品之間的關(guān)系。通過這些觀察，他認為維持健康的腸道微生物菌群是實現(xiàn)健康長壽的關(guān)鍵。益生菌因此被定義為有活性的微生物添加劑，它是非致病菌，可對健康產(chǎn)生有益的影響。添加益生菌不僅能夠?qū)е略谏矬w中的定植，而且能夠改變微生物種群其它成員的豐度。以發(fā)酵食品的形式添加益生菌，在西方國家和部分歐洲地區(qū)很流行。考古學研究也支持這一理論，在數(shù)千年之后這一習慣擴大并遍及多個文明社會。由這個事實得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應通過日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來完成其進化。在西方國家，兒童過敏性癥狀已經(jīng)被證實得到了緩解，主要是因為他們的生活方式，包括減少抗生素的使用和每天攝入一定量的益生菌，這種現(xiàn)象印證了上面的觀點?，F(xiàn)在臨床研究表明添加益生菌能改良健康狀況。我們不應該僅僅注意對健康有特殊療效的微生物的挑選，也應該注意用于促進這些微生物添加劑生長發(fā)育并能提高其活性的食品添加劑（益生元）。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對其進行長期調(diào)查，看其對排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過六個月會導致短暫的可操作細菌定植。然而，在益生菌添加停止兩個月后檢測，發(fā)現(xiàn)大部分實驗中鼠李糖乳酸菌都沒檢出?？梢娨嫔娜粘z取對于獲取最大功效可能是必需的。研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸13樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來誘導T細胞分化。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細菌起主導作用。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細胞捕獲，接下來在次級淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過程中，可能會降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答能力，或者通過真菌樣類脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導的表達。對這些動物模型的研究強調(diào)了這樣一種觀點，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對吸入抗原的免疫應答起很重要的作用。在超敏反應(變態(tài)反應)的前后，可以阻止無菌動物的口服耐受性誘導，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。四、微生物群體變動與過敏癥之間的流行病學聯(lián)系抗生素，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這三種因素對微生物群體組成的影響都很大。目前，基于對流行病學的研究，反對用微生物在過敏病患者中做實驗直接證明和檢測這一觀點。但是大量研究顯示胃腸道微生物菌群的組成在患有遺傳性過敏癥和非遺傳性過敏癥的個體中是不同的，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家也是不同的。飲食變更，例如增大飲食中優(yōu)質(zhì)食物的比例，可能是造成發(fā)達國家和發(fā)展中國家GI中微生物組成不同的主要原因。檢測來自過敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛沙尼亞）國家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來自不同國家的患過敏癥的兒童具有相同的微生物組成。過敏癥兒童（利用陽性皮膚點刺試驗檢測普通過敏原）需氧微生物的水平增加，并且厭氧微生物降低，尤其是乳酸桿菌的水平。其他研究調(diào)查了嬰兒出生后前兩年體內(nèi)微生物群體的組成，并監(jiān)控了瑞典和愛沙尼亞這兩個國家中過敏癥的發(fā)展情況。有趣的是，患有過敏癥的嬰幼兒體內(nèi)雙歧桿菌和腸球菌的水平都很低，而梭狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的水平卻有所提升。這些研究表明，微生物的組成可能是過敏性疾病的潛在因素，盡管在這兩個國家中還存在其它環(huán)境因子的差異。樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來14第二節(jié)微生物菌群的變動和免疫學推論

一、引言早在幾年前人們就已經(jīng)意識到胃腸道微生物菌群的變更可以影響?zhàn)つっ庖?。無菌動物含有極少量的腸道集合淋巴結(jié)，極少量的上皮內(nèi)淋巴細胞，和低水平的分泌型IgA。在超敏反應(變態(tài)反應)的前后，可以阻止無菌動物的口服耐受性誘導，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。用腸細菌接種無菌鼠（程式化/規(guī)范化），可以使其產(chǎn)生口服耐受的能力得到恢復。免疫耐受，包括口腔耐受，通過被稱為調(diào)節(jié)性T細胞群中不同的T細胞對其進行調(diào)控，這些T細胞具有抗炎功能，由白細胞介素(IL)-10和/或轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-抑制。調(diào)節(jié)性T細胞的生長發(fā)育情況強烈受抗原呈遞細胞（APC）類型和成熟度的影響。樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來誘導T細胞分化。未成熟DCs（沒有接收到炎癥信號）誘導調(diào)節(jié)性T細胞的分化，而成熟DCs（接收到了炎癥信號）則誘導輔助性T細胞(Th1和Th2)的分化。大量事實顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。例如，乳酸桿菌素能夠下調(diào)DCs的成熟，并能減少CD4+T細胞（類似調(diào)節(jié)性T細胞）的體外增殖。有趣的是，已有報道稱幼鼠經(jīng)卡那霉素治療后，相對于Th1免疫應答，基于Th2的免疫應答會有所增加，包括增加循環(huán)的IgE,IgG1和抗-CD3-刺激的脾臟IL-4的產(chǎn)生，同時減少脾臟IFNγ的產(chǎn)生。這些經(jīng)抗生素治療的鼠經(jīng)口注入腸細菌，抑制了脾臟中基于Th2響應的上調(diào)。結(jié)果表明：通過改變GI中微生物的組成可以促使Th2響應上調(diào)機制發(fā)生?？偠灾?，大量事實開始支持這一模式，解釋了為何微生物群體的破壞可以通過干擾DCs（促進抗原特異性調(diào)節(jié)T細胞免疫應答）的分化來破壞口服耐受（圖13.5）。第二節(jié)微生物菌群的變動和免疫學推論一、引言15圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應答模型。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細胞捕獲，接下來在次級淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。接觸抗原后，抗原特異性T細胞被募集到肺臟。調(diào)節(jié)性T細胞網(wǎng)絡(luò)對預防呼吸道中過度的Th2應答是非常必要的，Th2應答是針對吸入性非易感（花粉）或極低易感（霉菌孢子）抗原產(chǎn)生的應答。吸入性抗原能進入機體，是因為鼻腔和上呼吸道在解剖學上被設(shè)計成適合于將環(huán)境中抗原（浮質(zhì)，微細顆粒）黏附到粘膜層上的結(jié)構(gòu)，然后將它們卷入喉嚨，最終將它們吞下。吸入的Ag隨后被GI管中的樹突狀細胞(DCs)獲得。在非炎癥條件下，這些DCs能促進調(diào)節(jié)性T細胞對抗原的免疫應答。依據(jù)介導口服耐受的機制保持微生物平衡有利于維持T細胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。然而，GI管能夠捕獲呼吸進肺部和鼻腔中的抗原。這會導致調(diào)節(jié)性T細胞應答的產(chǎn)生，從而控制無感染時的炎癥。在抗生素誘導GI微生物菌群（細菌和真菌）發(fā)生長期變化的過程中，會出現(xiàn)抗生素使用與肺免疫失調(diào)之間的聯(lián)系，這將造成調(diào)節(jié)性T細胞應答環(huán)境的改變。飲食改變與抗生素使用具有相同的效果。宿主也能通過改變先天識別反應來調(diào)節(jié)免疫應答。圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應答模型。16二、胃腸道微生物的改變在過敏性呼吸道疾病中的作用現(xiàn)已提出肺這一微環(huán)境通常傾向于進行Th2免疫應答。然而，在肺部經(jīng)鼻腔吸入抗原的再三接觸會導致Th2應答的減少，這是耐受的一種形式?？诜褪苡烧{(diào)節(jié)性T細胞免疫應答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應答，也包括肺部。在無菌鼠中口服耐受無法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。那么口服耐受與耐受吸入的過敏原究竟有什么關(guān)系呢？大量的研究顯示，從鼻腔進入的流體，微粒和微生物隨后很大程度上都能在GI管中被即刻檢測到。即使將2.5μl這樣小的劑量經(jīng)鼻腔注入小鼠，也能被完全吸收，主要是因為鼻咽腔含有黏膜纖毛。因此，胃腸道會接觸并捕獲任何抗原，同時呼吸道也會捕獲這些抗原。因為許多抗原的的攝取可能會引起對相應抗原的耐受（如眾所周知的“口服耐受”現(xiàn)象），這種有趣的觀點認為，胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)在耐受吸入抗原的過程中擔當?shù)目赡苁莻鞲衅鞯慕巧?。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學（具有影響力的先天免疫細胞）可能會有所改進，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會將這一體系擴大和延伸（圖13.5）。二、胃腸道微生物的改變在過敏性呼吸道疾病中的作用17最近報道指出白色念珠菌（和許多其它真菌）分泌前列腺素樣分子denovo或經(jīng)由外來的花生四烯酸轉(zhuǎn)化。PGE2(前列腺素E2)可交叉反應的混合物對哺乳動物細胞具有生物活性，它的生物活性與從白色念珠菌中提取精制的PGE2沒有多大差異。前列腺素是一種有效的免疫調(diào)節(jié)分子，它能夠抑制Th1-型免疫應答、細胞因子產(chǎn)生、吞噬作用加強和淋巴細胞增殖，并能提升Th2-型免疫應答應答和促進組織嗜曙紅細胞增殖。PGD2受體(DP)敲除的鼠對卵清蛋白(OVA)沒有呼吸道Th2型免疫應答?，F(xiàn)在大量事實證明前列腺素（尤其是PGE2）在整個免疫調(diào)節(jié)中都有作用（積極的或消極的）。源自微生物的前列腺素D2（PGD2）能夠改變DC的遷移和生存。在組織中真菌細胞壁葡聚糖也是一種有效的炎癥刺激物，并且在胃腸道中具有酵母的免疫調(diào)節(jié)活性。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過程中，可能會降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答能力，或者通過真菌樣類脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導的表達。最近報道指出白色念珠菌（和許多其它真菌）分泌前18已經(jīng)建立了一個由抗生素誘導破壞微生物菌群的小鼠模型，包括穩(wěn)定增加胃腸道中（GI）的腸細菌和GI中的假絲酵母菌的水平，而沒有將微生物引入肺中。將頭孢哌酮放入鼠飲用水中，喂養(yǎng)處理小鼠5天，接著僅經(jīng)口喂入白色念珠菌。這會導致胃腸道微生物菌群中GI細菌數(shù)量的變化，增加酵母菌的數(shù)量，這種現(xiàn)象至少會持續(xù)2~3周。如果隨后將此鼠經(jīng)鼻引入過敏原，這種微生物變化將引起由IL-13和CD4+T細胞介導的過敏性呼吸道免疫應答。對這些動物模型的研究強調(diào)了這樣一種觀點，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對吸入抗原的免疫應答起很重要的作用。已經(jīng)建立了一個由抗生素誘導破壞微生物菌群的小鼠19三、微生物菌群能被用來改變超敏反應嗎？大量研究顯示，添加益生菌和益生元在治療和預防疾病方面都能產(chǎn)生不錯的療效。已經(jīng)有一些證據(jù)表明，添加益生菌能夠減輕和/或預防過敏性疾病的發(fā)展。盡管過敏癥包含許多種疾病，但是異位性濕疹是在幼兒和兒童中最早顯現(xiàn)的一個病癥。在一個隨機空白對照實驗研究中，口服鼠李糖乳酸菌GG可以降低高危兒童異位性濕疹的發(fā)病率。這一研究持續(xù)兩年，結(jié)果表明在兒童的幼年早期供給益生菌添加劑可預防過敏性疾病。對幼年患有異位性濕疹的幼兒進行實驗，這些研究顯示飲用益生菌添加劑的兒童比嚴格控制沒有飲用益生菌添加劑的兒童更能有效減輕疾病的嚴重程度。對患病幼兒的排泄物進行微生物組分測定，結(jié)果顯示，大腸桿菌的水平與過敏性疾病之間存在相關(guān)性，并且添加雙歧桿菌后能夠降低大腸桿菌的水平。有趣的是，懷有可能患病的幼兒的媽媽服用益生菌添加劑也能預防并發(fā)性異位性濕疹。無論是在出生前還是出生后添加益生菌，均使一組高危幼兒患異位性皮炎的機率降低了50%。對已經(jīng)患有異位性皮炎的兒童進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌能夠減輕病人的臨床癥狀。在鼠中，經(jīng)口服干酪乳酸桿菌Shirota能夠有效地抑制OVA刺激的IgE的產(chǎn)生?？偠灾@些研究指出，調(diào)控兒童和幼兒胃腸道中的微生物可以作為預防和治療過敏性疾病的策略。還需要做大量的研究來確定選取最優(yōu)益生菌的方案，并確定這個方案對患有過敏性呼吸道疾病病人的有效性。三、微生物菌群能被用來改變超敏反應嗎？20四、微生物菌群是免疫系統(tǒng)的主要調(diào)控者嗎？一個世紀以來，科學家已經(jīng)意識到飲食能夠顯著地改變微生物菌群的組成和豐度。幾十年以來，科學家已經(jīng)能夠利用小鼠模型證明：微生物菌群對免疫系統(tǒng)的發(fā)展和維護具有重要作用。然而，直到40年前，這些關(guān)于人們健康的影響因素才顯現(xiàn)出來。在這個時期，對日常生活引入這些因素產(chǎn)生了強有力的影響，能長時間大幅度地改變微生物菌群。在發(fā)達國家，抗生素的廣泛使用和飲食的不規(guī)律，致使過敏癥和哮喘病發(fā)病率有了明顯的提高。因此，用這些動物模型，我們證明了微生物菌群對調(diào)節(jié)免疫應答的確具有很重要的作用。四、微生物菌群是免疫系統(tǒng)的主要調(diào)控者嗎？21胃腸道微生物和健康的關(guān)系胃腸道微生物和健康的關(guān)系22（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系23一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對腸道微生物的影響1、抗生素抗生素對腸道微生物的下游效應依賴于幾種藥理學變化。然而，腸道微生物定植抵抗能力（由伺機性病原菌抵抗定植）的缺乏是由大多數(shù)抗生素治療所產(chǎn)生的一種常見的副作用。在人和動物模型中，抗生素治療會導致有益厭氧菌（例如，雙歧桿菌屬、乳酸菌和類桿菌屬）的長期減少而增加一些潛在的有害微生物的繁殖（例如，革蘭氏陰性需氧菌、厭氧病原菌、難辨梭狀芽孢桿菌和白色念珠酵母菌）?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。一、抗生素、膳食以及嬰幼兒飲食對腸道微生物的影響242、膳食宿主與微生物通過營養(yǎng)交換表現(xiàn)它們之間的共生關(guān)系。宿主為微生物提供生存的微環(huán)境和養(yǎng)料，微生物生產(chǎn)一些有益的次生代謝產(chǎn)物，如維生素和短鏈脂肪酸作為交換。20世紀前葉，科學家致力于研究膳食對微生物的影響，這主要受益于益生菌理論的提出者梅奇尼可夫（EliMetchnikoff）的觀點的普及。這些早期的研究表明嚙齒動物腸道菌群的構(gòu)成會隨著膳食的改變發(fā)生急劇的變化。進食營養(yǎng)豐富的狗會抑制耐藥微生物的恢復，這一點已經(jīng)得到了證實?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動，這跟不同的物種需要生長在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。2、膳食253、嬰幼兒飲食一個世紀以前，科學家作了關(guān)于這方面的第一個實驗，發(fā)現(xiàn)飲用母乳和飲用牛奶的嬰幼兒胃腸道內(nèi)微生物的組成存在差異。這個結(jié)論是通過對不同時期嬰幼兒胃腸道中微生物的定植情況進行觀察而得出的，并且得到了反復印證。兩種飲食攝生法的最大差別是，飲用母乳的嬰幼兒微生物的主要組成為乳酸菌，而飲用牛奶的嬰幼兒腸道微生物組成卻有所不同，主要是厭氧細菌和需氧細菌的混合物，推測這和母乳中的抗體組成和細胞因子組成有很大關(guān)系，當然也與其蛋白質(zhì)和各種營養(yǎng)有關(guān)。近來的研究主要集中在微生物群體對腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應胃腸道中微生物的存在。研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。本節(jié)著重論述在接受外源性抗原刺激時，腸道微生物在維持黏膜免疫耐受中所起的作用。3、嬰幼兒飲食26二、正常微生物菌群：特點和發(fā)育胃腸道管中微生物定植的過程會導致一系列的生態(tài)演替，最終導致穩(wěn)定的微生物菌群（微生物區(qū)系）的建立，這個穩(wěn)定的微生物菌群對不同的個體具有唯一性。穩(wěn)定的微生物群體由固有種（永久成員）和外來種（從外來物種暫時獲得的短暫定居者）組成。這種微生物菌群由400~1000個種組成，大約有60%的微生物在胃腸道以外的環(huán)境是不可培養(yǎng)的。然而，這些菌中已被證實僅有30~40種微生物。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細菌起主導作用。大部分細菌是嚴格厭氧菌（97%），而僅有3%為需氧菌（耐氧厭氧菌）。微生物群體組成的不同不僅表現(xiàn)在沿著胃腸腔的長度有所變化，更具代表性的是定居在胃腸道粘膜和內(nèi)腔中微生物數(shù)量的不同。根據(jù)濃度定量，胃腸道內(nèi)最普遍的厭氧菌是類桿菌屬，雙歧桿菌屬，真桿菌屬，梭形桿菌屬，梭狀芽胞桿菌屬和乳酸菌。需氧菌中有革蘭氏陰性腸細菌（大腸桿菌屬和沙門氏菌屬）和革蘭氏陽性球菌屬（腸球菌、葡萄球菌和鏈球菌）。除需氧細菌外，需氧真菌種屬，如白色念珠菌屬，也是正常微生物菌群的成員。二、正常微生物菌群：特點和發(fā)育27圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類。每一個樣品的每一個細菌系統(tǒng)類型的序列數(shù)目。Y軸表示相鄰的遺傳系統(tǒng)分類樹中各分類單位的代表的合并點(分枝點)。該項研究共有395個系統(tǒng)類型；每一行是一個不同的系統(tǒng)類型。共有7個微生物門：似細菌門(Bacteroidetes),非變形菌門(non-Alphaproteobacteria)、未明確分類的藍藻菌近緣微生物門(Cyanobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、梭桿菌門(Fusobacteria)和阿爾法蛋白細菌門(Alphaproteinobacteria),全部列在圖的上部。在系統(tǒng)分類樹中用不同的顏色表示出來。對于每一個系統(tǒng)分類類型用刻度的灰色值表示出其菌落豐度。圖13.1腸道系統(tǒng)的微生物系統(tǒng)分類。每一個樣品的每一個細菌28圖13.2人類腸道系統(tǒng)的細菌多樣性。(A)基于8903個16SrRNA基因序列的基因芯片進行的腸道系統(tǒng)細菌多樣調(diào)查和系統(tǒng)分類所繪制的系統(tǒng)樹。楔形圖表示的各分類領(lǐng)域(超領(lǐng)域)：在人的消化道中具有較大豐度的用紅色表示，非常罕見的種類用綠色表示，未鑒定的用灰色表示。楔形圖長度表示與其祖先的進化距離，粗度表示其豐度。(B)CFB分類的系統(tǒng)樹是基于GenBank(>900核苷酸)1561序列及其生態(tài)學的邏輯關(guān)系。CFB主要亞類的楔形圖：用象征符號表示其來源：地球、環(huán)境、牛、反芻動物、嚙齒動物、老鼠和/或小鼠、人類、人類消化道(GI)，其它還有白蟻、蟑螂、蟲子(包括熱水中的蟲)和豬。圖中的比例是指人的消化道中存在的數(shù)目和亞類中總數(shù)的比值：紅色、黃色和黑色分別表示多數(shù)、少數(shù)和人類GI中不存在。(C)簡化的細菌類系統(tǒng)樹。細菌菌株的分類是基于形態(tài)學的用紅色表示，這些菌株還沒有得到16SrRNA分析的證實。已經(jīng)進行過序列分析的用粗體表示。黑色圓點表示具有高支持度的節(jié)點(>70%)。分枝長度代表聚類的遺傳距離，也就是16SrRNA基因的核苷酸序列差異。圖13.2人類腸道系統(tǒng)的細菌多樣性。(A)基于8903個29圖13.3人類消化道(GI)中各種細菌的豐度估算。主要依據(jù)16SrRNA基因序列的變異水平。分布在“屬”以下水平的同源性為95%，“種”以下水平的同源性為98%，到菌株水平只有基于獨特的序列。計算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫，各分類單位則同源性分布于80~100%之間。圖13.3人類消化道(GI)中各種細菌的豐度估算。主要依據(jù)301、真菌微生物：白色念珠菌在人體中最主要的真菌微生物種屬是酵母白色念珠菌。它極少量的定居在口，陰道和胃腸道（GI）管中。影響粘膜表面白色念珠菌數(shù)量的因素是多方面的，包括正常微生物菌群、激素、壓力、先天性免疫和獲得性免疫。無菌而經(jīng)抗生素治療的小鼠，對白色念珠菌感染更為敏感。在人體中，酵母菌感染粘膜系統(tǒng)是抗生素治療產(chǎn)生的一個最常見的副作用。因此，通過正常菌群來控制白色念珠菌是非常重要的。細菌微生物之所以能夠控制和預防白色念珠菌感染，部分是因為它們能通過生存競爭將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？谇患毦梢砸种平湍赴咨钪榫诹呀鉃榫z的過程中轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化可加強對上皮細胞的入侵。乳酸菌被認為可以抑制白色念珠菌在小鼠胃腸道上皮細胞的定植，及其引發(fā)的菌絲入侵和全身感染。在胃腸道患念珠菌病的小鼠模型中，預先接種乳酸菌可以降低白色念珠菌的水平，并可減少它的入侵。研究證實，有幾株乳酸菌可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化，而菌絲轉(zhuǎn)化是菌侵染上皮細胞和由共生到病原菌轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。正常微生物菌群的成員，例如乳酸菌，能夠產(chǎn)生大量具有生物活性的短鏈脂肪酸。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。丁酸是一種短鏈脂肪酸，因具有免疫調(diào)節(jié)活性而被人們所熟知。然而，丁酸也可以抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化。短鏈脂肪酸是一種代謝副產(chǎn)物，可通過乳酸菌發(fā)酵大量生產(chǎn)。因此，抑制白色念珠菌菌絲的轉(zhuǎn)化是乳酸菌的一個重要的益生菌活性。1、真菌微生物：白色念珠菌31這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。大量事實顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。細菌微生物之所以能夠控制和預防白色念珠菌感染，部分是因為它們能通過生存競爭將白色念珠菌排除出有利的生存環(huán)境?？股?，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。益生元碳水化合物，像菊粉和低聚果糖，能刺激雙歧桿菌的生長，反之，果糖等單糖能刺激大腸菌群和好氧微生物的生長。這也就是底物有限的情況。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對其進行長期調(diào)查，看其對排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過六個月會導致短暫的可操作細菌定植。（優(yōu)選）胃腸道微生物和健康的關(guān)系四、微生物群體變動與過敏癥之間的流行病學聯(lián)系沒有外膜的多糖類結(jié)合蛋白介導的黏附到富含糖的營養(yǎng)顆粒，所以它將會冒很大被腸道生物反應器洗刷掉的風險。2、改變微生物菌群環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。僅為宿主生產(chǎn)有益物質(zhì)的微生物被稱為有益菌，包括乳酸菌屬和雙歧桿菌屬。此外，潛在致病微生物（PPO）也是組成微生物種群的一部分，包括需氧腸細菌，梭菌屬以及白色念珠菌。然而，在健康個體中，PPO僅占微生物種群總量的一小部分。微生態(tài)失衡主要表現(xiàn)在有益厭氧微生物的減少以及需氧細菌和真菌（大部分是一些潛在致病菌）和有害厭氧微生物的增加。腸道微生物定植抗力是專性厭氧菌所具有一種抑制活性，它能抑制潛在的有害固有種和外來種的過度繁殖。微生物定植抗力的減少，最終可能表現(xiàn)出無臨床癥狀（僅導致微生態(tài)失衡）或者是播散性感染。這些脂肪酸是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，具有抗炎功能。2、改變微生物菌32圖13.4機體學會了如何從多形類桿菌(B.thetaiotaomicron)那里獲得可利用的糖類。(1)多形類桿菌沒有黏附的細胞器。沒有外膜的多糖類結(jié)合蛋白介導的黏附到富含糖的營養(yǎng)顆粒，所以它將會冒很大被腸道生物反應器洗刷掉的風險。這也就是底物有限的情況。(2)少量的未經(jīng)消化或部分消化的營養(yǎng)顆粒，例如飲食的纖維素、流動的上皮細胞或粘膜片段。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。(3)耐熱的產(chǎn)甲烷細菌通過發(fā)酵這些糖類釋放出甲烷，從而從多糖中把能量全部釋放出來。(4)當飲食缺乏多糖的時候，多形類桿菌就通過發(fā)展一套不同的多糖結(jié)合蛋白和配糖水解酶為宿主粘膜提供多糖。這種適應性反映出宿主粘膜多糖的多樣性和多形類桿菌的不同的適應能力。圖13.4機體學會了如何從多形類桿菌(B.thetaiota33研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸疾病和關(guān)節(jié)炎。在無菌鼠中口服耐受無法形成，這表明GI微生物在口腔耐受產(chǎn)生中起到了關(guān)鍵作用。由這個事實得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應通過日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來完成其進化。計算依據(jù)于GenBank數(shù)據(jù)庫，各分類單位則同源性分布于80~100%之間。近來的研究主要集中在微生物群體對腸道發(fā)育的影響，以及免疫系統(tǒng)如何適應胃腸道中微生物的存在。因此，宿主的膳食組成決定了微生物的物種組成以及它們的代謝活動，這跟不同的物種需要生長在不同的培養(yǎng)基上是同樣的道理。檢測來自過敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛沙尼亞）國家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來自不同國家的患過敏癥的兒童具有相同的微生物組成。如果這種假設(shè)是正確的，那么它在理論上將被繼續(xù)下去，即這個“傳感器”體系經(jīng)由遺傳學（具有影響力的先天免疫細胞）可能會有所改進，并且由抗生素和飲食引起的微生物變化會將這一體系擴大和延伸（圖13.口服耐受由調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應答，也包括肺部?，F(xiàn)在大部份研究都集中在尋找一種優(yōu)質(zhì)有效的飲食碳水化合物。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過程中，可能會降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答能力，或者通過真菌樣類脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導的表達?？股刂委熯€能夠降低短鏈脂肪酸的水平，長期的抗生素治療能夠?qū)е?6srRNA微生物指紋圖譜發(fā)生顯著變化，指紋圖譜的變化能反映微生物構(gòu)成的變化。三、益生菌和益生元胃腸道微生物菌群的控制和穩(wěn)定可作為免疫治療的一種手段。益生菌理論由EliMetchnikoff首次提出，解釋了保加利亞農(nóng)民身體健康、長壽與日常飲用不含腐敗微生物的發(fā)酵乳制品之間的關(guān)系。通過這些觀察，他認為維持健康的腸道微生物菌群是實現(xiàn)健康長壽的關(guān)鍵。益生菌因此被定義為有活性的微生物添加劑，它是非致病菌，可對健康產(chǎn)生有益的影響。添加益生菌不僅能夠?qū)е略谏矬w中的定植，而且能夠改變微生物種群其它成員的豐度。以發(fā)酵食品的形式添加益生菌，在西方國家和部分歐洲地區(qū)很流行?？脊艑W研究也支持這一理論，在數(shù)千年之后這一習慣擴大并遍及多個文明社會。由這個事實得出，我們的胃腸道生態(tài)系統(tǒng)應通過日常供給和獲取一定劑量的活乳酸菌來完成其進化。在西方國家，兒童過敏性癥狀已經(jīng)被證實得到了緩解，主要是因為他們的生活方式，包括減少抗生素的使用和每天攝入一定量的益生菌，這種現(xiàn)象印證了上面的觀點?，F(xiàn)在臨床研究表明添加益生菌能改良健康狀況。我們不應該僅僅注意對健康有特殊療效的微生物的挑選，也應該注意用于促進這些微生物添加劑生長發(fā)育并能提高其活性的食品添加劑（益生元）。每日攝取含有鼠李糖乳酸菌的乳制品，對其進行長期調(diào)查，看其對排泄微生物組成產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明添加益生菌超過六個月會導致短暫的可操作細菌定植。然而，在益生菌添加停止兩個月后檢測，發(fā)現(xiàn)大部分實驗中鼠李糖乳酸菌都沒檢出?？梢娨嫔娜粘z取對于獲取最大功效可能是必需的。研究的重點是腸道微生物在引發(fā)炎癥性疾病中的作用，例如炎癥性腸34樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來誘導T細胞分化。胃腸道中既存在真核微生物也存在原核微生物，細菌起主導作用。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細胞捕獲，接下來在次級淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。這也就是動力學平衡過程，在這種情況下，微生物發(fā)酵這些未完全消化物質(zhì)，誘導一系列的多糖結(jié)合蛋白和多糖水解酶。因此，增加真菌微生物的水平，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在抗生素治療的過程中，可能會降低產(chǎn)生耐受抗原的調(diào)節(jié)性T細胞免疫應答能力，或者通過真菌樣類脂和葡聚糖干擾抗原耐受性誘導的表達。對這些動物模型的研究強調(diào)了這樣一種觀點，微生物的變化在調(diào)節(jié)肺中對吸入抗原的免疫應答起很重要的作用。在超敏反應(變態(tài)反應)的前后，可以阻止無菌動物的口服耐受性誘導，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。環(huán)境壓力，例如抗生素的使用，飲食不正常以及接種微生物等，都可能導致微生物群體短暫和永久的變更為另一形態(tài)穩(wěn)定的微生物菌群。四、微生物群體變動與過敏癥之間的流行病學聯(lián)系抗生素，膳食和嬰幼兒飲食攝生法都與過敏癥和哮喘癥的發(fā)展密切相關(guān)。這三種因素對微生物群體組成的影響都很大。目前，基于對流行病學的研究，反對用微生物在過敏病患者中做實驗直接證明和檢測這一觀點。但是大量研究顯示胃腸道微生物菌群的組成在患有遺傳性過敏癥和非遺傳性過敏癥的個體中是不同的，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家也是不同的。飲食變更，例如增大飲食中優(yōu)質(zhì)食物的比例，可能是造成發(fā)達國家和發(fā)展中國家GI中微生物組成不同的主要原因。檢測來自過敏性疾病高流行（瑞典）和低流行（愛沙尼亞）國家中兒童體內(nèi)的微生物組成，結(jié)果顯示來自不同國家的患過敏癥的兒童具有相同的微生物組成。過敏癥兒童（利用陽性皮膚點刺試驗檢測普通過敏原）需氧微生物的水平增加，并且厭氧微生物降低，尤其是乳酸桿菌的水平。其他研究調(diào)查了嬰兒出生后前兩年體內(nèi)微生物群體的組成，并監(jiān)控了瑞典和愛沙尼亞這兩個國家中過敏癥的發(fā)展情況。有趣的是，患有過敏癥的嬰幼兒體內(nèi)雙歧桿菌和腸球菌的水平都很低，而梭狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的水平卻有所提升。這些研究表明，微生物的組成可能是過敏性疾病的潛在因素，盡管在這兩個國家中還存在其它環(huán)境因子的差異。樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來35第二節(jié)微生物菌群的變動和免疫學推論

一、引言早在幾年前人們就已經(jīng)意識到胃腸道微生物菌群的變更可以影響?zhàn)つっ庖摺o菌動物含有極少量的腸道集合淋巴結(jié)，極少量的上皮內(nèi)淋巴細胞，和低水平的分泌型IgA。在超敏反應(變態(tài)反應)的前后，可以阻止無菌動物的口服耐受性誘導，這種現(xiàn)象能阻礙IgE的產(chǎn)生。用腸細菌接種無菌鼠（程式化/規(guī)范化），可以使其產(chǎn)生口服耐受的能力得到恢復。免疫耐受，包括口腔耐受，通過被稱為調(diào)節(jié)性T細胞群中不同的T細胞對其進行調(diào)控，這些T細胞具有抗炎功能，由白細胞介素(IL)-10和/或轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-抑制。調(diào)節(jié)性T細胞的生長發(fā)育情況強烈受抗原呈遞細胞（APC）類型和成熟度的影響。樹突狀細胞(DCs)是一種有效的APCs，它們通過改變性能來誘導T細胞分化。未成熟DCs（沒有接收到炎癥信號）誘導調(diào)節(jié)性T細胞的分化，而成熟DCs（接收到了炎癥信號）則誘導輔助性T細胞(Th1和Th2)的分化。大量事實顯示，胃腸道微生物群體也能夠調(diào)控腸粘膜上DC的分化。例如，乳酸桿菌素能夠下調(diào)DCs的成熟，并能減少CD4+T細胞（類似調(diào)節(jié)性T細胞）的體外增殖。有趣的是，已有報道稱幼鼠經(jīng)卡那霉素治療后，相對于Th1免疫應答，基于Th2的免疫應答會有所增加，包括增加循環(huán)的IgE,IgG1和抗-CD3-刺激的脾臟IL-4的產(chǎn)生，同時減少脾臟IFNγ的產(chǎn)生。這些經(jīng)抗生素治療的鼠經(jīng)口注入腸細菌，抑制了脾臟中基于Th2響應的上調(diào)。結(jié)果表明：通過改變GI中微生物的組成可以促使Th2響應上調(diào)機制發(fā)生?？偠灾?，大量事實開始支持這一模式，解釋了為何微生物群體的破壞可以通過干擾DCs（促進抗原特異性調(diào)節(jié)T細胞免疫應答）的分化來破壞口服耐受（圖13.5）。第二節(jié)微生物菌群的變動和免疫學推論一、引言36圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應答模型。吸入的抗原（Ags）被先天免疫細胞捕獲，接下來在次級淋巴器官如淋巴腺（LN）和脾臟中激活獲得性免疫。接觸抗原后，抗原特異性T細胞被募集到肺臟。調(diào)節(jié)性T細胞網(wǎng)絡(luò)對預防呼吸道中過度的Th2應答是非常必要的，Th2應答是針對吸入性非易感（花粉）或極低易感（霉菌孢子）抗原產(chǎn)生的應答。吸入性抗原能進入機體，是因為鼻腔和上呼吸道在解剖學上被設(shè)計成適合于將環(huán)境中抗原（浮質(zhì)，微細顆粒）黏附到粘膜層上的結(jié)構(gòu)，然后將它們卷入喉嚨，最終將它們吞下。吸入的Ag隨后被GI管中的樹突狀細胞(DCs)獲得。在非炎癥條件下，這些DCs能促進調(diào)節(jié)性T細胞對抗原的免疫應答。依據(jù)介導口服耐受的機制保持微生物平衡有利于維持T細胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。然而，GI管能夠捕獲呼吸進肺部和鼻腔中的抗原。這會導致調(diào)節(jié)性T細胞應答的產(chǎn)生，從而控制無感染時的炎癥。在抗生素誘導GI微生物菌群（細菌和真菌）發(fā)生長期變化的過程中，會出現(xiàn)抗生素使用與肺免疫失調(diào)之間的聯(lián)系，這將造成調(diào)節(jié)性T細胞應答環(huán)境的改變。飲食改變與抗生素使用具有相同的效果。宿主也能通過改變先天識別反應來調(diào)節(jié)免疫應答。圖13.5胃腸道（GI）微生物如何控制肺部的免疫應答模型。37二、胃腸道微生物的改變在過敏性呼吸道疾病中的作用現(xiàn)已提出肺這一微環(huán)境通常傾向于進行Th2免疫應答。然而，在肺部經(jīng)鼻腔吸入抗原的再三接觸會導致Th2應答的減少，這是耐受的一種形式?？诜褪苡烧{(diào)節(jié)性T細胞免疫應答調(diào)控，它能夠下調(diào)遍及全身各處相同抗原的Th2應答，也包括肺部。在無菌鼠中口服耐受無法形成，