在不远的未来,某一天你走进医院时,医生除了询问你的过敏史、血型,可能还会问问你是什么“肠型”。

自发现人类的血液类型分类以来,血液的分型已成为人们熟知的常识,并在医疗、刑侦等领域广泛应用。而随着人类微生物组计划的启动,与人类共生的微生物菌群受到越来越多的关注,科学家发现,人类的肠道菌群甚至也可以分成3种不同的类型!

肠型分析(Enterotypes)

标题:Enterotypes of the human gut microbiome,中文标题:人类肠道微生物组可划分为肠型,此文发表于Nature,目前引用超3400次,有6000+的文章使用了Enterotypes(肠型)一字,简直开创了一个研究领域。

今天普唯尔生命科技带大家回顾一下它的发现!

以德国的欧洲分子生物学实验室为首的科学家们在nature杂志第一次提出肠型的概念:在群落组成的多维空间中样品密集的集群。人类能以肠道内的细菌种类和数量,划分成3种不同的“肠型”,分别以富集拟杆菌Bacteroides、普氏菌Prevotella和瘤胃球菌Ruminococcus (species group)为特征;此发现被当年Science杂志评为2011年度重大科技突破事件。

该团队采用三种测序技术(Illumina、454和Sanger),收集了22份来自丹麦、法国、西班牙和意大利的粪便样本,对其中的DNA进行测序,再与13份来自日本的样本进行比较。结果发现,所有的测序结果都可以被归进3种不同的肠上皮细胞类型或生态系统中去,就像人类的血型系统一样。对另一组实验中的85份丹麦人、154份美国人的粪便样本进行分析后,发现结果也都符合这种分类方法。

研究人员把这3种肠型命名为拟杆菌型(bacteroides)、普雷奥氏菌型(prevotella)和瘤胃球菌型(ruminococcus),以反映各生态系统中的优势菌。拟杆菌型系统中的细菌,主要从碳水化合物和蛋白质中获取能量;普雷奥氏菌型系统擅长消化肠道中的糖蛋白,这种倾向性与瘤胃球菌型系统相同。

尽管对肠型的认识还远比不上对血型的了解,但科学家们认为,肠型的信息也能对疾病的诊断和治疗提供参考。肠道里的菌群类型和数量,可以反映不同人的消化能力、免疫能力以及对药物的反应。

肠型的影响因素

从生态学角度,肠道菌群-宿主共生系统可存在多种稳定状态。和血型一样,肠型与性别、国籍、体重指数等特征都无关。“比如我们发现两个分别来自日本和法国的人,与同胞相比,这两人的肠道生态系统彼此更为相似。”瑞斯说。

肠型由菌种组成决定,但重要的功能却不一定由量大的物种决定,肠型与宿主BMI,年龄,国家等因素无关;

在许多研究中,健康成人的肠型在很长一段时间内不会发生显著变化,表明成人体内生态系统与肠型状态普遍比较稳定。然而,也有例外,短期的抗生素治疗对人类肠道菌群的影响太剧烈,可以导致整个群落的瓦解,事实上抗生素治疗可产生严重的菌群破坏,导致病原的入侵(如艰难梭菌),并导致无法恢复至最初的菌群状态。

饮食干预对人类肠道菌群生态系统的影响更温和,可以在4天内导致肠型的改变,但是10天后趋于稳定,肠道菌群存在一种恢复至原始状态的能力。长期的干预可能产生更深选的影响,长达一年的饮食干预导致拟杆菌门/厚壁菌门比例发生变化,从而导致肠型的改变。随着时间的推移,肠型通常变得比较稳定。

虽然目前还不能预测特定的扰动将如何改变微生物组,但不同的微生物组结构,可能会在未来作为分类治疗和指导饮食的建议。目前的挑战在于如何将一个人改变了的微生物组转变回发病之前的健康状态。

类比于同型输血,“肠道类型”的发现或许可以帮助人们定制个性化用药或食谱,未来或许可作为肥胖及糖尿病、代谢综合征、结直肠癌等疾病的诊断用微生物标记物。

肠型在临床应用

肠型以一种微妙的方式影响着宿主。与年轻人的肠道相比,老年人肠道内负责分解碳水化合物的细菌更多,这可能是细菌对宿主的一种适应性改变。当我们变老时,对营养物质的消化能力就会下降,而部分工作就由细菌代劳了。

属于不同肠型的人,相互间到底有多大差别呢?这一点研究人员还无法大谈特谈。不同的肠型通过不同的途径从肠道内可酵解底物中获得能量,合成的维生素也有差异:拟杆菌型更多的合成生物素(维生素B7)、核黄素(维生素B2)、泛酸(维生素B5)、抗坏血酸(维生素C);而普雷奥氏菌型则较多合成硫胺素(维生素B1)和叶酸(维生素B9)。在瘤胃球菌型中血红素合成途径更富集。这点差别对于健康有什么影响,目前还不清楚。

防治疾病,应将人体和菌群作为共生体考虑。以菌群和炎症等为靶点,多种方法综合应用,以帮助“预病/疾病”的菌群-宿主状态跨越临界点,重回健康稳定态。

肠型由肠道主要菌种决定,却与年龄、性别、种族、BMI等个体特征无关,并且能在受到扰乱之后恢复。目前,尚不清楚是何种原因造成了不同的“肠道类型”,研究人员推测这种差异可能与复杂的功能特性(如宿主的免疫调节效应,肠腔内容物的通过时间等)有关,“肠道类型”的不同可能使人类健康状况受到不同的影响。

未来研究可着重于明确饮食、年龄等其他因素对肠道菌群多样性的贡献、宿主特定肠型的形成机理,肠型间的转变过程对于菌群失调等疾病风险的影响,进而用于疾病预测和治疗,从而更准确的挖掘与疾病相关的肠道功能菌,对个体化治疗具有重要作用。

Arumugam M, Al E. Enterotypes of the human gut microbiome.[J]. Nature, 2011, 473(7346):174-180.

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