肠道微生物群与宿主代谢之间的功能互作

Abstract

人体肠道微生物与肥胖，心血管疾病和代谢综合征（如 2 型糖尿病）的发展之间的联系变得越来越清晰。然而，由于微生物群落的复杂性，功能连接尚不清楚。对小鼠和人类的研究显示，肠道微生物群通过改善食物的能量产出，调节饮食或改变宿主代谢途径的宿主衍生化合物，从而影响宿主代谢。通过加强对微生物群与宿主之间互作机制的了解，我们将能够更好地开发代谢疾病的治疗方法。

01

复合碳水化合物，如膳食纤维等，被结肠微生物群代谢为寡糖和单糖，然后发酵成短链脂肪酸终产物，主要是乙酸，丙酸和丁酸。短链脂肪酸在结肠中被吸收，其中丁酸为结肠上皮细胞提供能量，而乙酸和丙酸作为糖异生和脂肪生成的底物被运输至肝脏和外周器官。除了作为能源外，短链脂肪酸可通过抑制酶组蛋白去乙酰化酶（HDAC），通过 G 蛋白偶联受体（GPCR），如 GPR41 或 GPR43 的信号传导进行代谢调节，从而控制结肠基因表达。

02

肠道微生物群的组成和代谢能力的改变会促进肥胖并影响周围器官的代谢过程，如控制大脑的饱腹感; 从肠道释放激素（图中显示为 PYY 和 GLP-1）; 影响脂肪组织，肝脏和肌肉中脂质的合成，储存或代谢。 微生物分子也会增加肠道通透性，导致全身炎症和胰岛素抵抗。

Tips

L-cells，L-细胞，一种肠内分泌细胞。

PYY ，peptide tyrosine tyrosine，肽酪氨酸酪氨酸，是人体中由 PYY 基因编码的肽，在血液、肠道中，PYY 会降低食欲。

GLP-1，Glucagon-like peptide-1，胰高血糖素样肽-1，GLP-1 是肠降血糖素，通过增强胰岛素的分泌以葡萄糖依赖性方式降低血糖水平。

03

肠道微生物群产生促炎因子，如脂多糖和肽聚糖，其可通过宿主产生的蛋白质影响宿主代谢，从而介导免疫反应。

从饮食中获得的胆碱，胆固醇和多糖通过肠道微生物群直接代谢，或进一步的宿主 - 微生物共代谢产生生物活性化合物。从食物中获得的胆碱可能导致心血管疾病; 胆固醇可通过激活 G 蛋白偶联胆汁酸受体（TGR5），从而增加能量消耗，促进 G 蛋白耦联胆汁酸受体（GLP-1）分泌或预防心脏病；多糖可发酵为短链脂肪酸，其可用作能量来源或可与 G 蛋白偶联受体（GPR41 或 GPR43 ）结合以调节激素和调节炎症。

Tips

TLR4，Toll-like receptor 4，类铎受体 4，Toll 样受体。

CD14，cluster of differentiation 14，分化群 14。

NOD1，Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 1，核苷酸结合寡聚化结构域蛋白1，一种蛋白质受体，识别细菌分子并刺激免疫反应。

TGR5，G protein-coupled bile acid receptor 5，G 蛋白偶联胆汁酸受体，存在于脂肪组织和肠中，作用是加快能量消耗并降低血糖。 

GPR41/GPR43，G protein-coupled receptor 41 and G protein-coupled receptor 43，G 蛋白偶联受体 41 和 G 蛋白偶联受体 43，一对哺乳动物 G 蛋白偶联受体。

GLP-1，Glucagon-like peptide-1，胰高血糖素样肽-1，GLP-1 是肠降血糖素，通过增强胰岛素的分泌以葡萄糖依赖性方式降低血糖水平。

TMA，trimethylamine，三甲胺。

TMAO，trimethylamine-N-oxide，三甲胺-N-氧化物/ 氧化三甲胺。

FMO，flavin-containing monooxygenase，黄素单氧化酶。

04

血浆中脂多糖的含量似乎随脂肪摄入量的增加而增加，而那些内脏脂肪含量高的人血液中微生物 DNA 水平更高。 血液中脂多糖和微生物 DNA 的含量似乎都与肠道通透性有关。核苷酸结合位点富含亮氨酸重复序列型受体蛋白（NLRP3 和 NLRP6）是通过效应蛋白白细胞介素 18（IL-18）介导的微生物生态学的重要调节剂。改变肠道微生物群可以刺激趋化因子（C-C 基序）配体 5（CCL5）分泌，从而导致渗透性增加和微生物组分的流入。在肝脏中，脂多糖和细菌 DNA 激活 Toll 样受体 4 和 Toll 样受体 9（TLR4/9)，从而导致肿瘤坏死因子 α（TNFα）分泌增加，促进非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的生成。

Tips

NLRP3，nucleotide-binding domain and leucine-rich-repeat-containing protein 3， 核苷酸结合位点富含亮氨酸重复序列型受体蛋白 3，是先天免疫系统的一个组成部分，其作用是识别病原体相关分子模式（PAMP）的病原体识别受体（PRR ）。

NLRP6，nucleotide-binding domain and leucine-rich-repeat-containing protein 6， 核苷酸结合位点富含亮氨酸重复序列型受体蛋白 6，是先天免疫系统的一个组成部分，与其调节 caspase-1 和 NF-κB 活性的能力有关。

CCL5，Chemokine (C-C motif) ligand 5，趋化因子（C-C 基序）配体 5。

IL-18，interleukin-18，白细胞介素 18。

TNFα，tumour-necrosis-factor-α，肿瘤坏死因子 α。

TLR4/9，Toll-like receptor 4 and 9，类铎受体 4 和 类铎受体 9，Toll 样受体。

撰稿 | Bing

责编 | Yanni

参考文献

Tremaroli V, Bäckhed F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism[J]. Nature, 2012, 489(7415): 242.

本文系菌探Momics（ID：Momics）原创，欢迎个人转发分享。其他任何媒体、网站如需转载，须在正文前注明来源菌探Momics。

封面源于摄图网、文章图片均源于英文原文

菌探Momics

一起探索微生物的奥秘

点击“阅读原文”，阅读英文原文