腸道中存在的數量龐大的微生物,這群微生物依靠動物的腸道生活,同時幫助寄主完成多種生理生化功能，構成了復雜的生態(tài)系統(tǒng)。腸道不僅是人體消化吸收的重要場所，同時也是最大的免疫器官，在維持正常免疫防御功能中發(fā)揮著極其重要的作用。人體腸道為微生物提供了良好的棲息環(huán)境，具有人體自身不具備的代謝功能。 作為人體最龐大、最復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，腸道微生物本身及其代謝產物不僅能調節(jié)人體健康，更在膳食和宿主之間起到了重要的橋梁作用。
腸道菌群的代謝底物主要來自于宿主不能或未完全消化的食物及腸道上皮細胞分泌的內源性粘液。經過腸道菌群的消化，產生許多對人體有害或有益的代謝產物，如三甲胺，膽汁酸、短鏈脂肪酸等， 腸道細菌及其代謝產物如表一所示。
表1: 腸道細菌及其代謝產物
SCFAs（短鏈脂肪酸）是飲食、微生物群和健康之間相互作用的主要參與者。SCFAs在脂肪尾巴中含有少于6個碳，在腸道中含量最豐富的是醋酸鹽(C2)、丙酸(C3)和丁酸鹽(C4)。SCFAs是微生物發(fā)酵復雜多糖的代謝副產品，這些多糖在人體小腸中沒有被消化，或者只被部分消化。這些不可消化的多糖(NDPs)存在于植物細胞壁中，并進一步分為可溶性和不溶性膳食纖維?？扇苄訬DP是高度可發(fā)酵的，通常比可溶性纖維在結腸中產生更多的SCFA。
短鏈脂肪酸對于維持粘膜動態(tài)平衡至關重要，腸道菌群發(fā)酵產生的短鏈脂肪酸與人體健康有著密切的關系，接下來給大家分享4篇微生物組+短鏈脂肪酸的案例分享。
圖1.短鏈脂肪酸(SCFA)對腸道以外的器官和組織的影響，包括發(fā)育中的胎兒。富含不可消化纖維的飲食可促進微生物發(fā)酵和結腸中SCFA的產生，從而通過直接作用于腸道上皮細胞和免疫細胞來促進粘膜動態(tài)平衡。[2]
案例一：蘆薈素對腸道細菌群落結構、短鏈脂肪酸代謝和腸上皮細胞通透性的劑量依賴性影響[3]
發(fā)表時間：2019年3月
主要內容：蘆薈葉或純化蘆薈素產品具有多種治療和藥用特性。它被廣泛用作各種食品、化妝品和醫(yī)藥產品的配料。動物研究表明，食用蘆薈或精制蘆薈素會導致腸杯狀細胞增生和惡性腫瘤。研究者試驗了蘆薈素對腸道共生微生物群的抗菌效果。對幾種人類共生細菌的最低抑菌濃度為1~4 mg/ml。代謝研究表明，與Eubacterium spp相比，屎腸球菌降解蘆薈素為蘆薈大黃素的速率較慢。將3%的大鼠糞便(模擬人類結腸內容物的體外模型)與0.5、1和2 mg/ml的蘆薈素孵育測試抗菌特性。低濃度蘆薈素對腸道細菌的擾動較小，高濃度蘆薈素對乳桿菌的生長有促進作用。蘆薈素對糞便微生物群中丁酸產量也有一定的抑制作用，且呈劑量依賴關系。16S rRNA序列數據顯示，蘆薈素降低了產丁酸細菌種類的豐度?？缟掀さ挚菇Y果顯示，蘆薈素在較高濃度(500μM)時可改變腸屏障功能。綜上所述，蘆薈素對某些共生菌表現出抗菌性能，并以劑量依賴的方式減少丁酸的產生。
圖2.蘆薈苷對腸道菌群的影響
案例二：二甲雙胍治療和行為減肥對腸道微生物群和短鏈脂肪酸 (SCFA) 的長期影響[4]
發(fā)表時間：2021年5月
主要內容：二甲雙胍是全球最常用的降糖藥物，腸道是二甲雙胍的主要儲存處，空腸中的積累是血漿的30-300倍。廣譜抗生素可消除動物實驗中二甲雙胍的微生物效應。也有證據表明二甲雙胍會增加人類短鏈脂肪酸（SCFA）的產生。研究人員通過一項隨機試驗研究了二甲雙胍治療和行為減肥對腸道菌群和短鏈脂肪酸的長期影響。將121名超重/肥胖成年人，分為3組，分別接受二甲雙胍、行為減重和對照干預12個月；收集糞便進行擴增子和宏基因組測序，測量空腹血清中 SCFA 和其他生化參數。結果表明，相較于其他兩組，二甲雙胍干預6個月和12個月增加了Escherichia和Ruminococcus torques，減少了Intestinibacter bartlettii；血清短鏈脂肪酸定量分析顯示，與對照相比，二甲雙胍干預6個月時血液乙酸、丁酸和戊酸水平升高；行為減重沒有顯著改變菌群組成，但在6個月時血液乙酸水平升高，12個月時甲基丁酸水平降低；細菌類群的變化與血清SCFAs的變化弱相關，而乙酸鹽的增加與空腹胰島素的下降顯著相關，宏基因組測序顯示，二甲雙胍改變了 62 條宏基因組功能通路，包括一條醋酸鹽生成通路和 3 條葡萄糖代謝通路。
圖3.不同處理組短鏈脂肪酸的變化
案例三：高纖維飲食通過腸腦軸減輕母體肥胖引起的認知和社會功能障礙[5]
發(fā)表時間：2021年5月
主要內容：據報道，母親肥胖與后代的神經發(fā)育障礙有關。然而，基本機制和有效干預措施仍不清楚。這項針對中國778名7-14歲兒童的橫斷面研究表明，母親肥胖與兒童認知和社交能力低下密切相關。此外，已經證明，母
親肥胖與兒童認知和社交能力低下密切相關。此外，已經證明，母親肥胖會破壞后代的行為和腸道微生物群，母鼠或后代的高纖維飲食通過減輕突觸損傷和小膠質細胞成熟缺陷恢復了這兩種行為和腸道微生物群。共同居住和糞便微生物群移植實驗揭示了微生物群與行為變化之間的因果關系。此外，用微生物群衍生的短鏈脂肪酸治療也減輕了肥胖母鼠后代的行為缺陷?？傊芯勘砻?，微生物群代謝物腦軸可能是母親肥胖引起的認知和社會功能障礙的基礎，高膳食纖維攝入可能是一種有希望的干預措施。
(1)母親肥胖與兒童的認知和社交能力下降有關。
(2)母親或后代的高纖維飲食可防止后代出現行為障礙。
(3)高纖維飲食可減輕突觸損傷和小膠質細胞成熟缺陷。
(4)微生物群-SCFA-腦軸介導母體肥胖引起的行為障礙
圖4.微生物群-SCFA-腦軸介導母體肥胖引起的行為障礙
案例四：荔枝果肉多酚通過腸道微生物激活SCFA-FFAR信號級聯(lián)改善小鼠腸粘膜屏障損傷[6]
發(fā)表時間：2021年2月
主要內容：越來越多的證據表明，食用富含酚類物質的水果和蔬菜，可以有效地預防和緩解腸粘膜屏障損傷。該研究采用DSS誘導的小鼠結腸炎模型，（1）驗證 LPP 是否對維持腸道屏障的完整性有益；（2）以5-ASA為對照，研究LPP對腸道炎癥的改善作用；（3）進一步闡明LPP調節(jié)腸粘膜屏障與腸道微生物失調的相關機制。結果表明，補充 LPP可減輕DSS引起的腸粘膜屏障的破壞，LPP 和5- 氨基水楊酸(5-ASA)處理均可下調 TLR-4、 NLRP3和促炎細胞因子的表達至正常水平。LPP (500mg/kg/d)處理能有效地提高 FFAR2和 FFAR3的表達和短鏈脂肪酸(SCFAs)的含量，表明 SCFA-FFAR (游離脂肪酸受體)途徑的激活。益生菌類群和微生物群(Akkermansia，Lactobacillus，Coprococcus，and Bacteroides uniformis)的豐度與 SCFA合成相關，而有害細菌(Enterococcus and Aggregatibacter)則被抑制。這些數據表明，LPP可以改善腸道屏障損傷，激活腸道微生物群 SCFA-FFAR信號傳遞，抑制 TLR4/NLRP3-NF-κB通路，因此，LPP 補充劑可能是一種保護腸道的有效方法。
圖5.LPP 對DSS誘導的小鼠結腸炎腸道微生物組成的調節(jié)作用。
基于以上四篇文章我們可以發(fā)現，微生物組+代謝組能夠更為全面的解析相關生物學問題，單一的組學技術往往只能得到較為有限的信息，運用多組學技術的到各部分數據后，進行關聯(lián)分析，深入探究疾病發(fā)展機理，微生物與動植物互作機制等（如下圖所示）。
百邁客微生物組+代謝組聯(lián)合分析一站式服務
百邁客擁有完備的實驗分析平臺，可以開展宏基因組（Illumina/ONT）,二代微生物多樣性，全長微生物多樣性，細菌/真菌基因組測序及數據分析服務,百邁客在微生物組領域深耕多年，致力于提供高質量的科研服務。目前已搭建微生物多樣性分析平臺、宏基因組分析平臺、微生物基因組和宏基因組binning分析四大平臺。同時百邁客可提供LC-MS檢測平臺，非靶代謝組學，脂質組學，靶向，代謝組學、廣靶代謝組學可以在這里找到解決方案，為你科研提供無憂技術服務。
代謝組檢測服務
百邁客云-組學無憂
百邁客聯(lián)合分析成功案例
百邁客年末促銷，鉅惠來襲
活動1：擴增子類(含二/三代)，只建庫測序，即可免費贈送價值30元/樣的云賬號分析
活動2：宏基因組(含二代/ONT)，簽建庫測序分析，即可免費贈送價值1000元/樣的Binning高級分析
活動3：ONT宏基因組，簽建庫測序分析，即可免費贈送同等數據量的二代數據輔助分析
活動4：真菌精細圖，簽建庫測序分析，免費送調研圖
滿贈1：簽單滿2W，贈送一個月擴增子云平臺使用權(200以內樣品，價值2000元)
滿贈2：簽單滿5W，贈送宏基因組云平臺分析權限(12個樣本，價值6000元)
滿贈3：全長16S/二代宏基因組，簽單樣本滿20贈1;
ONT宏基因組/細菌完成圖/真菌精細圖組，簽單樣本滿10贈送1
參考文獻：
[1]Host-Gut Microbiota Metabolic Interactions[J]. Science, 336.
[2]Hee B , Wells J M . Microbial Regulation of Host Physiology by Short-chain Fatty Acids[J]. Trends in Microbiology,2021, 29(8).
[3] Gokulan K , Kolluru P , Cerniglia C E , et al. Dose-Dependent Effects of Aloin on the Intestinal Bacterial Community Structure, Short Chain Fatty Acids Metabolism and Intestinal Epithelial Cell Permeability[J]. Frontiers in Microbiology, 2019, 10.
[4]Mueller N T, Differding M K, Zhang M, et al. Metformin Affects Gut Microbiome Composition and Function and Circulating Short-Chain Fatty Acids: A Randomized Trial[J]. Diabetes Care, 2021. https://doi.org/10.2337/dc20-2257.
[5]Liu X , Li X , Xia B , et al. High-fiber diet mitigates maternal obesity-induced cognitive and social dysfunction in the offspring via gut-brain axis[J]. Cell Metabolism, 2021.https://doi.org/10.1016/j.cmet.
[6]Huang G, Wang Z, Wu G, et al. Lychee (Litchi chinensis Sonn.) Pulp Phenolics Activate the Short-Chain Fatty Acid-Free Fatty Acid Receptor Anti-inflammatory Pathway by Regulating Microbiota and Mitigate Intestinal Barrier Damage in Dextran Sulfate Sodium-Induced Colitis in Mice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(11): 3326-3339.
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c07407
京公網安備 11011302003368號