肠道微生态及相关功能产品研究概述

一、人体微生态系统基本概念

人体的微生态系统(Microflora):正常菌群、条件致病菌与宿主之间以及与周围环境之间存在着种种密切关系,即组成了人体的微生态系统

胃肠道中的微生物数量占了人体总携带量的78.7%,包括厌氧菌、兼性厌氧菌、好氧菌等,其中专性厌氧菌达97%~99%以上。这些微生物平均重量约1.5kg,相当于肝脏的重量,数目达-个,是人体自身细胞数目的10倍。人体为胃肠道微生物提供生存环境,胃肠道微生物帮助人摄取食物中的能量。

二、肠道微生态的研究热潮

1、人类微生物组计划(TheHumanMicrobiomeProject,HMP):年底,美国国立卫生研究院正式启动为期5年的“人类微生物组计划”,共投入经费1.4亿美元。该计划是继“人类基因组计划”完成之后一项规模更大的DNA测序计划,也被称为“人类第二基因组计划”。其目标是探索研究人类微生物组的可行性;通过绘制人体不同器官中微生物元基因组图谱(包括细菌、病毒等微生物),解析微生物群结构变化对人类健康的影响;同时为其他科学研究提供信息和技术支持。

2、人类肠道宏基因组计划(MetagenomicsoftheHumanIntestinalTract,MetaHIT):欧盟于年1月启动,至年6月作为人类宏基因组第七框架项目的子项目,有来自8个国家的13个科研单位参与,研究人类肠道中的所有微生物群落,进而了解人肠道中细菌的物种分布,最终为后续研究肠道微生物与人的肥胖、肠炎等疾病的关系提供非常重要的理论依据,中国深圳华大基因研究院承担了该计划中的多个欧洲人肠道微生物样品的测序及后续生物信息分析工作。

3、(美国)国家微生物组计划(NationalMicrobiomeInitiative,NMI):年5月13日,美国白宫宣布启动NMI,未来两年投入1.21亿美元,后续还将持续投入,总计4亿美元。该计划有三大目标:(1)支持跨学科研究,以回答多样化生态系统中微生物组的基本问题;(2)开发检测、分析微生物组的工具,了解分享多样化生态系统中微生物知识,增加微生物数据;(3)通过全民科学和教育机会培训更多的微生物组相关工作人员。

4、一系列重大文章陆续发表,例如年10月28日到11月6日,短短八天,《Nature》、《Science》、《Cell》三大杂志,针对微生物态研究,发了6篇重磅论文,1篇简要但也重磅的评述,介绍了2篇其他顶级杂志的重磅论文,推荐了1本关于肠道微生物的重磅书籍。被Science评选的年度十大科学突破之一。

5、创业的热潮:年成立于美国麻省Cambridge的SeresHealth,Inc.公司,先后4轮获得累计1.3亿美元融资,年在IPO之前改为SeresTheapeutics,Inc.,成为首个上市的微生物组学公司。该公司防治艰难梭状芽孢杆菌感染(CDI)的产品SER-在早期临床实验中,30人中有9人治愈(97%),得到美国FDA突破性治疗药品认证(BreakthroughTherapyDesignation)。然而,年7月29日,2期临床实验结果未达到设计目标(总体复发率44%VS对照组53%,65岁以上人群复发率45%VS对照组80%)。此外,uBiome、MicroBiomeTherapeuticsLLC、Vedanta、Rebiocix、Openbiome等微生物治疗和检测公司也在迅速发展。

三、肠道微生态的重要作用

1、在生理病理过程中发挥重要作用

2、不同人群的肠道微生态构成不同

不同人群个体肠道微生物群落多样性及功能基因组丰度差异显著,可借此作为个体身份识别的第二套指纹密码。

蒙古人:以红肉与乳制品为食。其肠道内含量最高的是普氏菌属,明显高于欧洲人和汉族人,该菌群可以产生短链脂肪酸发挥抗炎症作用,所以蒙古人虽然膳食纤维摄入比例很低依然可以保持健康。

坦桑尼亚的哈扎人:以狩猎、蜂蜜、植物块茎等为食,肠道中含高水平密螺旋体菌属和较低水平的双歧杆菌属,在传统定义中该菌群并不“健康”,但哈扎人很少患肠道菌失衡引起的自身免疫性疾病。

巴布亚新几内亚人:仍保留着传统、以农业为基础的生活方式。肠道中含高水平的普氏菌属、丰富的Alistipes菌和链球菌,但双歧杆菌很少,与传统认为的好菌群相反;核心种类中有50多种细菌类型,是美国居民缺乏的。

碳代谢相关基因ppsA、氨基酸转运与代谢相关基因hemE等个基因可以对美洲人、欧洲人和亚洲人进行有效的区分识别。

中国健康人群肠道中细菌主要隶属于硬壁菌门, 拟杆菌门,变形菌门,和放线菌门四个门,与已报道的外国人群肠道菌群构成类似。其中,考拉杆菌属,(平均含量=13.8%)是中国健康人群肠道中含量最多且个体差异最大的微生物。不同民族的居民其肠道菌群构成有明显区别。汉族与白族、哈萨克族与维吾尔族居民的肠道菌群构成相对相似,而汉族与藏族,维吾尔族居民肠道菌群差异显著。

四、影响肠道微生态的因素

五、与肠道微生态调控有关的功能性产品

1、从黄龙汤到FMT——直接以粪便为原料

人类利用人新鲜粪便或者发酵的粪水中的物质治病,至少有近0年的历史。东晋葛洪《肘后备急方》记载了用粪清治疗食物中毒和严重腹泻:“绞粪汁,饮数合至一二升,谓之黄龙汤,陈久者佳”,还记载了用动物粪便治疗疾病,如“驴矢,绞取汁五六合,及热顿服,立定”。明代李时珍《本草纲目》记载了口服粪水治疗严重腹泻、发热、呕吐和便秘等疾病

年,美国科罗拉多大学医学院外科医生beneiseman,对4名患有严重伪膜性肠炎(当时该病死亡率高达75%)的患者,采用抗生素、激素、益生菌等治疗手段均不奏效。最终用患者家属的大便制成粪水对患者进行灌肠,结果3名患者在几天内奇迹般康复,另一名在住院期间则死于与肠道感染无关的其他疾病。

年,既往通俗、杂乱的医学名词被统一为fecalmicrobiotatransplantation(FMT,翻译为粪菌移植)。年,美国将粪菌移植纳入难辨梭状芽孢杆菌感染治疗的指南,用于第三次复发的治疗。目前,全世界已有超过50项批准的粪便移植临床试验,包括便秘、肠易激综合征(IBS)、炎症性肠病(IBD)、代谢综合征和自身免疫性疾病等。

目前,医院已经开始接受志愿者捐献粪便,通过粪菌智能化分离系统进行纯化得到用于FMT的菌群。对于合格的分别提供者,每次可获得元补助,若初筛合格,更可获得免费全套体检套餐,基本要求为:

(1)年龄:25岁以下年轻人,优先考虑12-18周岁的人

(2)一定要身体健康:无传染病、糖尿病、肿瘤等,牙齿发炎、休息不好等也不能捐献

(3)初筛合格后还要“过五关斩六将”:查虫卵、幽门螺杆菌、抽血检验肿瘤、自身免疫等指标、传染病系列等,还要做胸片、NB超、心电图等

2、益生菌产品(Probiotics)

主要以双歧杆菌、乳杆菌和芽孢杆菌为主,也包括其他细菌。以需氧菌为主的活菌制剂,利用其好氧特点,在肠道形成厌氧环境,从而有利于大部分的厌氧菌和兼性厌氧菌的生长,从而保持肠道菌群的正常构成。

在中国与亚太地区益生菌的最普及的应用仍是奶制品领域,如酸奶和乳酸菌饮品等。其它产品形式有:果汁、糖果、冰棋淋等;

3、功能糖产品(益生元)(Prebiotics)

主要是功能性低聚糖,由于人体肠道内没有水解它们(除异麦芽酮糖外)的酶系统,所以它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先为益生菌所利用,包括低聚果糖(FOS)、低聚半乳(GOS)、低聚木糖(XOS)、低聚乳果糖(LACT)、大豆低聚糖(SOS)、菊粉(Inulin)等。

产品形式有:原形、(发酵)乳制品、饮料、酒类、糖果、冰激凌、糕点、膨化食品等。

4、有益活菌和增殖因子的综合制剂(synbotics)

5、酵素及发酵中药

酵素:微生物发酵果蔬等植物产品

将天然中药及其提取液以优选的肠道益生菌或菌群作为发酵剂,在体外模拟体内的肠道环境和重要成分在体内的消化分解过程,对中药有效成分进行生物学转化。

6、近年来我国批准的部分微生态调控相关的保健食品

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长按







































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