健康的肠道微生物群特点是氧气含量低，并且存在大型专性厌氧菌细菌群落，这些共生菌通过限制肠道病原体的扩张为宿主提供益处。
那么是什么导致肠道健康走下坡路，是什么原因引起肠道菌群失调，在科学界一直有2种观点：
■一种是“营养生态位假说”
大肠内多种微生物的共存要求群落中的每个成员，都能够比所有其他成员在少数有限资源条件下，能更快地生长。
■另外一种是“氧气假说”
氧气增加将中断或抑制厌氧菌群的生长繁殖，同时导致将赋予兼性厌氧菌甚至需氧菌生态选择优势，使它们变得更具竞争力并可能过度生长。相反，对氧气敏感并因其存在而受到伤害的专性厌氧菌将处于不利地位。
当我们有肠道炎症时会发生什么？
上皮细胞，即肠道内的细胞，开始发炎，它们开始将氧气泄漏到肠道中。当这种情况发生时，许多机会性病原体如大肠杆菌、沙门氏菌和肠球菌属（Enterococcus）等喜欢氧气的菌，可以在有氧条件下利用氧气作为电子受体代替其他代谢途径，从而获得更多的能量和生长优势。
在不同的慢性疾病中，常常观察到兼性厌氧菌的过度生长，这些微生物可以在氧气存在时使用它们，并且会“竞争”，消耗其他有益微生物所需的营养物质，包括一些对维持肠道屏障非常重要的产丁酸菌，如毛螺菌科、梭状芽孢杆菌、真杆菌属、罗氏菌属、普拉梭菌等，导致肠道菌群失衡，从而引起多种消化系统问题和慢性疾病。
人体需要氧气才能生存。几乎人体内的每个细胞都需要氧气。
然而地球上大部分微生物却不能很好地耐受氧气，例如肠道的大多数微生物细胞在缺氧的环境中才可以茁壮成长。在健康状态下，结肠是一个低氧环境。如果肠道状态受到干扰，比如使用抗生素，发炎，氧气泄漏到肠道中，它会加剧细菌失衡和炎症，从而开始肠道生态失调、细胞处理能量饥饿和炎症的恶性循环中。
#1
健康的人类结肠含有估计超过30万亿个细菌细胞，这些细菌很重要，可以分解复杂的碳水化合物，蛋白质等，产生重要的肠道代谢物（如短链脂肪酸）等。然而这些细菌中大部分只能在缺氧的环境中生长和繁殖，属于专性厌氧菌。
婴儿时期，低氧环境利于专性厌氧菌定植
在婴儿的“经典”定植模式中，第一步涉及兼性厌氧菌，例如大肠杆菌（Escherichiacoli）和肠球菌（Enterococcus）。
氧化还原状态通过创造抑制竞争者和潜在肠道病原体的生理环境来参与抵抗肠道定植。未经处理的小鼠大肠中的Eh约为-200mV。用链霉素处理后，脂肪酸水平下降，氧化还原态变为+200mV，同时沙门氏菌数量增加。
健康成人的肠道内：大量专性厌氧菌
在健康成人中，胃肠道远端的特点是低氧张力，通常含有大量专性厌氧菌群落：
在过去的几十年中，健康人肠道微生物群的组成已经通过独立于培养的技术进行了探索，并通过测序分析进一步描述，在大人群水平的微生物群中鉴定出超过20个门。两个主要的门，厚壁菌门和拟杆菌门，占肠道细菌的90%，主要是专性厌氧菌。
在较低的分类学水平上，一个个体通常存在多达一千种。在个体间变异中，个体间共享的物种少于60种。这些物种代表了核心肠道微生物群。
肠道核心菌属
人体肠道菌群中的核心菌属是指在不同人群中普遍存在、数量相对较高、对人体健康具有重要作用的菌属。
目前对于核心菌属的定义还没有统一标准，但一般认为核心菌属应该具备以下特征：
1.在不同人群中普遍存在：核心菌属应该在不同人群中都能够被检测到，而不是仅存在于某些特定人群中。
2.数量相对较高：核心菌属应该在肠道菌群中占据较高的比例，而不是仅占据极小的比例。
3.对人体健康具有重要作用：核心菌属应该对人体健康具有重要作用，如参与食物消化、维持肠道屏障功能、调节免疫系统等。
谷禾健康基于庞大的60万人肠道菌群检测样本数据，给出了人体肠道菌群核心菌属的标准：
在90%人群检出，人群平均丰度1%以上的菌属为核心菌属（双歧杆菌和乳杆菌作为益生菌相对丰度低于1%但是重要性很高）。
核心菌属及有益菌累加占总肠道菌群比例低于60%就可能出现肠道菌群紊乱。
#2
现在，“肠道菌群失调”通常是指肠道微生物群的状态改变，一般与疾病有关。在肠道生态失调期间观察到的最一致和最强大的生态模式可能是属于变形菌门的兼性厌氧细菌的扩张。
变形菌门是人类肠道中常见的五种主要细菌门之一。它包括多种属，包括埃希氏菌属、志贺氏菌属、沙门氏菌属、螺杆菌属、弧菌属、耶尔森氏菌属、假单胞菌属、弯曲杆菌属和脱硫弧菌属，其中大多数被认为是机会性病原体。
关于变形菌门详见：
认识变形菌门，变形菌门扩张的原因和健康风险
氧气的存在使变形菌门有了生存优势
在平衡的生态系统中，低丰度时无害的微生物，但当环境变得特别适合它们的生长时，它们会迅速扩散并引起问题。
导致变形杆菌快速扩张的一个环境因素是——氧气。大多数变形菌是兼性厌氧菌，这意味着它们可以在氧气存在的情况下生存和繁殖。这使它们在含氧环境中比有益的专性厌氧菌具有显着的竞争优势。
变形菌扩张的同时，产丁酸菌减少
值得注意的是，变形杆菌的扩张几乎总是伴随着产丁酸盐细菌丰度的减少。高变形菌和低产丁酸菌这种组合，是微生物群失调特征，并与许多慢性疾病有关，包括：炎症性肠病、肠易激综合症、结直肠癌、憩室炎、组胺不耐受、2型糖尿病、肥胖等。
这个特征还表明，存在潜在的上皮功能障碍，这个后面会讲到。
#3
专性厌氧菌产生的一种代谢物是丁酸盐。丁酸盐是这些细菌在结肠中代谢膳食纤维时产生的短链脂肪酸之一。我们之前写过丁酸盐对健康的好处，包括它能够减轻神经炎症、预防结肠癌和帮助维持肠道屏障功能。
详见：如何通过喂养菌群产生丁酸调节人体健康
丁酸盐给结肠细胞提供能量，该过程耗氧量大，由此导致的低氧对维持肠道稳态很重要
在健康的肠道中，丁酸盐提供结肠细胞所需能量的大约70%。这些结肠细胞排列在结肠上，形成肠道屏障。被结肠细胞摄取后，丁酸盐和其他短链脂肪酸通过β氧化途径在线粒体中分解。该过程使用大量氧气。事实证明，这种结肠细胞耗氧量对于维持肠道稳态非常重要。
2015年，科罗拉多大学研究小组证明，丁酸盐的肠道代谢是维持结肠“生理性缺氧”所必需的。通过一系列实验，他们证明了丁酸盐以及较小程度上的短链脂肪酸丙酸盐和乙酸盐会耗尽结肠细胞中的氧气水平。低氧导致缺氧诱导因子(HIF)的蛋白质稳定，它在细胞中充当一种“氧传感器”。
氧气含量高低如何影响HIF？
当氧气水平低时，HIF会促进有助于协调肠道屏障保护的基因的表达。如果氧气水平升高，HIF将不再稳定，这些肠道保护基因将不再表达。
抗生素是否会影响缺氧，从而影响肠道屏障？
研究人员仅使用三天广谱抗生素后，丁酸盐水平急剧下降，肠道含氧量上升，上皮缺氧状态消失。氧气传感器HIF不再稳定，肠道保护基因不再表达，导致肠道屏障功能丧失。
这不仅仅是因为缺乏纤维（纤维是生产丁酸盐的基质），抗生素治疗小鼠的肠道菌群，完全丧失了从膳食可发酵纤维中产生丁酸盐或其他短链脂肪酸的能力。不过好在他们又发现，补充丁酸盐能够挽救“生理性缺氧”，修复肠道屏障功能。
上皮细胞是排列在肠道壁上的细胞，是宿主与微生物通讯的主要界面。
正常代谢过程，正反馈循环维持稳态
当肠道健康且处于体内平衡状态时，结肠细胞主要通过利用大量氧气的过程代谢丁酸等脂肪酸。由此导致的肠道粘膜缺氧有助于维持以专性厌氧菌为主的肠道微生物群。
这些专性厌氧菌反过来通过将纤维发酵成短链脂肪酸（如丁酸盐）来促进健康，短链脂肪酸被结肠上皮细胞吸收。这种正反馈循环可维持肠道健康状态。
异常：结肠细胞从其他途径获取能量带来的问题
那么氧气泄露到肠道粘膜后会发生什么呢？
这种变化有利于变形杆菌门中的病原体茁壮成长。例如沙门氏菌、克雷伯氏菌、柠檬酸杆菌和大肠杆菌，它们可以耐受氧气并依靠乳酸和硝酸盐。
同时，结肠的氧合作用抑制了专性厌氧菌的生长，包括非常重要的产丁酸菌。换句话说，“结肠细胞的新陈代谢充当肠道微生物群的控制开关，调节群落在稳态和失调之间的转变。”
兼性厌氧菌：有氧也可以生长，包含许多肠道病原体，引发炎症
健康的结肠还可能含有少量兼性厌氧菌，它们能够在有氧或无氧环境中生长和繁殖。兼性厌氧菌包括许多肠道病原体。健康肠道的低氧浓度和丰富的专性厌氧菌都会抑制这些兼性厌氧菌的生长。
所以一般来说，兼性厌氧菌往往更容易发炎，所以它们往往会给肠道带来压力，引起炎症、结肠上皮细胞缺氧，肠道通透性增加，并且还会直接使肠道上皮细胞发炎，然后导致肠道产生更多的氧气。
病原菌破坏肠道菌群，继续扩张，形成恶性循环
这些观察结果表明变形杆菌的生态失调扩张是肠道菌群失调和上皮功能障碍的潜在诊断微生物特征。
使用一种特殊的染色技术，有研究人员证明，抗生素治疗增加了结肠细胞的氧合作用并导致肠道粘膜缺氧的丧失（也就是说进去了些氧气）。这种缺氧丧失导致沙门氏菌和其他兼性厌氧菌在氧气驱动下扩张。
链霉素->肠道菌群破坏->兼性厌氧菌扩张
链霉素介导的小鼠肠道菌群破坏，与兼性厌氧肠杆菌科（例如共生大肠杆菌）或致病性肠沙门氏菌不受控制的扩张有关。
注：实验室特别选择了链霉素，因为它在消除梭状芽孢杆菌方面特别有效，这样他们就可以研究丁酸盐消耗对结肠代谢的影响。链霉素通常不用于人体口服；然而，已知许多其他广谱抗生素会影响产生丁酸盐的细菌，因此1-2周的其他抗生素疗程可能也会通过相同的机制促使氧气泄漏到肠道中。
链霉素治疗->耗尽产短链脂肪酸菌->短链脂肪酸降低
也有人认为，短链脂肪酸的代谢排斥不足以解释问题
然而，有的研究者认为，短链脂肪酸的代谢排除，无法解释共生肠杆菌科在健康个体中保持低丰度，因为过多的抑制物会导致它们被消除，而过少的抑制物会导致它们的扩张，直到另一种资源变得有限。将肠杆菌（Enterobactericeae）维持在恒定的低水平需要持续保持一种精确的抑制剂浓度，这与体内发生的短链脂肪酸浓度波动不相容。
一个更强大的抗定植概念框架：营养生态位假说
它提出大肠内多种微生物物种的共存，要求群落中的每个成员都能够比所有其他成员在少数有限资源上更快地生长。
为了解释抗生素治疗后肠杆菌科不受控制的扩张，营养生态位假说预测，抗生素介导的肠道微生物群破坏，增加了通常限制肠杆菌科生长的关键资源的可用性。
因此，要了解定殖抗性，揭示此类有限资源的特性，并阐明抗生素处理后它们的丰度升高的原因至关重要。
抗生素介导的肠道菌群消耗，增加了唾液酸和岩藻糖的可用性
链霉素处理后在小鼠盲肠粘膜中观察到的另一个变化是，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的合成增加，一种宿主酶，可催化l-精氨酸产生一氧化氮(NO)。
源自一氧化氮的活性氮物种可以氧化单糖，例如半乳糖和葡萄糖，分别产生葡糖二酸和半乳糖二酸，这在链霉素处理的小鼠的生长过程中赋予大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌的管腔适应性优势。
总的来说，这些数据表明糖是肠道中的关键资源，但目前尚不清楚为什么肠杆菌科在这些有限资源上，比肠道微生物群的所有其他成员生长得更快。
最近的数据表明，肠杆菌科可以在可用碳源上生长得更快，因为抗生素介导的微生物群落破坏，通过改变宿主生理学提高了呼吸电子受体的可用性。
在这方面特别重要的一种微生物代谢物是短链脂肪酸丁酸盐。肠道微生物群通过乙酰辅酶A途径、戊二酸途径、4-氨基丁酸途径或赖氨酸途径产生丁酸，编码这些途径的大多数细菌都是梭状芽胞杆菌纲的成员。
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2016.09.022
表面结肠细胞激活Na+所需的ATP运输来自微生物群衍生的丁酸盐氧化成二氧化碳(CO2)。这种新陈代谢消耗大量氧气，从而使表面结肠细胞缺氧，这对应于小于7.6mmHg（<1%氧气）的氧分压(pO2)。相比之下，含氧量正常的宿主组织的pO2在23和70mmHg之间（即含氧量在3%和10%之间）。
某些病原体也可能利用这种结肠细胞转换在肠道中获得竞争优势。如果你曾经因急性食物中毒而倒下，之后又出现肠道健康问题，这可以解释原因。
在前面中提到的某些沙门氏菌菌株（特别是肠沙门氏菌血清型鼠伤寒沙门氏菌，以下缩写为S.Tm）可以操纵宿主上皮细胞以促进肠道菌群失调。
S.Tm是一种特别有毒的细菌，它会侵入宿主粘膜，引起严重的炎症。这种炎症导致产生丁酸盐的梭状芽胞杆菌耗尽，进一步增强了S.Tm在肠道中增殖的能力。换句话说，这表明某些病原体可能会“破坏”肠道新陈代谢以增加自身健康，从而损害健康细菌。
值得注意的是，丁酸盐生产者的消耗似乎比抗生素治疗更缓慢，大约需要1-3周，但恢复速度也慢得多。感染后4周，梭菌的丰度仍比基线水平低两个半数量级。
由S.Tm引起的炎症还导致活性氧和氮物质释放到肠道中，它们与单糖反应形成底物，选择性地喂养S.Tm和肠杆菌科（变形杆菌门）内的其他微生物。
这不仅适用于S.Tm。在小鼠模型中证明，柠檬酸杆菌（Citrobacter）和空肠弯曲杆菌（Campylobacterjejuni）感染也能够引起宿主肠道炎症并驱动肠杆菌科过度生长。
空肠弯曲杆菌详见：细菌大盘点（二）|葡萄球菌、沙门氏菌、弯曲杆菌
总的来说，这表明肠道感染可能有助于结肠的氧合作用并促进肠道生态失调的长期状态。因此，清除现有感染可能是恢复肠道上皮细胞正常代谢和健康肠道微生物群的关键步骤。
(A)专性厌氧菌降解复合碳水化合物产生发酵产物，如甲酸盐和丁酸盐。成熟的结肠细胞通过将丁酸氧化成二氧化碳(CO2)来产生能量(ATP)，这会导致粘膜表面缺氧。相反，位于隐窝中的未分化结肠细胞通过将葡萄糖发酵成乳酸来获取能量。
(B)病原体C.rodentium(Citrobacter)利用其毒力因子紧密附着在结肠细胞表面（AE损伤）。树突状细胞(DC)和巨噬细胞(MΦ)引起的宿主反应导致产生作用于结肠细胞和淋巴细胞（T细胞和ILC）的细胞因子（IL-6、IL-23和IL-1β），从而诱导合成嗜中性粒细胞趋化因子(CXCL1,2)和IL-22，可激活上皮增殖。
过度的上皮增殖导致隐窝伸长和粘膜表面未分化的含氧量正常的结肠细胞的积累。由此产生的氧气扩散到肠腔的增加，使用cydAB基因驱动C.rodentium的有氧扩张，编码高亲和力细胞色素bd氧化酶。由fdoGHI基因编码的氧依赖性甲酸脱氢酶使病原体能够消耗微生物群衍生的甲酸。
右下角显示的色标表示原理图着色方案表示的氧浓度。
#4
如果膳食纤维摄入量低，丁酸盐和其他短链脂肪酸的产生水平将无法满足结肠细胞的能量需求。结肠细胞将转向厌氧葡萄糖代谢。无氧代谢会消耗更少的氧气，并导致更多的氧气泄漏到肠道中。
虽然这种机制中的所有步骤并没有像低纤维饮食对抗生素和肠道感染的影响那样有序地得到证明，但一些研究确实将低纤维摄入量与较高水平的变形杆菌联系起来：
那么低纤维生酮饮食是否也如此？
#5
有趣的是，所有这些肠道菌群失调的驱动因素，包括抗生素、肠道感染和低纤维加工饮食，都与肠道炎症有关。
肠道炎症
2007年，在动物模型中证明，肠道炎症本身足以破坏肠道微生物群并促进肠杆菌科的过度生长。通过敲除IL-10，无论是接触葡聚糖硫酸钠（一种破坏肠道屏障完整性的化学物质），还是严重的遗传易感性，都能够导致肠道菌群失调。
关于食品添加剂与肠道菌群详见：
你的焦虑可能与食品添加剂有关，警惕食品添加剂引起的微生物群变化
心理压力
压力还会促进炎症和肠道菌群失调。研究报道了在慢性社会心理压力的小鼠模型中变形杆菌的扩张。
食物不耐受
未被识别的食物不耐受也可能导致肠道炎症、结肠细胞代谢改变和肠道生态失调，尽管需要更多的研究来证实这一点。
以上，我们已经回顾了一些可能导致肠道缺氧和导致肠道菌群失调的因素。
在患有IBD的患者中观察到微生态失调。反复观察表明专性厌氧菌（F.prausnitzii）减少，兼性厌氧菌（肠杆菌科）增加，甚至出现需氧菌。加上远端肠道的正常厌氧肠道生理学，这些观察结果支持了细菌群落变化的假设，该变化是由氧气增加引起的，从而改变了胃肠道中的Eh。
F.prausnitzii对氧气极其敏感，但仍可以看到粘附在氧气从上皮细胞扩散的肠道粘膜上。为了解释这个悖论，2012有研究报道说F.prausnitzii可以在低氧环境下生长。他们表明F.prausnitzii利用黄素和硫醇的细胞外电子穿梭将电子转移到氧气。然而，存在于健康人体肠道中的黄素和硫醇是普拉梭菌在氧气存在下存活所必需的，而在IBD患者的受损组织中可能并非如此。
IBD患者中的肠道微生态失调
doi:10.1038/ismej.2013.80
肠道微生物在肠道中的氧依赖性变化
研究在小肠移植和回肠造口术后监测微生物成分，肠道细菌群落从专性厌氧菌转变为以兼性厌氧菌为主的群落，并且肠杆菌科增加，就像IBD患者的微生物群一样。
在回肠造口关闭后，假设它提供了氧气入口，转变被逆转，专性厌氧菌再次占主导地位。
这些研究作者提出，氧气是菌群从专性厌氧菌转变为兼性厌氧菌或需氧菌的原因。
虽然肠杆菌科增加，但在大多数患者中未观察到炎症。与IBD菌群失调形成鲜明对比的是，乳酸杆菌也大量繁殖，后者很少见乳酸菌增加的报道。研究表明，乳酸杆菌及其细胞壁成分具有抗炎特性，这表明调节或补充乳酸杆菌可能会限制IBD患者的炎症反应。
在IBD中，氧气浓度的增加可能是由于血液进入胃肠道引起的，这种情况在慢性炎症期间经常观察到，这会促使携带氧气的血红蛋白在肠道细菌所在的肠粘膜和内腔中释放。小鼠模型表明，炎症可能导致微生物群失调，并促进肠杆菌科的过度生长。
一项初步研究评估了克罗恩病中抗肿瘤坏死因子-α抗体治疗对粪便微生物群的组成和活性的影响，并报告了Faecalibacterium的适度增加,这表明阻断炎症反应可能会促进这些菌增加。
氧气条件的变化也可能是由于炎症反应本身，导致肠道组织氧化爆发，例如，通过中性粒细胞释放活性氧。有趣的是，活性氧可以与内源性腔内硫化合物反应，形成肠道沙门氏菌使用的呼吸电子受体血清型Typhimurium（一种好氧物种和属于肠杆菌科的肠道病原体），赋予沙门氏菌相对于专性厌氧菌的竞争性肠道微生物群的生长优势。
“
——丁酸盐有助于恢复肠道菌群
第一步只是确保有基本的健康。我们可以讨论各种先进的肠道干预措施，但最基础的永远都是要从源头上开始，比如说健康的饮食、锻炼、睡眠和压力管理等方式，如果饮食等很糟糕，那么再多肠道治疗，先进的疗法改变肠道和健康状况都不会持久。所以这是第一步。
健康的饮食对于不同人有不同的定义
是的。我们并不完全知道对肠道微生物组最好的饮食是什么，而且并没有一种所谓对肠道微生物组最好的饮食。每个人的微生物组都不同，大家知道，有些人可能对生酮饮食反应非常好，而有些人可能对包含更多植物性食物的饮食效果更好。
如果变形菌过多和氧气失调的情况发生怎么办？它的典型症状是什么？
通过我们多年研究发现这个可以以很多不同的方式表现出来。基本上这种高变形杆菌和低产丁酸盐的微生物特征存在于各种不同的疾病中：炎症性肠病、肠易激综合症、结直肠癌，也可能是2型糖尿病、肥胖症、过敏以及牛皮癣等。
像这样情况的人通常倾向于腹泻或大便不成形？
不一定。在持续腹胀和胀气的患者身上看到了很多。这是看到的一个非常常见的问题，但它也可能因谷禾目前客户群体而有所偏差。
扩展阅读：“肚子像气球？”“好像怀孕？”——可能是腹胀惹的祸
建议补充丁酸盐可能会扭转这种生态失调状态？
是的，当然并不是单靠补充丁酸盐就一定能够解决这种生态失调。因此，本文概述了一些不同的因素，包括饮食和生活方式因素，以及可能有助于防止氧气泄漏到肠道并恢复体内平衡状态的补充因素，丁酸盐是其中的重要方式之一。
如果没有丁酸盐，氧气没有得到利用，就会溢出肠腔喂养病原体
基本上发生的氧气泄漏的部分原因是肠道内的上皮细胞缺乏能量。当极度缺乏能量时，如果它们没有丁酸盐，就不会代谢丁酸盐。所以从血液中提取葡萄糖，基本上发酵成乳酸，然后乳酸渗入肠道，除了通常通过丁酸代谢使用的氧气。所以实际上如没有丁酸盐存在，就意味着从血液流入上皮细胞的氧气没有得到利用。那就是它最终溢出到肠腔并喂养病原体的时候。
因此，从本质上讲，提供补充丁酸盐就是提供的是上皮细胞喜欢的能量。它们将使用更多的氧气作为丁酸代谢的一部分，并且基本上不需要进行厌氧葡萄糖发酵。这会产生乳酸，最终不会耗尽氧气，这意味着氧气和乳酸会渗入肠道，并喂养沙门氏菌、肠杆菌科和许多不同的变形菌。
抗生素治疗期间补充丁酸盐——雪中送碳
2019年，在小鼠模型中证明，同时给予丁酸盐和抗生素可以减轻艰难梭菌引起的结肠炎。艰难梭菌是一种革兰氏阳性、形成孢子的细菌，是使用抗生素后肠道感染的常见原因。
在使用抗生素前一天开始补充丁酸盐，并在整个抗生素疗程和5天感染挑战期间持续使用。有趣的是，丁酸盐对艰难梭菌定植或毒素产生没有影响，但通过稳定HIF-1和增加肠道屏障的完整性，丁酸盐减少了肠道炎症和细菌穿过肠道屏障的运动。
研究人员继续测试另外两种提供丁酸盐的策略。在感染前后的三天内给予高剂量三丁酸甘油酯与丁酸盐具有同样的保护作用，就像在感染前服用抗生素后喂食高纤维饮食（含有高达25%的菊粉）一样。
1
在分子生物学领域，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)是一组核受体蛋白，作为转录因子调节基因的表达。PPAR在调节细胞分化、发育和代谢（碳水化合物、脂质、蛋白质）以及肿瘤发生中起着重要作用。
PPAR-γ：一个具体的结肠细胞代谢“开关”
如果说前面一直在抽象地谈论导致肠道菌群失调的结肠细胞代谢“开关”，那么这里来个具体的。研究人员已经确定了一种特殊的基因PPAR-γ，它似乎可以调节这种转换。PPAR（过氧化物酶体增殖物激活受体的缩写）是一组与DNA结合以直接影响基因表达的蛋白质。PPAR-γ在许多细胞中表达，但在脂肪（脂肪）组织和结肠中表达最高。
健康肠道：
丁酸盐PPAR-γ：互相促进，正向循环
在健康的肠道中，丁酸盐不仅可以为结肠细胞提供能量，还可以增强PPAR-γ的激活。这起到了一个正反馈循环的作用：PPAR-γ激活了增加丁酸盐和其他脂肪酸代谢的基因。这会降低上皮细胞和肠粘膜中的氧气浓度，从而抑制致病性变形菌的生长，并促进有益的、产生丁酸盐的细菌的生长。
失调肠道：没有足够丁酸盐→较低的PPAR-γ表达→致病菌生长
然而，在失调的肠道中，没有足够的丁酸盐或其他底物来激活PPAR-γ。较低的PPAR-γ表达导致Nos2的表达增加，Nos2是编码诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的基因，并且增加了硝酸盐释放到肠道中。这与厌氧糖酵解产生的乳酸和氧气一起促进了致病菌的生长。
PPAR-γ激活对于维持肠道先天免疫也至关重要
2010年发表在PNAS杂志上的一项研究通过一系列实验证明，PPAR-γ有助于维持抗菌肽β-防御素的持续表达，后者调节结肠的微生物定植。缺乏PPAR-γ的小鼠表现出对白色念珠菌、脆弱拟杆菌、粪肠球菌和大肠杆菌的免疫防御缺陷。
分泌型IgA的产生也需要PPAR-γ。
IgA详见：对抗病原菌，帮助共生菌定植的“重要开关”
2
药物激活PPAR-γ：罗格列酮（不适合长期使用）
罗格列酮是一种与PPAR-γ结合并增加其活性的药物，在动物模型中已被证明在急性给药时可预防生态失调并减轻结肠炎的症状。虽然这种药物有时仍被用作抗糖尿病药物，但它有一些不良副作用，不适合长期使用。尽管如此，它证明了该途径对肠道微生物群产生重大变化的能力。
药物激活PPAR-γ：美沙拉嗪（目前使用较多）
研究人员一直在寻找其他方法来刺激这一途径。另一种药物美沙拉嗪也可以激活PPAR-γ，但程度适中。它在肠道中具有更多的局部作用，因此相对具有更少的全身副作用。这种药物现在被用作IBD的一线治疗药物。这种药物的抗炎作用是通过其上调PPAR-γ的能力介导的。此外，对照研究表明，美沙拉嗪处理可降低变形杆菌的丰度并增加粪杆菌和双歧杆菌的丰度。
药物激活PPAR-γ：丹参素冰片酯（激活程度小，但仍然提供显著保护作用）
北京的一组研究人员还发现丹参素冰片酯(DBZ)是一种PPAR-γ激动剂，具有预防或逆转肠道菌群失调的潜力。DBZ是传统中药复方丹参中天然存在的两种化合物的合成版本。与罗格列酮和其他经典噻唑烷二酮类药物相比，DBZ被发现对PPAR-γ的激活程度更小，但仍然能够在小鼠饮食模型中提供显着的保护作用，防止肠道菌群失调、肠屏障功能障碍、胰岛素抵抗和体重增加-诱发肥胖。
丁酸盐补充剂也可能参与激活
丁酸盐补充剂也被证明可以改变人类的肠道生态系统。一项针对49名IBD患者的前瞻性、随机、安慰剂对照研究发现，每天1800毫克的丁酸盐不仅可以减轻炎症并改善生活质量，而且还会增加产丁酸菌的数量。
经过两个月的补充，患有克罗恩氏病的人的丁酸球菌和Subdoligranulum丰度增加，而患有溃疡性结肠炎的人的毛螺菌科则大量增加。虽然研究人员没有直接测量PPAR-γ，但考虑到产丁酸菌和炎症标志物的丰度发生了如此巨大的变化，这一途径可能参与其中。
▼
换句话说，如果能够靶向结肠细胞的新陈代谢，我们就可以恢复肠道中的低氧环境，并有可能逆转肠道微生态失调。
谷禾也正积极开展研究合作，以确定丁酸盐和其他PPAR-γ激动剂是否可以预防抗生素引起的各种菌群失调。
3
以下是可能增加肠道PPAR-γ活性以支持肠道缺氧的干预措施的总结。可能有助于解决对其他治疗没有反应的肠道菌群失调疑难病例，尤其是那些以高变形杆菌和低丰度产丁酸菌为特征的肠道菌群失调。
其他疗法包括：
美沙拉嗪(5-ASA)：该药物通常用作IBD的一线治疗药物。它的抗炎作用已被证明是通过其上调PPAR-γ的能力介导的。
丁酸盐：一种短链脂肪酸和PPAR-γ的有效刺激剂。即使是低浓度的丁酸盐也能将PPAR-γ蛋白表达增加7倍。
酮类：β-羟基丁酸和乙酰乙酸会激活肠上皮细胞中的PPAR-γ，就像丁酸一样。生酮饮食已被证明可以在许多组织中上调PPAR-γ，还可以为β氧化和上皮能量产生提供底物。希望能有更多支持这方面的研究。
禁食/热量限制：一项研究发现，在热量限制期间，交感神经系统激活需要肠道PPAR-γ。然而，禁食或热量限制在多大程度上在肠道中诱导该通路仍不清楚。
运动：一个研究小组发现，在结肠炎模型和饮食诱导的肥胖模型中，自愿运动对肠道的保护作用是由运动增加肠道内源性糖皮质激素和上调PPAR-γ的能力介导的。
压力管理：压力会降低肠道中PPAR-γ的表达。
大麻素：大麻二酚(CBD)降低了溃疡性结肠炎患者直肠活检中的iNOS活性，这种作用是通过激活PPAR-γ介导的。
萝卜硫素：2008年发现这种来自十字花科蔬菜的植物化学物质通过激活PPAR-γ增强先天免疫成分。
姜黄素：一项研究发现姜黄素通过激活PPAR-γ抑制小鼠化学诱导的结肠炎。达到这些效果所需的口服剂量尚不清楚。
其他草药：洋甘菊、当归、水飞蓟素、甘草根和柠檬香脂都是PPAR-γ的部分激活剂。
脂肪酸：共轭亚油酸(CLA)和omega-3脂肪酸(DHA)均可增强PPAR-γ的表达。
益生菌：对结肠细胞的体外研究表明，布拉酵母菌(Saccharomycesboulardii）具有增加PPAR-γ表达的能力。
益生元：对结肠细胞的体外研究表明，低聚糖alpha3-唾液酸乳糖和FOS的抗炎作用是通过它们诱导PPAR-γ的能力介导的。
维生素A：视黄酸是维生素A的一种形式，是PPAR-γ的激活和功能所必需的。维生素A也称为“抗感染素”。
注：本账号内容仅作交流参考，不应将以上信息视为医疗建议。采取干预措施前请咨询医生，了解治疗是否适合。
主要参考文献
BradleyPH,PollardKS.Proteobacteriaexplainsignificantfunctionalvariabilityinthehumangutmicrobiome.Microbiome.2017Mar23;5(1):36.doi:10.1186/s40168-017-0244-z.PMID:28330508;PMCID:PMC5363007.
LucyMailing.Theoxygen-gutdysbiosisconnection(Whatcausesguthealthtogodownhill,andhowtobreakthecycleofgutinflammation,dysbiosis,andepithelialenergystarvation).2019,11.14,lucymailing.
Rigottier-GoisL.Dysbiosisininflammatoryboweldiseases:theoxygenhypothesis.ISMEJ.2013Jul;7(7):1256-61.doi:10.1038/ismej.2013.80.Epub2013May16.PMID:23677008;PMCID:PMC3695303.
HensonMA,PhalakP.Microbiotadysbiosisininflammatoryboweldiseases:insilicoinvestigationoftheoxygenhypothesis.BMCSystBiol.2017Dec28;11(1):145.doi:10.1186/s12918-017-0522-1.PMID:29282051;PMCID:PMC5745886.
ByndlossMX,OlsanEE,Rivera-ChávezF,TiffanyCR,CevallosSA,LokkenKL,TorresTP,ByndlossAJ,FaberF,GaoY,LitvakY,LopezCA,XuG,NapoliE,GiuliviC,TsolisRM,RevzinA,LebrillaCB,BumlerAJ.Microbiota-activatedPPAR-γsignalinginhibitsdysbioticEnterobacteriaceaeexpansion.Science.2017Aug11;357(6351):570-575.doi:10.1126/science.aam9949.PMID:28798125;PMCID:PMC5642957.
RoudsariNM,LashgariNA,ZandiN,PazokiB,MomtazS,SahebkarA,AbdolghaffariAH.PPARγ:Aturningpointforirritablebowelsyndrometreatment.LifeSci.2020Sep15;257:118103.doi:10.1016/j.lfs.2020.118103.Epub2020Jul15.PMID:32681913.
WhatIsDysbiosisWrittenbyWebMDEditorialContributors.MedicallyReviewedbyDanBrennan,MDonDecember06,2022
YajieWang,YueChen,XiaoyuZhang,YangpengLu,HaixiaChen,Newinsightsinintestinaloxidativestressdamageandthehealthinterventioneffectsofnutrients:Areview,JournalofFunctionalFoods,2020.Volume75,104248,
SheltonCD,ByndlossMX.GutEpithelialMetabolismasaKeyDriverofIntestinalDysbiosisAssociatedwithNoncommunicableDiseases.InfectImmun.2020Jun22;88(7):e00939-19.doi:10.1128/IAI.00939-19.PMID:32122941;PMCID:PMC7309626.
锌与肠道微生物
锌(Zn)是人体必需的微量元素，是人体中第二丰富的矿物质。锌在细胞和器官功能中起着关键的催化、调节和结构作用。
★膳食锌缺乏或过量均不健康
锌缺乏与发育不良、免疫功能低下、味觉丧失、不良妊娠结局、脱发、皮肤损伤和神经行为异常有关。
世界卫生组织估计，全球三分之一的人口面临锌缺乏症的风险，他们的饮食锌摄入量不足或食物中锌的生物利用度低。
不过需要注意不可在没有医嘱下擅自过量补充，导致锌的摄入量超过既定的营养需求。锌摄入过量也不利于健康，容易导致氧化应激增加、长期记忆受损、肠道吸收和分泌能力改变以及内脏脂肪增加。
近年来的几项体内研究表明，膳食锌摄入缺乏或过量会影响肠道菌群的组成和功能，进而对人体健康产生一定的影响。
有助于进一步了解膳食锌对人体肠道微生物组的影响，并阐明利用肠道微生物组作为潜在锌状态生物标志物的适用性。帮助人们更好地控制锌的摄入量来塑造自身健康。
锌还是人体必需的微量元素之一，起着极其重要的作用。
维持正常食欲，利于生长发育
锌有助于生长发育、智力发育，缺乏锌会对我们的身体，特别是生长发育造成严重影响。所以，补充足够的锌是必须的。
增强人体免疫力
锌是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌充足才能有效保证胸腺发育，正常分化T淋巴细胞，促进细胞免疫功能。失调的锌稳态会损害整体免疫功能，从而增加对感染的易感性。
锌还以类似于钙的方式作为免疫反应的离子调节剂，通过作为细胞内信使参与信号通路。
锌在单核/巨噬细胞信号传导中的作用
KimB,etal.MolCells.2021
影响伤口恢复
锌作为许多转录因子和酶系统的辅助因子，包括锌依赖性基质金属蛋白酶，可在伤口修复过程中增强自体清创和角质形成细胞迁移。
缺锌易导致皮肤疾患，患口腔溃疡，受损伤口不易愈合，青春期痤疮等。
★锌对肠道微生物有重要影响
肠道微生物在宿主营养状况中发挥着重要作用，在免疫、与宿主细胞相互作用、代谢不可消化的营养素和合成必需维生素等方面发挥着关键作用。
锌结合蛋白占细菌蛋白质组的5%，突出了细菌定植胃肠道的主要锌。锌是一种重要的营养物质和抗菌剂，近年来的研究发现，膳食中锌含量的不同导致肠道微生物的组成和功能产生改变，进而对人体健康产生一系列影响。
膳食锌(锌缺乏或锌过量)对肠道菌群的影响
向上滑动阅览
ChengJ,etal.CritRevFoodSciNutr.2023
接下来跟随谷禾了解一下膳食锌缺乏和过量情况下肠道微生物的具体改变
1.在缺锌条件下，发现能够有效竞争锌的细菌(即肠杆菌科和瘤胃球菌科以及肠球菌属和脱硫弧菌属)增殖。
六项研究比较了锌缺乏相对于锌充足对肠道菌群的影响，其中五项研究通过膳食锌控制诱导锌缺乏。
与锌充足对照组相比，锌缺乏组血浆/血清、指甲、羽毛、肝脏、睾丸和粪便锌含量降低。
以上实验研究主要是基于小鼠，大鼠，鸡和猪等动物实验，关于人类的临床实验还较少，但是动物的实验也可以为人类提供一定的参考价值。
锌缺乏影响微生物多样性
α多样性
缺锌对α多样性的影响具有差异
在锌缺乏的情况下，一项研究发现α-多样性以性别依赖的方式增加或减少(雄性小鼠增加，雌性小鼠减少)。
同样，在人类研究中，缺锌对α-多样性的影响也存在差异。在学龄儿童中，锌缺乏导致α-多样性增加，而在锌缺乏的母乳和配方奶喂养的婴儿中，α-多样性降低。
虽然每项研究中生物多样性变化的差异可能与不同的研究对象有关，但还需要在人类和动物模型中进一步研究锌缺乏对肠道微生物群改变的影响。
β多样性变化暂不明确
然而，在第六项研究中没有发现β-多样性的变化，该研究使用了θYC距离测量。β多样性的变化并不一定表明细菌类群的有益或消极变化。
●门水平
在门水平上，锌缺乏与变形菌门(Proteobacteria)和黑色素杆菌(Melainabacteria)的增加以及厚壁菌门(Firmicutes)的减少有关。
注：其中变形菌丰度的增加被认为是生态失调和疾病风险的潜在诊断标准，因为在健康的人类肠道中发现了低变形菌丰度。而厚壁菌门的许多成员都是有益菌
这或许可以从一部分角度解释锌缺乏对健康的不利影响
短期缺锌与长期缺锌菌群改变不同
短期缺锌会降低疣微菌门(Verrucomicrobia)的丰度(主要是Akkermansiamuciniphila属)，而长期缺锌则与疣微菌门丰度的增加有关。
菌群改变出现性别差异
发现与锌充足的野生型小鼠相比，通过ZnT7敲除诱导的锌缺乏导致了敲除（ZnT7-/-）和异质（ZnT7+/-）小鼠的红蝽菌科(Coriobacteriaceae)丰度和Allobaculum属丰度的增加，这种变化仅在雌性小鼠中发现。这表明锌的调节功能可能因性别而异。
注：因此锌对不同性别的人群影响可能不同
●属水平
除此之外还发现粪杆菌属（Faecalibaculum）增加，经黏液真杆菌属（Blautia）、乳杆菌（Lactobacillus）、Negativibacillus减少。
慢性缺锌的情况
在慢性锌缺乏的情况下，以下菌群丰度增加：
肠球菌（Enterococcus）↑↑↑
肠杆菌（Enterobacteriaceae）↑↑↑
瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)↑↑↑
而下列菌群丰度下降：
Clostridiales↓↓↓
消化链球菌科(Peptostreptococcaceae)↓↓↓
●物种水平
在物种水平上，LachnospiraceaeNK4A136和
真杆菌属（Eubacteriumcoprostanoligene）的丰度随着锌的缺乏而增加，而Ruminococcusgauvreauii的丰度随着锌的缺乏而降低。
此外还发现了一些菌群的增加和下降
增加的菌群：
吲哚梭菌(Clostridiumindolis)↑↑↑
未分类的某种拟杆菌↑↑↑，
减少的菌群：
酸奶瘤胃球菌(Ruminococcuslactaris)↓↓↓
肠球菌(Enterococcussp.)↓↓↓
Clostridiumlactatifermentans↓↓↓
Clostridiumclostridioformme↓↓↓
//注意
锌缺乏可能使得一些对人体有益的细菌丰度下降，而致病菌的丰度上升，从而对健康产生影响
虽然在上述研究中发现了从门到属水平的显著差异，但在一些学者的研究中，微生物群的相对丰度没有显著差异。
锌缺乏对菌群主要代谢产物——短链脂肪酸的影响
研究了锌缺乏与微生物代谢物(短链脂肪酸)生产和功能的变化。
锌缺乏影响短链脂肪酸的产量
一项小鼠研究发现，短链脂肪酸产量在短期锌缺乏时增加，但在长期锌缺乏时减少。鸡的研究发现，相对于锌充足，锌缺乏会降低短链脂肪酸的产量。
短链脂肪酸浓度影响锌的利用与吸收
说明锌与短链脂肪酸存在相互作用的关系
一组研究人员发现锌缺乏导致乙酸盐产量下降，这可能是由于产生短链脂肪酸的细菌属，如梭状芽胞杆菌和瘤胃球菌的减少。
锌缺乏与代谢通路变化
额外的微生物类群改变与锌缺乏和肠粘蛋白丰富有关。由杯状细胞产生的黏液层由粘多糖和糖蛋白组成，并容纳有助于消化矿物质的肠道微生物群。
粘蛋白——黏蛋白关键特征是其形成凝胶的能力;因此它们是大多数凝胶状分泌物的关键组成部分，提供润滑，细胞信号通路及化学屏障的功能。
锌缺乏影响嗜黏蛋白阿克曼菌丰度
共生细菌以黏液蛋白为食并粘附在黏液蛋白上，与宿主相互作用并调节黏液蛋白基因的表达和分泌，与上皮细胞相互作用以维持黏液和上皮内稳态。
同样，在缺乏锌的情况下，发现经黏液真杆菌属（Blautia）和乳酸杆菌属，以及粪杆菌(Faecalibaculum)属的增加，这些都是可能影响粘蛋白丰度的类群。
乳酸菌的减少可能会减少肠道黏蛋白，因为某些乳酸菌会刺激黏液蛋白2(MUC2)的产生，黏液蛋白2是杯状细胞表达的主要肠道黏蛋白。
经黏液真杆菌属（Blautia）含量降低，经黏液真杆菌属含有粘蛋白降解基因是一种短链脂肪酸(丁酸和乙酸)生产者，其丰度可能预测锌状态的差异。
异杆菌属丰度增加有利于结肠上皮健康
异杆菌属（Allobaculum）与发酵碳水化合物(即粘蛋白)有关，以产生短链脂肪酸(乳酸和丁酸)，供异源菌群作为碳源利用，这表明异杆菌属（Allobaculum）丰度的增加可能与有利于结肠上皮健康的潜力有关。
小结
注：这些变化影响了人体原本正常的代谢，可能导致一些疾病的产生。
注意
所有六项关于锌缺乏和肠道菌群改变影响的研究都使用了膳食锌作为锌源。对于α-多样性和短链脂肪酸产生的变化还缺乏共识，一个可能的解释可能是所使用的动物模型以及模型的生命阶段和性别的差异。
注：只有一项研究使用了大鼠模型，而所有其他研究都使用了小鼠模型。与其他研究相比，所使用的小鼠年龄最大，小鼠肠道菌群随着年龄的增长逐渐稳定。
三项研究仅使用男性受试者，一项研究仅使用女性受试者，两项研究同时使用女性和男性受试者，其中考虑到人类性别之间免疫功能的差异以及锌、免疫功能和肠道微生物组之间的联系，在设计阐明锌缺乏症对肠道微生物组组成和功能的影响的未来研究时，应考虑受试者的性别。
某些细菌具有通过有效的重金属排出系统来抵消高锌浓度的机制。在高锌条件下，发现了对增加金属锌暴露有进化适应的细菌(即梭状芽孢杆菌科、肠杆菌科和大肠杆菌)。
此外，高锌条件可能会潜在地增加耐药肠道微生物群，其中对高锌的进化适应以及抗生素和金属耐药基因的增选可能会由于水平基因转移而进一步延续这种耐药现象。
★锌过量的危害
1.一般情况下，补锌过量可能会导致机体出现锌中毒，大部分人群可能会出现胃肠道症状，如恶心、呕吐等。
2.抵抗力下降：过高的血锌会抑制白细胞的吞噬作用和杀菌作用，使人体的抵抗力下降，容易遭受致病菌侵袭。
3.记忆力下降：对于不缺锌的人，额外补充有可能造成体内锌过量，从而引发代谢紊乱，甚至会对大脑造成损害，可能损伤大脑神经元，导致记忆力下降。
4.贫血：有些家长误把锌制品当作营养品，给婴儿长期大量服用，殊不知补锌过量同样会带来危害，会使体内的维生素C和铁的含量减少，抑制铁的吸收、利用，容易引起、加重缺铁性贫血。
下面具体讲述一下锌过量状态下肠道微生物具体发生的变化
五项研究比较了高膳食锌或锌过载相对于锌充足对肠道菌群的影响。
高锌摄入降低锌转运蛋白ZIP4基因表达
ZIP4是锌从肠腔进入肠上皮细胞的主要导入物，由饮食中的锌调节，随着锌摄入的增加，ZIP4的表达下调。
两项研究发现，高锌摄入量会降低ZIP4基因的表达。还发现，高锌摄入的小鼠ZnT2表达增加(仅回肠)，MT1和MT2表达增加(回肠和结肠)，而其他测试的ZnT(4-7,9)和ZIP(1,3,5-11,13,14)蛋白的基因表达没有变化。
脂质代谢基因表达降低
抗性基因表达增强
抗生素耐药性增强
将抗生素抗性基因丰度的增加与肠杆菌的增加联系起来，其中高氧化锌饲粮已普遍用于猪，并导致促进抗生素耐药性。
具体而言，在猪肠道中发现耐多药大肠杆菌的患病率增加，这归因于高氧化锌饮食。
研究发现，饮食中锌过量会增加肠球菌，其中肠球菌具有质粒编码的耐药基因，本质上对许多常见抗菌剂不那么敏感。
尽管没有研究微生物代谢基因，但考虑到细菌类群对锌增加的适应性增加，考虑到金属耐药基因和抗生素耐药基因的共同共存，有可能存在抗生素耐药细菌基因的增加。
总的来说，高锌或锌过载似乎潜在地增加了耐抗生素的肠道微生物群，其中对高锌的进化适应以及抗生素和金属耐药基因的增选可能会由于水平基因转移而进一步延续这种耐抗生素现象，从而导致人体的抗生素和金属耐药性增强。
锌过量影响微生物多样性
高锌下α多样性降低
利用Pielou的均匀度α-多样性测量发现，α-多样性随着高锌而降低。通过1/Simpson多样性测量也发现，α-多样性随着Zn过载而降低。
此外，短期(4周)高饲粮锌或锌过载被发现不会显著影响α-多样性，长期高锌被发现不会改变(观察物种)或降低α-多样性，长期(8周)锌过载也不会改变α-多样性。
注：这可能取决于所使用的评估方法
α多样性下降,机会性病原体增多,双歧杆菌和拟杆菌显著减少,兼性厌氧菌、梭杆菌等增多，进而影响人体的的健康。
β多样性的变化未达成共识
高锌显著增加了梭状芽孢杆菌科(Clostridiaceae)的丰度，其中梭状芽孢杆菌科被发现具有通过有效的重金属外排系统来抵消高锌浓度的机制，该系统可能是从携带重金属抗性基因的质粒转移而来的。
梭菌科更适应高锌的浓度
注：在所选研究中，在不同的分类水平上研究了肠道微生物群的组成和功能的变化。在这五项研究中都发现了细菌类群的显著变化，这些变化可以归因于微生物群对有效锌浓度增加的适应。
门水平
对于细菌类群的变化，在门水平上，两项研究发现高锌没有显著改变细菌丰度。
虽然在两项利用猪模型的研究中拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度有所增加，但在门水平上的其他变化没有达成共识。
研究发现短期(4周)高锌和锌过载会增加疣微菌门(Verrucomicrobia)的丰度，而长期暴露(8周)会降低疣微菌门(Verrucomicrobia)的丰度。
另一项研究发现，短期锌过载导致变形菌门丰度增加，长期锌过载导致放线菌门丰度增加。
科、属、种水平变化较小
锌过载时肠道菌群的具体变化
高锌显著增加了梭菌科（Clostridiaceae）丰度，降低了乳杆菌科（Lactobacillaceae）和肠杆菌科（Enterobacteraceae）丰度。
在利用猪模型的研究中发现，普雷沃氏菌(Prevotella)和乳酸菌属增加，琥珀酸弧菌属(Succinivibrio)减少。
另一组研究人员发现锌过载下列菌株丰度增加：
拟杆菌属（Bacteroides）↑↑↑
副杆菌属（Parabacteroides）↑↑↑
柯林斯菌属(Collinsella)↑↑↑
醋弧菌属（Acetivibrio）↑↑↑
经黏液真杆菌属（Blautia）↑↑↑
粪球菌属（Coprococcus）↑↑↑
普拉梭菌（Faecalibacterium）↑↑↑
霍尔德曼氏菌(Holdemania)↑↑↑
Subdoligranulum↑↑↑
Nestiinimonas↑↑↑
Lachnoclostridium↑↑↑
Pseudoflavonifractor↑↑↑
而以下菌群减少：
巨型球菌属(Megasphaera)↓↓↓
戴阿利斯特杆菌属（Dialister）↓↓↓
氨基酸球菌属（Acidaminococcus）↓↓↓
瘤胃球菌(Ruminococcus)↓↓↓
Treponema↓↓↓
锌过量对细菌主要代谢产物——短链脂肪酸的影响
高锌降低短链脂肪酸含量
长期(8周)高锌与对照组相比，短链脂肪酸总产量更低。具体而言，与锌充足相比，长期高饲粮锌导致盲肠戊酸、丁酸、乙酸、异戊酸、异丁酸和丙酸降低。
短链脂肪酸在管理炎症和促进肠上皮完整性方面发挥着重要作用，高锌除了抑制短链脂肪酸生成外，还发现导致结肠炎症增加。
锌过量与炎症及免疫
虽然锌通常被认为是安全的，因为它不具有氧化还原活性，但大量或过量的锌暴露与肠道功能的改变、免疫功能的改变和炎症有关，因此强调需要确定高剂量和锌过载剂量对肠道微生物组组成和功能的影响。
锌过量影响炎症疾病发病率
乳酸菌科的细菌与短链脂肪酸的产生有关，将碳水化合物发酵成乳酸。此外，乳酸菌，产生各种各样的胞外多糖，作为阳离子金属离子(如Zn2+)的结合位点，可以保护这些微生物免受金属毒性。
高浓度锌具有抗菌作用
此外，膳食中高浓度的锌在防御致病性大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌和链球菌方面发挥抗菌作用。
总的来说，在大多数选定的研究中，高饲粮锌和锌过载状态与α-多样性降低或不变、短链脂肪酸产量降低以及金属和抗生素抗性基因增加有关。
这些因素都在一定程度上影响人体的健康，对其产生不利的影响。
不足之处
饮食中高锌或锌过载对人类肠道菌群的影响研究较少。鉴于抗生素耐药性的潜在灾难性影响，未来的研究应了解微生物分类和多样性的变化，以及微生物代谢物产生的变化和驻留菌群的宏基因组潜力。
锌的每日推荐食用量
中国营养学会规定，婴幼儿(0-1岁)5毫克/天，儿童(1-10岁)10毫克/天。青春期男性15毫克/天，女性12毫克/天。
孕妇和哺乳期产妇因为母乳喂养，乳汁中的锌流失比较多，所以锌的摄入量也应多一点，每天20-25毫克。一般锌的摄入量不超过25毫克。
★含有锌的食物
海鲜类：如牡蛎、鱼、扇贝、虾仁等，不仅含有较多的锌元素，且含有较多的不饱和脂肪酸，有助于减少动脉硬化的发生风险，从而预防心血管疾病的发生，其中牡蛎的含锌量比较高；
肉禽类：如猪肝、瘦牛肉、猪肉、鸡肉等，通常会含有较多的蛋白质以及微量元素，如锌、铁、磷等，有助于补充锌元素以及预防缺铁性贫血的发生；
蛋类：如鸡蛋、鸭蛋中也含有一定的锌元素，还富含脂溶性维生素、磷脂等，有助于减少口唇干裂、皮炎等疾病的发生；
干果类：如花生、核桃、芝麻、蚕豆、黄豆、绿豆、板栗等，含有钙、锌等多种微量元素，以及胡萝卜素、核黄素等多种维生素和脂肪、碳水化合物，在补充锌元素的同时有助于能量的补充。
膳食锌缺乏与摄入过量都会影响肠道微生物组的组成和功能，进而影响人体正常代谢与健康。
缺锌时，肠道微生物组的改变包括α-多样性的改变、粘蛋白降解细菌丰度的下降、短链脂肪酸产生的减少以及影响碳水化合物和糖基代谢的代谢途径表达减弱。
过量摄入膳食锌的情况下，肠道微生物组变化包括α-多样性没有变化或减少，短链脂肪酸产量减少，细菌金属抗性和抗生素抗性基因的潜在增加。
未来期待更多关于锌等微量营养元素和肠道菌群互作以及影响机理的的人类试验，虽然人类膳食营养的研究中单一变量不太好控制，但是基于大人群的营养调查以及其他协变量控制情况下，去调查这些关键营养素与肠道菌群的扰动可以帮助进一步明确阐明营养在人体健康和疾病扮演的角色和作用机理，对于后续基于菌群或营养素的预防干预治疗有重要的指导价值。
主要参考文献：
ChengJ,KolbaN,TakoE.Theeffectofdietaryzincandzincphysiologicalstatusonthecompositionofthegutmicrobiomeinvivo.CritRevFoodSciNutr.2023Jan23:1-20.doi:10.1080/10408398.2023.2169857.Epubaheadofprint.PMID:36688291.
KimB,LeeWW.RegulatoryRoleofZincinImmuneCellSignaling.MolCells.2021May31;44(5):335-341.doi:10.14348/molcells.2021.0061.PMID:33986184;PMCID:PMC8175146.
BaholetD,SkalickovaS,BatikA,MalyuginaS,SkladankaJ,HorkyP.ImportanceofZincNanoparticlesfortheIntestinalMicrobiomeofWeanedPiglets.FrontVetSci.2022Jun2;9:852085.doi:10.3389/fvets.2022.852085.PMID:35720843;PMCID:PMC9201420.
Chen,X.,Y.Jiang,Z.Wang,Y.Chen,S.Tang,S.Wang,L.Su,X.Huang,D.Long,L.Wang,etal.2022.Alterationingutmicrobiotaassociatedwithzincdeffciencyinschool-agechildren.Nutrients14(14):2895.
Cheng,J.,H.Bar,andE.Tako.2021.Zincstatusindex(ZSI)forquantiffcationofzincphysiologicalstatus.Nutrients13(10):3399.
Chen,L.,Z.Wang,P.Wang,X.Yu,H.Ding,Z.Wang,andJ.Feng.2021.Effectoflong-termandshort-termimbalancedZnmanipulationongutmicrobiotaandscreeningformicrobialmarkerssensitivetozincstatus.Microbiologyspectrum9(3):e0048321.
Bombaywala,S.,H.J.Purohit,andN.A.Dafale.2021.Mobilityofantibioticresistanceanditsco-occurrencewithmetalresistanceinpathogensunderoxidativestress.JournalofEnvironmentalManagement297:113315.
抑郁症和抑郁情绪是不一样的，如果说抑郁情绪是一阵悲伤或沮丧，那么抑郁症可以具有巨大的深度和持久力。抑郁症不只是沮丧发作，也不是性格弱点，无法以“快刀斩乱麻”的方式轻松摆脱。
世界卫生组织统计，全球约10亿人正在遭受精神障碍困扰，新冠疫情后，全球精神障碍疾病负担更加沉重，抑郁症患者激增5300万，增幅高达27.6%。受抑郁症影响的女性多于男性。
抑郁症患者通常会出现持续的压抑，兴趣减退，动力不足；除了在情绪上的悲观冷漠之外，很多抑郁症患者还常伴有食欲不振、便秘等胃肠道症状。
抑郁症是一种多因素，多重机制参与的复杂的疾病，病情绵长。它与神经递质表达异常、炎性因子分泌、神经细胞通路改变、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴持续紊乱、肠道菌群改变及线粒体结构异常等诸多因素有关。
抑郁症在中医中属于“郁证”的范畴，几千年前的书籍中就已有所记载。《黄帝内经》中所述“心主血脉、心主神志”，这里“神志之心”与现代医学脑的生理功能基本对应，中医学“心与小肠相表里”理论与现代医学提出的“脑－肠轴”理论相通，其部分内涵可以理解为中枢神经系统与肠道菌群的密切关系。
近年来，越来越多的中药、中药复方被证实可以发挥抗抑郁作用，人们开始认识到中医药通过调节肠道菌群而影响抑郁症发生发展，这为抑郁症的治疗提供新思路。
本文主要内容如下：
抑郁症是一种常见的医学疾病，会对感受、思维方式和行为方式产生负面影响。它是一种复杂的疾病，有多种成因，包括各种生活方式、饮食、环境和遗传因素。
▼常见的抑郁症症状有哪些？
抑郁的人通常会出现以下几种症状：
▼抑郁症有哪些类型？
不同类型抑郁症的例子包括：
双相情感障碍、重度抑郁症（临床抑郁症）、持续性抑郁症和季节性情感障碍。
双相情感障碍的人会经历抑郁和躁狂（情绪异常升高）或轻躁狂（明显但不一定异常的情绪升高）交替状态。
重度抑郁症的特征是严重的症状会扰乱个人的日常生活，通常会影响食欲、睡眠、工作或享受生活的能力。
其他类型的抑郁症包括产后抑郁症、精神病性抑郁症和季节性情感障碍，每一种都在特定情况下发生。
产后抑郁症发生在女性分娩后的时期。症状包括焦虑、对照顾婴儿缺乏兴趣，以及悲伤、绝望或无能为力的感觉。
精神病性抑郁症是在精神病的背景下出现的，精神病可能涉及妄想、幻觉或偏执的症状。
季节性情感障碍的特点是抑郁症状在秋季和冬季发作，随着春季和夏季暴露于自然光的增加而缓解。
▼哪些人群患抑郁症的风险相对较高？
▼有什么方法可以治抑郁症？
目前用的较多的是药物和心理疗法。
目前常用的药物包括：
抗抑郁药可能会在使用的第一周或两周内产生一些改善，但可能需要两到三个月才能看到效果。
心理疗法帮助一个人识别扭曲/消极的想法，以更积极的方式应对生活中的挑战。
例如与他人建立积极的互动关系，识别消极的信念和行为并改善，学习设定切实可行的人生目标等。
心理疗法或“谈话疗法”有时单独用于治疗轻度抑郁症；对于中度至重度抑郁症，心理治疗通常与抗抑郁药物一起使用。
▼什么原因可能导致抑郁症？
自尊心低、容易被压力压垮，对自己和世界产生消极想法，这样的人群似乎更容易患抑郁症。
持续暴露于暴力、忽视、虐待或贫困等不良环境，或不利的生活事件，会增加一个人患抑郁症的可能性或引发抑郁发作。
抑郁症可以在家族中遗传。例如，如果同卵双胞胎中的一个患有抑郁症，则另一个有70%的机会在一生中的某个时候患上抑郁症。
抑郁症的发病机制复杂且仍然难以摸透，目前已经提出了几种假说/理论来从不同的角度解释临床表现。
抑郁症的病理学
doi.org/10.3389/fpsyt.2022.1054726
单胺假说：
谷氨酸能假说和GABA能缺陷假说：
激素失调：
神经发生和神经可塑性假说：
肠道菌群理论：
关于肠道菌群如何通过微生物群-肠-脑轴影响抑郁症，我们在下一章节详细阐述。
肠道菌群与人体是共生互利密不可分的统一体，又被称为人的“第二大脑”，它的作用不仅局限于胃肠道，还可以通过“脑－肠轴”，参与调控脑发育、应激反应、焦虑抑郁、认知功能等中枢神经系统的活动，从而对脑的功能和行为产生重大影响。肠道菌群、肠道、脑三者间密切的信息交流，共同影响人的喜怒哀乐。
抑郁患者常伴有胃肠功能障碍,表现在食欲不振、代谢紊乱、胃肠功能紊乱及肠道菌群异常等方面的问题。即便不是抑郁症患者，我们回想一下，有时候对某些事件感到压抑，恐惧等情绪，或者一些状况感到焦虑的时候：是不是也会经历某种肠道不适，比如恶心、反胃、腹泻等。
胃肠道和大脑之间似乎有着某种联系，如果说大脑可以影响肠道，那么反过来肠道是不是也能影响大脑？这种联系究竟是怎么发生的？
本章节我们详细了解其中的故事。
近期发表在《自然通讯》杂志上的两项研究发现，肠道中的几种细菌与抑郁症状之间存在联系。
一“抑郁症状的肠道微生物组关联研究”：
该研究调查了来自鹿特丹研究队列的1,054名参与者的粪便微生物组多样性和组成与抑郁症状的关系，并在1,539名受试者的阿姆斯特丹HELIUS队列中验证了这些发现。
已知这些细菌参与谷氨酸、丁酸、血清素和γ-氨基丁酸(GABA)的合成，这些是抑郁症的关键神经递质。该研究表明，肠道微生物组成可能在抑郁症中发挥关键作用。
二“跨种族的肠道菌群和抑郁症状”的研究：
通过分析HELIUS队列的数据，研究人员描述了生活在同一城市地区的6个种族群体（荷兰、南亚苏里南、非洲苏里南、加纳、土耳其、摩洛哥；N=3211）的肠道微生物群及其与抑郁症状的关联。
考虑到人口统计学、行为学和医学差异，肠道菌群在个体内部（α多样性）和个体之间（β多样性）可预测抑郁症状水平。
以上我们了解到肠道菌群和抑郁症之间的关联。那么肠道菌群是如何影响抑郁症的？这就涉及到一个概念：
“微生物群-肠-脑轴”
1980年，由于对神经元和脑细胞中胃肠内分泌系统的激素信号传导的研究发现，肠-脑轴的概念意外诞生。在接下来的几十年里，这一概念得到进一步加强和扩展，包括微生物群对肠-脑轴的贡献。
目前，微生物群-肠-脑轴更像一个复杂的循环而不是单向关系，它代表了宿主体内中枢神经系统、内分泌化学信号系统、免疫调节、微生物群和代谢效应，以及大脑和肠道的屏障功能之间的相互作用。
以上这些因素的协调对维持个体的健康状态起着重要作用。如果微生物群-肠-脑轴失衡，则会引起包括抑郁症等精神障碍。
详见：肠道微生物组在人类神经系统疾病中的作用
深度解读|肠道菌群和中枢神经系统的关系
抑郁症，恐惧，压力和肠道微生物群脱不开的关系
这里我们结合最新研究再了解一下，通常肠道菌群可以通过以下三种主要途径参与抑郁症，包括：
肠道微生物群和大脑之间的沟通途径
编辑
LiB,etal.,JEthnopharmacol.2023
肠道菌群和大脑的沟通方式包括：
迷走神经、脊髓通路、短链脂肪酸（SCFA）、吲哚、色氨酸（Trp）、γ-氨基丁酸（GABA）、脑源性神经营养因子（BDNF）、去甲肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺（5-HT）、细胞因子等。
接下来，我们就以上这些，逐一了解每个途径具体的运作方式。
Part1化学信号
神经递质——“信号兵”
神经递质是指脑内的化学物质，它们可以在神经元间的信息传递中起着重要作用，也就是充当“信号兵”的作用。根据其化学成分，神经递质分为：
神经递质——单胺
肠道微生物群影响单胺，包括多巴胺、去甲肾上腺素。例如，蜡样芽孢杆菌（Bacilluscereus）和蕈状芽孢杆（Bacillusmycoides）可以产生多巴胺。
神经递质——胆碱
胆碱是肠道、皮肤、神经系统和细胞中的必需营养素。胆碱水平会影响肠道菌群。如：胆碱缺乏可导致革兰氏阴性菌增加，并增强抑郁症患者的抑郁样行为。
肠道微生物群可以影响胆碱的生物利用度（如大肠杆菌可以抑制人体吸收胆碱的能力），从而导致胆碱缺乏和神经系统疾病的发生。
抑郁症患者的胆碱水平显著高于健康人。同时，抑郁症患者表现出肠道微生物群失衡。这表明影响胆碱代谢的肠道菌群可能参与中枢神经系统调节。
神经递质——谷氨酸
抑郁症患者的内侧前额叶皮质中谷氨酸水平降低。肠道细菌可影响谷氨酸代谢，如：
空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)
谷氨酸棒状杆菌(Corynebacteriumglutamate)
乳酸发酵短杆菌(Brevibacteriumlactofermentum)
肠道微生物群将蛋白质分解为氨基酸，其中大部分被肠内肠细胞顶膜上的转运蛋白（如兴奋性氨基酸C1）吸收。因此，谷氨酸被肠道吸收并进入血液。谷氨酸转化为γ-氨基丁酸（GABA）。
部分肠道微生物群可以直接产生GABA。例如，双歧杆菌可以分泌大量GABA。
注：GABA作为大脑中的神经递质，促进神经系统的稳定。这些神经递质由肠道产生，通过肠脑轴进入中枢神经系统，发挥各种功能。
胆汁酸
胆汁酸是胆汁的重要组成部分，在脂肪代谢中起着重要作用。胆汁酸在肝脏中产生，由肠道菌群产生的酶代谢，促进脂质的消化和吸收。
胆汁酸受体可以影响葡萄糖代谢，从而导致抑郁症的发生。肠道微生物群通过调节胆汁酸的变化，影响BA-TGR5-GLP-1途径，进而导致抑郁症的发作。
短链脂肪酸
短链脂肪酸主要由乙酸、丙酸、丁酸和戊酸组成。可以通过肠道吸收并穿过血脑屏障，影响大脑功能。
短链脂肪酸可以改变血脑屏障的通透性，肠道菌群如如长双歧杆菌和短双歧杆菌产生的短链脂肪酸促进5-HT的合成和循环，从而实现抗抑郁作用。临床上没有针对短链脂肪酸的药物。外源性短链脂肪酸的补充还可能加重疾病。通过肠道微生物群调节短链脂肪酸可以改善抑郁症。
三甲胺
三甲胺（TMA）是胃肠道化学递质的主要调节因子之一。肠道微生物群代谢肉类、高脂肪乳制品和其他食品中富含的胆碱和TMA。肠道微生物群产生的TMA由肝脏中的黄素单加氧酶3催化，生成三甲胺N-氧化物（TMAO），这会导致衰老、认知障碍、社会行为改变和脑部疾病。
TMA的产生可以通过调节肠道微生物群来抑制。
TMA被肠道吸收，并穿过血脑屏障进入大脑，导致神经元兴奋性毒性、氧化应激和炎症。
TMA的结构与谷氨酸类似，谷氨酸是一种兴奋性神经递质。抑郁症患者表现出明显低于健康人的谷氨酸水平，TMA激活受体，导致分子损伤和氧化应激。因此，TMA影响抑郁症的发病机制。
脑源性神经营养因子（BDNF）
BDNF——大脑和肠道细菌之间的重要纽带
肠道微生物群可以通过BDNF/TrkB信号通路实现双向肠道脑调节，这表明抑郁症的发病机制也与BDNF有关。
在抑郁症模型中，发现将BDNF注射到中脑和海马的齿状回区域会产生类似抗抑郁的效果，通过注射TRK抑制剂可以逆转这种效果。
色氨酸代谢
色氨酸是一种必需的氨基酸，可以影响人类的生长和健康。肠道微生物的变化可以通过调节色氨酸代谢来引起，而色氨酸代谢产物，如血清素、犬尿氨酸和吲哚，可以影响肠道微生物群和抑郁症之间的关系。
注：5-HT，5-羟色胺，又名血清素。
通过调节血清素的产生影响抑郁症
中枢神经系统中，色氨酸在酶的催化下生成血清素。血清素是参与控制睡眠、疼痛和情绪的关键神经递质。
肠道微生物群，例如乳球菌、乳杆菌、链球菌、大肠杆菌、克雷伯氏菌，通过表达色氨酸合酶来调节5-HT的产生，脑肠轴进一步影响大脑中色氨酸的代谢。
通过肠道菌群代谢产物犬尿氨酸影响抑郁症
犬尿氨酸是色氨酸的代谢产物。犬尿氨酸具有抗氧化功能，可防止大脑皮层中的脂质氧化。肠道微生物群通过犬尿氨酸途径影响犬尿氨酸代谢。
抑郁症患者的血清犬尿氨酸/喹啉酸比率显着降低。犬尿氨酸和喹啉酸代谢之间的平衡与大脑结构和功能有关，尤其是在海马体中。
通过肠道菌群代谢产物吲哚影响抑郁症
Part2神经通路
迷走神经
迷走神经：脑-肠之间的一条高速公路，可以双向传递信息。
迷走神经是连接胃肠道和神经系统的最长神经之一，在肠道和大脑之间的主要沟通途径中起着重要作用。
一方面，肠道微生物群通过激活迷走神经来改变下游神经活动，如BDNF、GABA和催产素信号。肠道包含肠感觉上皮细胞，这些细胞与迷走神经神经元形成回路，使大脑能够直接感知肠道的变化。
另一方面，迷走神经可以通过刺激传出神经释放乙酰胆碱，从而影响巨噬细胞和α-7烟碱胆碱能神经受体，同时抑制炎症因子以实现抗抑郁作用。
补充乳酸杆菌JB-1菌株降低了前额叶皮层GABAα2受体的mRNA表达，从而降低了应激诱导的皮质酮水平和减轻抑郁。
脊髓
脊髓是自主神经系统的重要组成部分。脊髓连接大脑和肠道，肠道是中枢神经系统最重要的部分。脊髓损伤导致肠交感神经和自主神经张力失衡，导致胃肠道疾病。
肠道微生物群会影响脊髓
脊髓损伤会损害肠道神经系统，导致肠道运输功能障碍。脊髓损伤后的并发症，包括肠道功能障碍、焦虑和抑郁，可能是由于微生物群-肠-脑轴相互作用所致。
脊髓影响抑郁症的发病机制
Part3免疫系统
免疫系统是肠脑轴的一部分，是从微生物到大脑的重要信号级联。肠道细菌失调导致肠道和血液之间的屏障变得可渗透，从而让“坏”细菌进入血液，可能引起炎症。
炎症可能是一个重要的免疫节点
免疫炎症反应机制：胃肠道系统是最大的免疫器官，抑郁症中存在一种慢性、低水平的炎症状态，肠道菌群可作用于免疫系统，降低外周血中促炎因子IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-3等释放，并升高抗炎急性期蛋白、趋化因子、黏附分子、前列腺素等的表达，从而影响中枢神经系统，最终导致脑功能的改变。
临床上，抑郁症患者表现出细胞因子水平升高、神经发生减少和氧化应激水平升高。肠道菌群对免疫系统的调节是影响抑郁症的重要因素之一。
以上化学信号、神经通路、免疫系统三大途径，详细描述了微生物群-肠-脑轴之间的关联，以及肠道菌群是如何通过该轴影响抑郁症的发生发展。显而易见，肠道菌群其中扮演重要角色。
目前关于抑郁症的治疗，药物治疗是常见手段之一，化学合成药物因其疗效快、剂量低等优点被广泛使用，但容易引起耐药性，抑制质子泵，可能危害肠道健康。
药物对肠道菌群和肠道屏障的影响是药物安全性和有效性的重要评价指标。近年来，随着大众对肠道健康的日益重视，肠道已成为中药领域的研究热点。中药具有抗菌活性温和、修复作用以及人类不易对其产生耐药性等优点。
那么中药与肠道菌群有什么关联，与肠道菌群的相互作用及其肠道屏障的修复机制如何？下一章节我们来详细了解一下。
强调“整体性”
中医认为人与自然、社会环境具有整体性。自然界孕育人类的繁衍，人类活动顺应四时变化方能“精神乃治”，两者交互协作、对立统一，即通过“天人相应”实现“天人合一”。
作为人体内的微生态，肠道菌群与机体各项结构机能与内在环境共生共存，互根互用，构成一个有机整体。
中医提出体质是人体形态结构、功能活动的个体特征，与生命过程、遗传、后天环境等因素有关。
肠道菌群也受到饮食、生活方式、药物、社会环境、遗传、地理位置等多因素影响。
“个体化”防治
辨证论治作为中医基本原则之一，其核心目的是通过因人因时因地制宜辨证来更好地阐述个体疾病的易患因素和疾病发展的倾向性。
《黄帝内经》云：“胃足阳明之脉……是动则病洒洒振寒……心欲动，独闭户塞牖而处。甚则欲上高而歌，弃衣而走，贲响腹胀，是为骭厥。”
中医学提出人体由“形”和“神”构成，“形为神之宅”“神乃形之主”，即心理特征影响人的生理机能和形态结构，又同时受到机体生理病理情况反馈的影响。
现代医学提出心理压力或其他抑郁因素引起的饮食偏好、应激激素调节、炎症反应及自主神经反应可重塑肠道菌群，肠道菌群的代谢产物、毒素、神经激素等又能反过来调节宿主的饮食偏好或心情。
抑郁症可由“气”（生命能量）、血液循环障碍、“热”（炎症）、湿气和痰引起。
解气是抑郁症的常见治疗方法，从而促进血液循环、减少炎症和缓解疼痛。传统上，一些中药配方被用于治疗抑郁症，如逍遥散和小柴胡、甘麦大枣（GMDZD）和半夏厚朴汤。一些治疗胃肠道疾病的中药也具有抗抑郁类型的作用。
下面列一些常见的治疗抑郁症的复方中药配方：
逍遥散、解郁丸、四逆散、薯蓣散、小柴胡汤、柴胡温胆汤、柴胡桂枝汤
甘麦大枣汤、开心散、柴胡加龙骨牡蛎汤、酸枣仁汤
柴胡疏肝方、半夏厚朴汤、
补阳还五汤、血府逐瘀汤
百合地黄汤、小补心汤、归脾汤、桃红四物汤
栀子豉汤、栀子厚朴汤
大多数治疗抑郁症的中药都具有疏肝、益气、养血、活血、化痰的作用。
下表列出各种中药的主要生物活性成分：
以上是中药与肠道菌群的整体关联，以及常见的一些具有抗抑郁作用的中药及其生物活性成分，这些中药是如何通过调节肠道菌群，从而达到抗抑郁的效果？下一章节我们继续。
虽然目前对于中医药抗抑郁作用的潜在机制相对模糊，但可能涉及多种机制，其中之一可能包括肠道微生物群的调节。本章节讨论了由调节肠道微生物群的化学递质和细胞介质诱导的中药抗抑郁作用。
传统中药配方，包括复方中药、中药和主要生物活性成分，它们影响肠道菌群改善抑郁症如下：
迄今为止，大多数抗抑郁药物都是神经递质再摄取抑制剂，通过抑制神经递质的再摄取和增加突触间隙的神经递质供应来改善神经传递。
中医药在中枢神经系统疾病的治疗方面有着丰富的历史。
开心散
开心散（KXS）、栀子豉汤（ZZCD）和甘麦大枣汤是用于治疗抑郁症的不同类型的中药。研究发现，这些物质参与调节肠道微生物群，最终缓解抑郁症状。
注：栀子豉汤（ZZCD）首载于《伤寒论》，在中国被广泛用于治疗抑郁症、发热性疾病和失眠症已有1000多年的历史。
开心散调节肠道和大脑功能的重要组成部分。开心散治疗改变了CUMS诱导抑郁症小鼠肠道微生物群的相对丰度，并通过增加Allobaculum、Turicibacter、双歧杆菌，改善了抑郁症症状。
栀子厚朴汤
研究报告，栀子厚朴汤的抗抑郁类型效应由肠道微生物群介导，肠道微生物群影响神经递质的代谢。与未治疗组相比，栀子厚朴汤治疗组显著增加了Barnesiella和Lachnospiraceae的成分，但降低了链球菌。
潜在抗抑郁机制
甘麦大枣
甘麦大枣增加了大鼠肠道中的神经递质水平，缓解了抑郁症，这可能是由于活性成分甘草酸苷的作用。
其他
一些草药以5-HT受体为主要抗抑郁机制。
如来自葛根的葛根素不仅作为5-HT2C和5-HT2A受体的拮抗剂，而且作为5-HT1A受体的激动剂。
大量中药配方以及主要生物活性成分通过调节肠道微生物群中的神经递质发挥抗抑郁作用。如下表所示：
表中药对抑郁症患者化学神经递质的影响
研究发现，短链脂肪酸作为肠脑轴的递质，会影响抑郁症。例如，患者体内可产生短链脂肪酸的Alloprevotella的相对丰度增加。一些中药配方及其活性成分可以通过改变肠道中的短链脂肪酸含量来诱导抑郁症样症状。
DOI:10.16438/j.0513-4870.2022-0844
五味子素可以缓解抑郁小鼠肠道微生物群失衡，这与粪便短链脂肪酸水平的变化有关。
黄芩苷（BAI）是甘草的一种生物活性成分，通过促进肠道中产短链脂肪酸的细菌，影响抑郁症的发展。
栀子厚朴汤的抗抑郁类型效应通过调节肠道微生物群来促进丁酸分泌而发生。
杏仁可以增加肠道微生物群的含量，如瘤胃球菌和真细菌。人参及其提取物通过改变肠道微生物群的代谢产物，从而影响血清短链脂肪酸水平和大脑中的神经递质，从而达到抗抑郁作用。
黄连素和淡豆豉通过调节短链脂肪酸达到抗抑郁作用。
总之，如下表所示，研究结果支持各种中药制剂可以通过介导肠道微生物群的短链脂肪酸来治疗抑郁症。
中药对抑郁症患者短链脂肪酸的影响
目前，中医对短链脂肪酸的调节更广泛地用于治疗代谢性疾病，如肥胖症、糖尿病和高血脂，但通过中医调节肠道微生物组治疗抑郁症的研究相对较少。因此，将中医药作为深入研究抑郁症的切入点将有助于开发新药。
槲皮素
值得注意的是，槲皮素已被证明可以改变肠道微生物群。例如，槲皮素处理增加了肠道微生物多样性以及下列菌群的相对丰度：
在一项研究中，槲皮素能够改善大鼠的抑郁样行为，同时降低肠道微生物群的含量，如Verrucomichobiae和脱硫弧菌。
此外，槲皮素改善了受损的结肠组织，增强了海马中BDNF的表达。
肉苁蓉
肉苁蓉可以改善抑郁大鼠肠道微生物群的含量，如拟杆菌的增加和瘤胃球菌的减少。此外，肉苁蓉增加了抑郁症患者的BDNF水平。这些发现支持BDNF可能影响抑郁症的治疗。
据报道，其他复方中药和中药制剂和主要生物活性成分也通过调节BDNF实现抗抑郁作用，如下表所示：
表中药对抑郁症患者BDNF的影响
一些中药配方通过影响色氨酸-犬尿氨酸代谢平衡来改善抑郁症样症状。
人参皂苷
此外，人参皂苷治疗抑制小胶质细胞过度激活，以改善抑郁样行为。
天丝饮
天丝饮是一种中药，可以提高肠道微生物群（乳杆菌和毛螺菌科）的含量，然后调节色氨酸-犬尿氨酸途径的代谢产物，以改善抑郁症状。因此，色氨酸-犬尿氨酸代谢可能影响肠道微生物群。
据报道，其他复方中药和中药制剂和主要生物活性成分通过调节犬尿氨酸水平实现抗抑郁作用，如下表所示。
中药治疗抑郁症对犬尿氨酸的影响
中医药可以通过肠道微生物组调节犬尿氨酸来改善抑郁症状，具有安全性高、稳定性好的潜在优势。
越来越多的研究表明，改变肠道微生物群可以通过细胞因子调节影响抑郁症。
秋葵
秋葵处理增加了Barnesiella、拟杆菌和乳杆菌的相对丰度。此外，秋葵抑制toll样受体4的表达、NF-κB的核易位、高水平的促炎细胞因子和增强的丝裂原活化蛋白激酶信号传导。最终，秋葵达到了抗抑郁类型的效果。
柴胡疏肝散
柴胡疏肝散的主要成分皂苷A和D，在CUMS模型大鼠中发挥抗抑郁作用，恢复HPA轴的平衡，并通过提高肠道和海马促炎因子（如IL-1β、IL-6和TNF-α）的水平，减少神经炎症。
这些研究进一步证明，肠道微生物群可以通过调节细胞因子来影响大脑的神经系统。
据报道，其他复方中药和中药制剂和主要生物活性成分通过调节细胞因子发挥抗抑郁作用，如下表所示。
中药对抑郁症患者细胞因子的影响
临床上，有几种方法可以通过刺激神经通路来治疗抑郁症，如脑深部刺激（DBS）和迷走神经刺激（VNS）。然而，这些技术存在一些并发症，例如需要手术和术后恢复。
肠道微生物群通过迷走神经调节脑-肠轴信号。例如，长双歧杆菌NC3001通过迷走神经缓解焦虑样行为。柠檬酸杆菌(Citrobacter)通过调节迷走神经的活动产生焦虑-抑郁样行为。
中药通过调节迷走神经缓解抑郁症
因此，影响肠道的某些类型的中药，如四逆散（SNS）、柴胡温胆汤、柴胡桂枝方和桂皮方，通过调节迷走神经来影响抑郁样行为。
柴胡温胆汤通过调节迷走神经的活动来影响乙酰胆碱含量的变化，从而缓解抑郁症。
看起来，就缓解抑郁症而言，在调节迷走神经活动方面，使用中医药调理肠道微生物群，比直接使用药物更有效；这是一个值得进一步研究的研究方向。
中药通过调节脊髓损伤缓解抑郁症
在脊髓损伤中，益生菌复苏可以改善脊髓损伤。用抗生素治疗的小鼠表现出更严重的脊髓损伤。因此，中医可以通过调节脊髓通道的活动来调节肠道微生物群以缓解抑郁症。
●针灸影响肠道菌群
研究表明，针灸可以通过对胃肠动力、分泌和免疫的调节影响肠道菌群。
研究人员通过针刺应激性胃溃疡模型大鼠的百会、中脘、足三里穴位，结果表明，针刺能够有效改善应激性胃溃疡引发的胃黏膜损伤，可能与增加的菌群多样性，促使紊乱的肠道菌群水平回调有关。
研究人员对实验组溃疡性结肠炎的患者应用益阳愈溃汤结合针刺治疗，对照组仅给予益阳愈溃汤，治疗后实验组双歧杆菌、乳酸杆菌等优势菌种均高于对照组。
另外有研究人员认为早期针刺对中风患者的干预不仅可以促进神经功能的恢复，并可以有效降低中风后抑郁症的发病率，说明中医针灸治疗与肠道菌群也有某种联系，更有利于对肠道菌群的研究，从而拓宽抑郁症治疗的新方法和思路。
很少有研究报道了中药制剂在抑郁症临床治疗中的毒性。
柴胡皂苷D是柴胡中的主要生物活性成分，具有抗抑郁、肝毒性、神经毒性、溶血性和心脏毒性作用。因此，应注意中药配方中柴胡的用量。
黄芩苷在肠道中作为黄芩素代谢。黄芩苷在HepG2细胞中显示出比黄芩素更高的毒性，但肠道微生物群产生的黄芩苷代谢产物的毒性低于黄芩苷本身。因此，黄芩苷生产工艺应进一步优化，以治疗抑郁症。
开心散导致白细胞和淋巴细胞以及血糖水平升高，尽管所有患者在治疗30天后均表现出正常水平。因此，口服开心散被认为是相对安全的。
甘麦大枣汤与治疗抑郁症的不良反应有关，如口干、便秘、失眠和易怒。
补骨脂及其主要生物活性成分具有抗抑郁作用，但临床前安全性研究揭示了未知化合物和机制对肝脏和生殖系统的毒性作用。
一般来说，中药配方不会刺激肝脏或肾脏，也不会损害胃肠道。与西医使用的抗抑郁药物相比，中医药治疗抑郁症的副作用一般较少，不会产生依赖或成瘾，疗效稳定，从而防止治愈后复发。
人体大多数疾病都与肠道有关，肠道菌群调节越来越被认为是疾病的立足点和突破口。
从中医的角度来看，人的各个器官并不是独立存在的，而是相互联系的，共同影响着全身的生理机能。中医擅长于动态和整体上把握疾病的发生发展，这与肠道菌群反映人体健康动态的理念不谋而合。
通过监控肠道菌群的动态预测易感疾病，并运用其与人体自身的共生关系和个体化的生物学特征，使中医在疾病诊治中突出整体观和辨证论治的优势。
抑郁症的发病机制尚不确定，单胺、神经营养因子、神经递质和肠道菌群被认为参与了抑郁症的发展。抑郁症研究的重点已经从大脑转移到其他系统，微生物群-肠-脑轴可通过形成复杂的内分泌、神经、免疫炎症的生物学免疫机制，在影响抑郁症的发生发展中发挥重要作用。
中药与肠道菌群之间抗抑郁的关系不仅仅有中药对于肠道菌群的影响,还有肠道菌群对中药成分代谢和促进吸收的作用等值得探索。
目前仍需进行大量的研究以探寻中药与肠道菌群之间的相互作用，这对于研究抑郁症的发病机制和抗抑郁新药研发有深远意义。结合中医药理论，以肠道菌群为靶点，开发中药新药研究，将为中医药防治抑郁症提供新的思路和治疗方案。
SunY,ZhaoJ,RongJ.Dissectingthemolecularmechanismsunderlyingtheantidepressantactivitiesofherbalmedicinesthroughthecomprehensivereviewoftherecentliteratures.FrontPsychiatry.2022Dec22;13:1054726.doi:10.3389/fpsyt.2022.1054726.PMID:36620687;PMCID:PMC9813794.
LiB,XuM,WangY,FengL,XingH,ZhangK.Gutmicrobiota:AnewtargetfortraditionalChinesemedicineinthetreatmentofdepression.JEthnopharmacol.2023Mar1;303:116038.doi:10.1016/j.jep.2022.116038.Epub2022Dec15.PMID:36529248.
AsimM,WangH,WarisA.Alteredneurotransmissioninstress-induceddepressivedisorders:Theunderlyingroleoftheamygdalaindepression.Neuropeptides.2023Jan20;98:102322.doi:10.1016/j.npep.2023.102322.Epubaheadofprint.PMID:36702033.
WilkowskaA,SzaachP,CubaaWJ.GutMicrobiotainDepression:AFocusonKetamine.FrontBehavNeurosci.2021Jun23;15:693362.doi:10.3389/fnbeh.2021.693362.PMID:34248517;PMCID:PMC8261217.
ParkLT,ZarateCAJr.DepressioninthePrimaryCareSetting.NEnglJMed.2019Feb7;380(6):559-568.doi:10.1056/NEJMcp1712493.PMID:30726688;PMCID:PMC6727965.
王凯新,董晓梦,苏毅鹏,等.肠道菌群与抑郁症关系的研究进展[J].吉林大学学报：医学版,2022(004):048.
XuJ,ChenHB,LiSL.UnderstandingtheMolecularMechanismsoftheInterplayBetweenHerbalMedicinesandGutMicrobiota.MedResRev.2017Sep;37(5):1140-1185.doi:10.1002/med.21431.Epub2017Jan4.PMID:28052344.
AshrafH,SalehiA,SousaniM,SharifiMH.UseofComplementaryAlternativeMedicineandtheAssociatedFactorsamongPatientswithDepression.EvidBasedComplementAlternatMed.2021Mar26;2021:6626394.doi:10.1155/2021/6626394.PMID:33854557;PMCID:PMC8019377.
BarandouziZA,StarkweatherAR,HendersonWA,GyamfiA,CongXS.AlteredCompositionofGutMicrobiotainDepression:ASystematicReview.FrontPsychiatry.2020Jun10;11:541.doi:10.3389/fpsyt.2020.00541.PMID:32587537;PMCID:PMC7299157.
ZhaoY,LuanH,GaoH,WuX,ZhangY,LiR.GegenQinliandecoctionmaintainscolonicmucosalhomeostasisinacute/chroniculcerativecolitisviabidirectionallymodulatingdysregulatedNotchsignaling.Phytomedicine.2020Mar;68:153182.doi:10.1016/j.phymed.2020.153182.Epub2020Feb7.PMID:32065953.
袁霞红,刘林.肠道菌群调节抑郁症机制及中医药防治研究进展[J].中华中医药学刊,2022,40(9):4.
AktarR,ParkarN,StentzR,BaumardL,ParkerA,GoldsonA,BrionA,CardingS,BlackshawA,PeirisM.HumanresidentgutmicrobeBacteroidesthetaiotaomicronregulatescolonicneuronalinnervationandneurogenicfunction.GutMicrobes.2020Nov1;11(6):1745-1757.doi:10.1080/19490976.2020.1766936.Epub2020Jun9.PMID:32515657;PMCID:PMC7524364.
DinanTG,CryanJF.Gutmicrobesanddepression:StillwaitingforGodot.BrainBehavImmun.2019Jul;79:1-2.doi:10.1016/j.bbi.2019.02.007.Epub2019Feb13.PMID:30771453.
丁书凝,贾心如,阮善明,等.中医思辨体系中肠道菌群的共性分析和诊疗应用[J].时珍国医国药,2022(007):033.
在过去的几十年里，肥胖患病率的持续快速增长。成为了许多国家的主要医疗保健问题，尤其是在2019年新冠状病毒时代以来。
肥胖是包括心血管疾病在内的一系列疾病不断扩大的风险因素。2型糖尿病、慢性肾病、非酒精性脂肪肝病,负重过大导致的关节炎，甚至许多癌症都与肥胖有关。
肥胖的定义
肥胖定义为身体脂肪过度积累到可能对健康产生不利影响的程度。
一般使用体重指数（BMI；体重（千克）除以身高（米）的平方）进行评估。
我国规定的BMI正常范围在18.5-23.9之间，24-27.9为超重，超过28则为肥胖。
肥胖不是单纯的体重增加，而是体内脂肪组织积蓄过剩的状态。肥胖是指一定程度的明显超重与脂肪层过厚，是体内脂肪，尤其是甘油三酯积聚过多而导致的一种状态。
主要原因是由于能量摄入过多或机体代谢的改变而导致体内脂肪积聚过多造成体重过度增长并引起人体病理、生理改变或潜伏。
引起肥胖的因素
肥胖是一个多因素问题，不仅限于饮食或缺乏运动的原因，还包括遗传、环境和心理社会因素，这些因素通过能量摄入和消耗的生理介质起作用。
肠道微生物组是这些环境因素之一；大约20年前，在小鼠研究中已经确定了脂肪储存和肠道微生物组之间的联系。粪便微生物群移植研究提供了更切实的证据。
让人们更好地了解肥胖以及其发病机制，在此基础上提出一些预防和治疗肥胖的建议，使人们拥有更健康的生活。
本文主要从以下几个方面讲述
●肠道微生物对肥胖发病机制的影响
●菌群代谢物对肥胖的影响
●健康与肥胖人群中的细菌比例
●肥胖与肠道微生物的研究分类
●微生物多样性与人体健康有关
●肥胖与肠道微生物的未来研究方向
●预防和治疗肥胖的一些建议
学术专业用词缩写
PRR—模式识别受体
NOD2—核苷酸结合寡聚化结构域2
FXR—法尼醇X受体
TLR5—TOLL样受体5重组蛋白CDI—复发性艰难梭菌感染
BSH—胆盐水解酶
GLP1—胰高血糖素样肽-1
GPR—G蛋白偶联受体
01
肠道微生物对肥胖发病机制的影响
研究肥胖的发病机制，有助于我们更好地了解肥胖，并以此制定相应的治疗方案。实验研究发现肠道微生物对肥胖的发病机制存在一定的影响。
许多研究已经确定了肠道微生物群与宿主免疫系统之间的关联。其中一个发现是肥胖与肠道微生物引起的慢性低度炎症有关。
革兰氏阴性菌中的脂多糖易引起炎症
脂多糖(LPS)是革兰氏阴性菌外膜的一种特有成分，由脂质和多糖构成，似乎会引起小鼠的低度炎症。
在这里列举了一些常见的革兰氏阴性菌：
大肠杆菌、变形杆菌、痢疾杆菌
肺炎杆菌、布氏杆菌
需要注意的是，大部分革兰氏阴性菌对人体都有害
在一项人体研究中进行了类似的观察，其中能量摄入与内毒素血症和伴随的炎症有关。
事实上，与健康对照组相比，在患有2型糖尿病的受试者中，革兰氏阴性菌的数量明显更多。
脂多糖通过脂多糖分化受体14(CD14)和辅助受体toll样受体(TLR4）引起炎症，这反过来又导致脂肪细胞产生的促炎细胞因子增加。
●饮食在脂多糖中起重要作用
果胶可抑制脂多糖诱导的单核细胞或树突状细胞中的TLR4活化，而果糖或高脂肪饮食导致含有脂多糖的变形菌增加，瘦素信号与饱腹感和能量平衡紊乱有关，因此失调。
在此列举了一些高果糖高脂食物：
1.蜂蜜和市面上一些甜的饮料果糖含量较高；
2.淀粉类：经油炸加工的馅饼、油条、葱油饼、油糕等食物中，含有大量脂肪与糖分；
2、肉类：用糖汁、糖煎、糖烧的方法进行烹调的红烧肉、炸鸡等，也为高糖高脂食物；
3、奶油制品食物：如奶油蛋糕、奶茶、泡芙等甜品，主要原材料为淀粉与黄油等物质，所以也有较高的糖分与脂肪。
同时还表明，分泌型脂蛋白脂肪酶（LPL）抑制剂血管生成素样蛋白4（一种禁食诱导的脂肪因子）可被微生物群抑制，进而导致分泌型脂蛋白脂肪酶活性增加和白色脂肪组织中的脂肪储存。
肽聚糖影响体内平衡
另一个例子是肽聚糖，它是细菌细胞壁的一种成分，对人体内平衡很重要。
核苷酸结合寡聚化结构域2(NOD2)是肽聚糖的产物，是一种位于上皮细胞和免疫细胞内的胞质，能够感知胞壁酰二肽。
这种胞质对于病原体入侵和几种炎症性疾病期间的免疫反应至关重要，从而调节粘膜细菌定植。
//一些关于NOD2的研究案例
NOD2缺乏的小鼠在高脂饮食期间显示出脂肪组织、肝脏炎症和胰岛素抵抗增加。因此经常用于糖尿病研究。
在具有功能性NOD2受体的肥胖小鼠中，胞壁酰二肽识别显示可减少脂肪炎症和胰岛素抵抗，而不会减轻体重或改变肠道微生物群组成。
上述案例在一定程度上可以说明NOD2对于减轻肥胖和肠道微生物群稳定具有一定作用。
Toll样蛋白受体影响免疫
——Toll样受体5（TLR5）重组蛋白是免疫系统的关键成分，还是单体鞭毛蛋白的传感器，可以检测细菌感染并启动宿主抗菌的防卫反应。
//关于TLR5影响免疫在小鼠中的研究
与野生型无菌小鼠相比，TLR5缺陷小鼠的胰岛素抵抗和肥胖水平增加。肠道微生物群从这些TLR5缺陷小鼠转移到野生型无菌小鼠也导致这些野生型小鼠代谢综合征的相似特征转移。
一项调查缺乏TLR5受体的小鼠的研究，观察到鞭毛蛋白特异性免疫球蛋白的丢失导致鞭毛细菌增加，包括许多变形杆菌，以及粘膜屏障破坏和炎症增加。
肠道微生物影响宿主免疫的推定机制
LevinE,etal.TherapAdvGastroenterol.2022
部分肠道微生物群的鞭毛蛋白和脂多糖可以与toll样受体重组蛋白结合，而细胞内NOD2感知肽聚糖。几种短链脂肪酸的产生可以与GPR41和GPR43（2种特异性短链脂肪酸受体）结合，导致PYY（肽YY（一种新的胃肠道激素，具有抑制胃肠运动和胃酸分泌等作用））和GLP-1（胰高血糖素样肽-1）的表达增加。
胆汁酸激活TGR5和FXR（一种胆汁酸的受体）），影响脂质和葡萄糖代谢。脂肪酸，如HYA，调节TNFR2，参与上皮屏障恢复。吲哚通过GLP-1调节和AHR的激活以及与PXR的结合影响宿主。
事实上，与瘦的人相比，肥胖的人往往有的粪便鞭毛蛋白、更少的粪便抗鞭毛蛋白IgA和更高水平的慢性肠道炎症。
02
菌群代谢物对肥胖的影响
短链脂肪酸(SCFA)主要是微生物厌氧发酵的衍生终产物，对宿主具有多种影响。它是一组少于六个碳的羧酸，包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。这些短链脂肪酸及其比例在几种不同的组织中具有多种有益的作用。
短链脂肪酸有利于肠道环境的稳态
这些受体在多种细胞上表达，包括肠上皮细胞、脂肪细胞、肠内分泌L细胞、先天免疫细胞和体细胞感觉神经节的神经元。
短链脂肪酸会影响饱腹感
短链脂肪酸参与L细胞产生的肽YY和胰高血糖素样肽1(GLP1)激素的调节。这两种激素都调节神经系统的饱腹感，GLP1在葡萄糖刺激的胰岛素敏感性和分泌中也起作用。
饱腹感也由丙酸盐通过激活脂肪细胞中的游离脂肪酸受体3(FFAR3)来控制，因为这些脂肪细胞会产生瘦素。微生物衍生的丁酸盐和丙酸盐都会诱导肠道糖异生，进而诱导对葡萄糖和能量稳态的有益影响。
短链脂肪酸促进能量消耗
研究显示丁酸盐通过游离脂肪酸受体2(FFAR2)的活化刺激棕色脂肪组织的活化，从而显著促进能量消耗。并且脂肪积累被丁酸盐诱导的白色脂肪组织中的游离脂肪酸受体2活化抑制。最后，丁酸盐通过降低肠屏障的通透性来减少上皮细胞中的细菌易位。
在肠道内，短链脂肪酸的产生通过各种中间体发生。不同的物种，在产生这些中间体和最终产物的每个步骤中使用不同的酶，都参与了这个过程。
●2型糖尿病中产丁酸盐菌丰度较低
在2型糖尿病中，许多研究看到的一个共同趋势是，糖尿病患者的丁酸盐生产者（如Roseburia和Faecalibacterium）的丰度低于对照组，这可能取决于饮食。
在肥胖症中也可能如此，短链脂肪酸的过量生产可能会导致更高的能量可用性和摄入量。
胆汁酸是胆汁的重要成分，在脂肪代谢中起着重要作用。胆汁酸主要存在于肠肝循环系统并通过再循环起一定的保护作用。
初级胆汁酸通过两种途径在肝细胞中产生：
产生大部分胆汁酸的经典途径是由细胞色素P450中的胆固醇7α-羟化酶启动的。
替代途径由细胞色素P450中的27α-羟化酶启动。
注：细胞色素P450——一个很大的可自身氧化的亚铁血红素蛋白家族，属于单氧酶的一类，因其在450纳米有特异吸收峰而得名。它参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。
7α-羟化酶和27α-羟化酶都属于细胞色素P450中的成员。
胆汁酸的作用途径
产生的初级胆汁酸是胆酸、鹅去氧胆酸和猪胆酸。这些初级胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合。餐后，这些结合物被分泌到胆汁中并释放以促进膳食脂肪的溶解和吸收。
此后，肠道微生物群使用胆盐水解酶（BSHs）去结合初级胆汁酸。
Bifidobacteriumspp.,Lactobacillusspp.,Enterococcusspp.和Methanobrevibacterspp.，这些细菌中都含有这些胆盐水解酶。
接下来，这些去结合的初级胆汁酸随后被转化为次级胆汁酸。
注：这是通过肠道微生物群的脱氨基作用和7α-羟化酶的脱羟基化来完成的。
在最后阶段，胆汁酸被回肠远端吸收，完成肠肝循环。产生的次级胆汁酸是脱氧胆酸和石胆酸。这些胆汁酸参与调节能量消耗，以及炎症和葡萄糖代谢和脂质代谢。
不同胆汁酸具有不同的作用
不同的胆汁酸对各种肠道受体具有不同的亲和力，例如与膜结合的蛋白偶联受体(TGR)以及法尼醇X受体(FXR)。
注：TGR5—是一种G蛋白偶联受体,不仅是胆汁酸的受体，也是多种选择性合成激动剂的受体。
法尼醇X受体（FXR）：一种胆汁酸受体，被特定胆汁酸代谢物激活后发挥转录因子作用，参与调控胆汁酸的合成和肠肝循环，影响机体的糖脂代谢。
在小鼠中，已经表明肠道菌群通过FXR受体促进饮食诱导的肥胖。
在脂肪组织中，脂肪细胞分化受FXR通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ活性，进而调节脂肪酸储存和葡萄糖代谢。
在棕色脂肪组织中，能量消耗因胆汁酸与TGR5结合而增加，随后产生的环磷酸腺苷会增加参与能量稳态的甲状腺激素活化。
在巨噬细胞中，胆汁酸激活TGR5会导致抗炎反应，因为抑制了NF-κb通路和NLRP3依赖性炎症小体活性。FXR和TGR5受体都存在于相似的细胞中，例如胰岛β细胞和肠内分泌L细胞。
在胰岛β细胞中，正向调节合成和葡萄糖诱导的胰岛素分泌。在肠内分泌L细胞中，观察到相反的效果。FXR的激活导致GLP-1分泌的抑制，而TGR5的激活诱导GLP-1的分泌。
饮食会影响胆汁酸的含量
几项研究已经将特定的肠道微生物群改变以及胆汁酸成分的改变与肥胖联系起来，同时考虑到饮食的类型。
与富含精制谷物的饮食相比，富含全谷物的饮食导致血浆胆汁酸含量显著增加，包括牛磺鹅去氧胆酸、甘胆酸和牛磺石胆酸。
与杂食动物相比，纯素食者的粪便胆汁酸含量也显著降低。当杂食动物的饮食中膳食纤维增加时，观察到粪便胆汁酸显著减少。
//研究证明高脂饮食胆汁酸水平升高
在小鼠中，高脂饮食引起的肥胖导致粪便中脱氧胆酸水平升高。此外，高脂肪饮食略微增加总胆汁酸池，特别是增加肝脏和血浆中的脱氧胆酸和牛磺脱氧胆酸水平。
Blautia↑↑↑
Coprococcus↑↑↑
Intestinimonas↑↑↑
Lactococcus↑↑↑
Roseburia↑↑↑
Ruminococcus↑↑↑
事实上，从小鼠盲肠中分离出的L.johnsonii被发现表达产生胆盐水解酶的基因，这些基因专门针对牛磺-β-鼠胆酸，提供了肠道微生物群变化与调节法尼醇X受体和胆盐水解酶基因表达之间的机制联系。
然而，与其他产生类似胆盐水解酶的肠道微生物相比，乳酸杆菌对法尼醇X受体拮抗剂浓度的贡献仍不清楚。
一项调查肥胖受试者的研究发现，该组的非12-OH胆汁酸比例降低。在同一项研究中，高脂饮食抗肥胖小鼠的这些非12-OH胆汁酸水平升高。
在高脂饮食易肥胖的小鼠中，这些胆汁酸减少并与肠道微生物群的改变有关。在这里，梭状芽孢杆菌减少的很明显，肥胖与肠道微生物群通过胆汁酸池的大小和组成有关，但在单个细菌、特定胆汁酸剖面和肥胖表型之间还没有明确的联系。
因此，还需要进行更多的研究，以将肥胖与胆汁酸谱和胆汁酸池大小与特定细菌组成谱联系起来。
脂肪酸
除了产生胆汁酸外，一些细菌，包括Lactobacilli和Bifidobacteria，还通过多不饱和脂肪酸的饱和代谢产生代谢物。这会产生中间脂肪酸，如羟基、氧代、共轭和部分饱和反式脂肪酸。
结果表明，与无菌小鼠相比，无特定病原体小鼠的羟基脂肪酸水平要高得多，这表明肠道微生物组的脂质代谢会影响宿主体内的脂肪酸组成，因此会影响宿主的健康。
增强抗炎能力，促进屏障恢复
此外，共轭脂肪酸组中的一些脂肪酸对健康有益。体外对树突状细胞的实验表明，共轭亚油酸的异构体抑制脂多糖诱导的白细胞介素12产生并增强抗炎细胞因子白细胞介素10的产生。
一个例子是10-hydroxy-cis-12-octadecenoicacid（HYA），因为它部分调节肿瘤坏死因子受体2(TNFR2)，从而促进上皮屏障恢复作用。
保护宿主，减少肥胖
另一项研究展示了HYA如何通过G蛋白偶联受体40（GRP40）和G蛋白偶联受体120(GRP120)分泌胰高血糖素样肽-1来减轻高脂饮食诱导的小鼠肥胖。
此外，他们还证实了几种乳酸杆菌属，如
Lactobacillussalivarius和
Lactobacillusgasseri，能够产生相似水平的HYA，保护宿主免受高脂饮食引起的肥胖。
吲哚
吲哚是吡咯与苯并联的化合物，细菌产生吲哚对人体健康具有重要意义。
饮食类型影响吲哚的产生
吲哚是通过降解肠中芳香族氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸的分解代谢产生的。因此，肠道吲哚水平取决于饮食类型。
富含蛋白质的饮食会促进吲哚的产生。然而，富含糖的饮食可能会降低吲哚合成，因为过度消耗糖可能会导致小肠饱和，从而导致更多剩余的糖进入大肠。
由于碳水化合物发酵优于蛋白水解活性，因此抑制色氨酸酶活性导致吲哚合成速率降低。吲哚通过以下途径影响宿主代谢L细胞对GLP-1分泌的调节，表明在2型糖尿病等代谢疾病中发挥作用。
2型糖尿病会影响吲哚水平
事实上，一项研究发现较高的血浆吲哚丙酸水平与降低患2型糖尿病的风险之间存在关联。
另一项研究发现，与瘦对照相比，患有2型糖尿病的肥胖受试者的吲哚丙酸水平降低。吲哚丙酸显示通过与孕烷X受体结合并随后下调肿瘤坏死因子α来调节炎症。
吲哚具有抗肥胖等特性
研究显示吲哚丙酸可降低饮食诱导的肥胖小鼠的肠道通透性。吲哚丙酸也被证明在小鼠中具有抗肥胖活性。
在肠道中，色氨酸可以被肠道菌群用作底物来产生吲哚，但也可以被宿主代谢。在低度肠道炎症（肥胖的一种慢性症状）期间，巨噬细胞中的吲哚胺2,3-双加氧酶活性增加，导致犬尿氨酸的产生水平升高，从而将生产从微生物衍生的吲哚转移。
注：吲哚胺2,3-双加氧酶是人体内色氨酸代谢中的关键酶,可通过介导色氨酸耗竭及其代谢产物调节机体抗肿瘤免疫。
与正常饮食的小鼠相比，高脂肪饮食的小鼠显示出吲哚胺2,3-双加氧酶活性增加。然而，与高脂饮食的野生型小鼠相比，在这种酶被敲低的小鼠中观察到胰岛素耐受性有所改善。
微生物衍生的吲哚，如吲哚乙酸激活芳烃受体，但犬尿氨酸抑制其激活。微生物衍生的吲哚乙酸进一步限制了巨噬细胞中脂肪酸的积累和炎症标志物的产生。
谷氨酸
除了吲哚，谷氨酸也可以影响人体。
根据对肥胖和瘦受试者的队列进行的全基因组关联分析显示，谷氨酸盐具有潜在危害。
拟杆菌的在高脂饮食中的研究
03
健康与肥胖人群中的细菌比例
有研究发现，健康人群和肥胖人群中的拟杆菌门和厚壁菌门比例存在不同。但是将健康受试者与肥胖受试者用拟杆菌与厚壁菌的比例区分开来的一个有争议的话题。
支持的证据
一项研究调查了遗传易感肥胖小鼠及其接受相同多糖饮食的正常野生型同胞的盲肠微生物群之间的差异。
在肥胖小鼠中，拟杆菌数量减少，而厚壁菌的相对丰度较高。一年后，在比较肥胖和正常时发现了类似的结果。
反对的证据
然而，同一组在比较正常人和肥胖人双胞胎时观察到了有争议的结果。然而，此处观察到拟杆菌显著减少，与厚壁菌没有关联。
鉴于人类肠道中这两个门所代表的目、科、属的物种众多，这些门水平上相互矛盾的肠道微生物群结果并不令人惊讶。
另一方面，厚壁菌门是如此广泛，以至于说某个菌属于厚壁菌门，但是不同菌的功能差别很大。
此外，这些门中分类上不同的细菌具有截然不同的属性。拟杆菌门中最重要的例子是普氏杆菌属和拟杆菌属，它们往往相互排斥。当比较多个研究时，将每个门的细菌汇集在一起时，预计会出现相互矛盾的结果。
因此，目前还不鼓励使用拟杆菌与厚壁菌的比例来区分健康人群与肥胖人群。我们在检测实践中也发现部分肥胖人群拟杆菌比例较高。
Prevotella与Bacteroides的比例
在引入肠型后，在拟杆菌门内做出了更合适的区分，即Prevotella和Bacteroides的比率。
与Bacteroides相比，Prevotella个体在食用左旋肉碱时血浆氧化三甲胺浓度较高。
以Prevotella为主的肠道微生物群往往与素食主义或非工业化的富含膳食纤维的饮食有关。这些例子可以在非洲、南美洲或者东南亚狩猎采集者或农村人口进行的几项研究中找到。
Prevotella与Bacteroides更利于减肥
研究很好地说明了饮食和环境导致的从普氏杆菌向更为拟杆菌主导的肠道微生物群的转变，来自泰国农村的人移民到了美国。不出所料，这种转变也伴随着体重的增加。
关于减肥方案，这一比例很重要，因为普氏杆菌与拟杆菌比例较高的受试者在膳食纤维含量较高的情况下更容易减肥。
研究发现，给予辣椒素时，拟杆菌量较多的受试者体重减轻更多，在此强调了个性化营养的必要性。
04
肥胖与肠道微生物的研究分类
为了更好更有条理地研究肥胖与肠道微生物之间的关系，需要将微生物进行研究分类。
大多数关于肥胖与肠道微生物群之间关系的研究通常将个体分类群与病理生理途径联系起来，以建立与肥胖的联系。
影响微生物的因素
细菌并不存在于真空中，所以它们的生长速度以及它们能够进行的代谢活动取决于外部环境因素。
这些外部因素包括pH、胆汁酸和底物可用性。所有这些反过来又取决于微生物组分本身；这意味着一种细菌的功能受其周围所有其他细菌的影响。
更直接地说，各种细菌种类依赖于其他细菌种类为它们提供中间底物（其他细菌的废物），并且反过来，依赖于将消耗其自身废物（发酵产物）的其他细菌，以使其从中获得能量的生化转化在能量上有利。
同一物种的不同菌株可能存在很大差异
通常使用不同的分类水平（门/科/属/种）来归因特定的特征和关联，而物种的功能甚至在同一属内，甚至是目前被认为属于不同菌株的细菌。相同的物种，可以有很大的不同。
因此，旨在通过查看更高的分类级别来限制分类组数量的降维策略通常应该优选地限制在类属级别。
同一物种的不同菌株可能具有也可能不具有归因于它们的特定功能，正如在碳水化合物活性酶中观察到的那样。如果高度相似的基因存在于多种细菌中，则可能还会出现冲突模式。
微生物成员分组
——由于上述个体分类群分析的缺陷使得难以找到特定于健康结果的具有生物学意义的模式，因此创造了两个不同的术语来将个体微生物组成员分组。
微生物“聚类”
应用了“guild”这个术语，这在宏观生态学中已经众所周知。它包括“以类似方式利用同一类环境资源的一组物种”，后来成为“功能组”的同义词。
通过构建基于微生物丰度协变的共丰度组，给出了一个框架，以更生态有意义的方式解开肠道微生物组与人类健康之间的关系。这将克服目前对基于分类单元的分析和以基因为中心的分析存在问题的各种缺点。
营养网络
05
微生物多样性与人体健康有关
α多样性与疾病状态有关
——在区分肥胖受试者和健康受试者时，一个常见的观察结果是他们平均较低的α-多样性。
α多样性是什么？
多样性本身不仅仅是健康的指标，因为多种高丰度的病原体持续存在一般不会让肠道感觉“幸福”。
相反，更高的α多样性应该被视为存在发育良好和扩展的微生物营养网络，它们共同导致发酵能力的提高。
低α多样性下的肠道微生物
富含拟杆菌的微生物群倾向于具有较低的α-多样性值、较简单的营养网络，并且更容易下降。
这种低α-多样性组合物通常富含诸如肠杆菌科、梭杆菌属、链球菌属、瘤胃球菌属和各种拟杆菌属物种的物种。
这种益生菌组合物在肠型方面与拟杆菌2肠型最为相似，最终会是肥胖和2型糖尿病的危险因素。
营养网络被破坏导致α多样性减低
研究表明营养网络的彻底破坏以及由此导致的α-多样性、基因丰富度和肠道发酵能力的极大降低。
调查了（抗生素治疗）危重儿童的肠道微生物群、粪便短链脂肪酸和胆汁酸谱。由于缺乏代谢和发酵能力，这些儿童的初级胆汁酸与次级胆汁酸的比例较高，但短链脂肪酸的产量极低，而碳水化合物发酵的中间产物，如乳酸盐和琥珀酸盐与健康对照儿童相比含量增加。
后一项发现，加上剩余的未发酵糖组分、较高水平的未接触蛋白质和更松散的粪便，突出了肠道中剩余的发酵仍然处于糖分解阶段。
Christensenellaceae营养网络
与肥胖受试者相比，体重指数正常的健康受试者的Christensenellaceae水平更高。
Christensenellaceae和寄主BMI之间的关联被认为是最稳健的关联之一。在无菌小鼠体内移植来自人类供体的富含菊苣科植物的粪便可减少肥胖。在富含瘤胃球菌科或厚壁菌的肠型的人中，Christensenellaceae通常很丰富。
如上所述，不应将Christensenellaceae视为一个独特的独立实体，因为它始终与其他细菌和古细菌形成营养网络。
Christensenellaceae与古细菌的关联
Christensenellaceae与一种古细菌——Methanobrevibactersmithii的关联可能是这一营养网络最典型的部分。
M.smithii从微小梭菌产生的氢气中产生甲烷。如果这种营养网络与低BMI之间存在因果关系，则仍然相当不确定。
鉴于α-多样性、瘦弱性和Christensenellaceae细菌营养网络之间的紧密联系，未来将继续从机制上研究这种联系。还应注意的是，该营养网络对于短链脂肪酸生产的重要性尚未确定。
Prevotellastercorea营养网络
另一个营养网络，通常在工业化国家的人们中代表性不足，是Prevotellastercorea营养网络，它可以被视为Prevotella肠型组成中的一个重要因素。
肠道Prevotella的特征
肠道普雷沃氏菌是一个完美的例子来展示微生物“聚类”和营养网络之间的区别。
当在分层聚集的热图中可视化时，P.copri和P.stercorea营养网络中的物种聚集在一起。然而，这种共同发生主要是由于粪便中的Prevotella（包括P.copri、P.stercorea和其他许多普氏杆菌属）和Bacteroides/Phocaeicola.之间的强烈拮抗作用。
P.copri和P.stercorea营养网络在同一环境中表现良好（Bacteroides贫乏），但P.copri的高丰度完全独立于P.stercorea营养网络发展，这可以通过跟踪儿童在前3个年的肠道微生物群成熟情况看出多年生活在一个每个人都会发展出富含Prevotella的肠道微生物群的环境中。
06
肥胖与肠道微生物的未来研究方向
粪菌移植
定义
粪菌移植，是将粪便从瘦供体转移到受体。也称为“人类肠道微生物群转移”、“粪便移植”和“粪便细菌疗法”。
粪菌移植的作用
粪菌移植已被证明是比抗生素更有效的复发性艰难梭菌感染(CDI)治疗方法。然而，与肥胖不同，从病理学的角度来看，CDI是一种相对简单的疾病，其中肠道微生物群的因果关系是明确的。
在一项对患有胰岛素抵抗的肥胖受试者进行的粪菌移植试验中。受试者接受自己的粪便（自体）或瘦供者粪便（同种异体）。短期内在接受瘦供体粪菌移植的受试者中观察到对胰岛素敏感性的有益影响。
进一步研究表明基线肠道菌群有利于粪菌移植的成功。在这里，当接受同种异体粪菌移植时，在α-多样性降低的受试者中，粪菌移植成功率更高。
总的来说，与那些肠道微生物组组成尚未严重恶化的受试者相比，那些α-多样性较低的受试者有更大的改进空间。
其他影响粪菌移植的因素
一项研究，其中包括几个调查不同疾病的粪菌移植队列，显示生态变量（如低α-多样性）与临床变量（如抗生素治疗和灌洗）一起在植入成功中发挥作用。
他们进一步表明，通过合并供体样本来增加α-多样性预计不会增加供体菌株的植入，这表明合并供体样本在功能上并不等同于单个高α-多样性供体样本。
验证细菌植入的生物学工具
最近开发了几种工具来帮助解开粪菌移植中肠道微生物组与肥胖之间的关系。
为了验证来自瘦供体的菌株是否已移植到受体中，需要进行菌株跟踪分析。比较了七种不同的生物信息学工具，用于在数据集上进行应变跟踪。
如果合适，然后将高α多样性供体的粪便转移到肥胖的接受者身上，这可能会减轻低度炎症。在粪菌移植之后，使用菌株追踪在接受者的粪便中追踪肠道微生物群基因组中特定位置的特定SNP的供体菌株验证。
在这里，观察到概率工具在宏基因组测序数据上表现最好。然而，随着最近开发的两种新的应变跟踪工具，这一技术领域仍在快速发展。
其中一个工具是基于物种特异性标记基因中的单核苷酸变体跟踪菌株，另一个是先前发布和改进的进一步构建工具，应用应变跟踪方法。
此外，肠道微生物群组成的变化在治疗后持续26周。本研究结合了多个供体的粪便，并表明一些供体具有用于移植的高效微生物群，这意味着供体粪便的组成和整个营养网络的转移，而不是添加单个分类群的重要作用。
07
预防和治疗肥胖的建议
预防肥胖
——鉴于肥胖症如此普遍，并且考虑到治疗的难度，预防尤为重要。
为预防超重和肥胖，人们应该根据自己的营养需求进食和饮水，定期锻炼，定期检查体重。
少吃高热量食物
就营养而言，他们应该少吃高能量密度的食物，多吃低能量密度的食物。由于水分或纤维含量高而能量密度低的食物，如全麦制品、水果和蔬菜，相对来说更能饱腹，能量含量也较低。地中海饮食有助于预防超重和肥胖。
还应减少酒精、快餐和含糖饮料的消费。快餐通常含有高比例的脂肪和糖，因此能量很高。不仅是加糖的饮料，还有果汁和果汁饮料，含糖量也很高。
避免久坐或不活动
经常坐着看电视或上网和类似活动的不活跃生活方式会促进体重增加。在日常活动和休闲活动中进行锻炼具有预防作用。这个目标最好通过每周2小时以上的以耐力为重点的体育锻炼（使用大肌肉群）来实现。
肥胖的治疗方法
饮食疗法
为了减轻体重，目标应该是遵循减量饮食，这将产生约500kcal/天的热量缺口，或在个别情况下更多。
每天500至600kcal的能量缺口将使体重减轻，以约0.5kg/周的速度发生，持续12周最多24周。
低碳水化合物饮食在开始时会比其他饮食导致更剧烈的体重减轻，但一年后就看不到差异了。过去几年的几项大型研究表明，常量营养素组成（脂肪、碳水化合物和蛋白质的比例）与减肥无关。各种减脂饮食可在1至2年内减掉约4公斤。个人经验、知识和资源比营养关系更重要。
益生菌帮助减肥
已经证明几种益生菌，单独使用或以共生混合物的形式使用，能够通过物种和菌株特异性机制（例如，肠道微生物群调节、降低胰岛素抵抗、更强的饱腹感）来治疗肥胖。
更具体地说，乳酸杆菌和双歧杆菌物种由于其低致病性和低水平的抗生素耐药性而已成功用于成熟的肥胖动物模型。
益生菌对减肥作用的一些实验
AbenavoliL,etal.Nutrients.2019
与安慰剂组相比，这些治疗导致不同程度的体重增加减少和脂肪累积减少。
所以在一些时候，我们可以利用例如乳酸杆菌等益生菌来帮助我们减肥。
增加运动
有效的减肥需要>150分钟/周的运动，能量消耗率为1200至1800kcal/周。单独的力量训练对于减轻体重作用不大。
应该向超重和肥胖的人解释运动的健康益处（代谢、心血管和社会心理），无论体重减轻如何，这些益处都会产生。即使在肥胖个体中，增加运动的健康价值也不仅仅体现在体重减轻上。
行为矫正干预
在团体或个人中，基于行为方法的干预应成为减重计划的一部分。
干预的主要目的是改变营养和运动方面的生活方式，并且可以由合格的非心理治疗师进行。如果伴随超重或肥胖的症状更严重，精神科医生或心理治疗师应参与患者管理，并应支持患者进行饮食治疗和锻炼。
08
结语
肥胖和肠道微生物群以多种方式交织在一起。饮食的类型及其数量会影响能量的可用性并因此影响肥胖，但也会强烈影响肠道微生物组，这反过来又可以放大饮食的致肥胖特性，或另一方面提供各种保护性益处。
许多微生物衍生的代谢物，包括短链脂肪酸、胆汁酸、吲哚和其他氨基酸，对健康同样至关重要。过量或缺乏这些，或者更具体地说，在任何这些方式中改变的整体组成，都可能是致肥胖的。
通过本文更好地了解肥胖以及其发病机制与微生物组之间的关系，有助于在日后的生活中更好地应对肥胖，使人人都有一个健康的身体。
vanderVossenEWJ,deGoffauMC,LevinE,NieuwdorpM.Recentinsightsintotheroleofmicrobiomeinthepathogenesisofobesity.TherapAdvGastroenterol.2022Aug9;15:17562848221115320.doi:10.1177/17562848221115320.PMID:35967920;PMCID:PMC9373125.
Canfora,EE,Meex,RCR,Venema,K,etal.Gutmicrobialmetabolitesinobesity,NAFLDandT2DM.NatRevEndocrinol2019;15:261–273.
AbenavoliL,ScarpelliniE,ColicaC,BoccutoL,SalehiB,Sharifi-RadJ,AielloV,RomanoB,DeLorenzoA,IzzoAA,CapassoR.GutMicrobiotaandObesity:ARoleforProbiotics.Nutrients.2019Nov7;11(11):2690.doi:10.3390/nu11112690.PMID:31703257;PMCID:PMC6893459.
GBD2015ObesityCollaborators.Healtheffectsofoverweightandobesityin195countriesover25Years.NEnglJMed2017;377:13–27.
Chauhan,S,Jena,KK,Mehto,S,etal.Innateimmunityandinflammophagy:balancingthedefenceandimmunehomeostasis.FEBSJ.Epubaheadofprint26November2021.
Beukema,M,Faas,MM,deVos,P.Theeffectsofdifferentdietaryfiberpectinstructuresonthegastrointestinalimmunebarrier:impactviagutmicrobiotaanddirecteffectsonimmunecells.ExpMolMed2020;52(9):1364–1376.
中风是一种常见的脑血管疾病，是一个重大的健康问题，每年影响全球超过1500万人。大约70%的中风是由脑缺血引起的，称为缺血性中风。它通常是由阻塞大脑血管的血凝块引起的。
缺血性中风一般有以下症状：
中风后，高达50%的患者会出现胃肠道并发症，包括便秘、吞咽困难、胃肠道出血和大便失禁等问题，胃肠道并发症会影响患者治疗效果不佳。
多项研究证实，中风患者存在肠道菌群失调。
肠道菌群可以调节疾病和健康之间的平衡，因为它们有可能产生各种代谢物（如，短链脂肪酸、胆汁酸、维生素、氨基酸和氧化三甲胺）。这些代谢物可能参与调节宿主的生理功能。其中氧化三甲胺增强血小板反应性和血栓形成可能性，这可能是缺血性中风的潜在致病因素。
肠道菌群——中风的关键参与者
然而之前的研究较少说明，短链脂肪酸对缺血性中风有保护作用。短链脂肪酸是肠道微生物发酵膳食纤维的最终产物，它的存在加深了微生物与宿主之间的联系。
根据最近的研究，通过移植富含短链脂肪酸的粪便微生物群，缺血性中风的恢复得到了有效改善。短链脂肪酸可能作为肠道菌群和大脑之间的媒介，参与调节缺血性中风的预后。
FangZ,etal.,CellMolNeurobiol.2022
本文主要介绍关于缺血性中风和肠道菌群之间关系的研究，概述了短链脂肪酸作为它们之间桥梁的作用及其潜在机制，讨论了短链脂肪酸介导的治疗措施，如饮食、膳食补充剂(益生菌和益生元)、粪菌移植和药物治疗缺血性脑损伤的有益效果。
随着临床证据的不断增加，肠道菌群可能是中风的一个关键易感因素。
↓↓↓发现中风与肠道菌群关联的研究：
最早的一项横断面研究报告说，与健康、无症状的对照组相比，中风患者的条件致病菌更多。这种生态失调与中风的严重程度有关。
分析粪便中的有机酸浓度发现，中风患者的乙酸浓度显着降低，而戊酸浓度显着升高。然而，中风患者的总有机酸浓度降低。
这些研究表明：
中风会影响肠道微生物的多样性，并导致微生物代谢物发生相应的变化。
↓↓↓进一步研究表明：中风患者的产短链脂肪酸菌及短链脂肪酸水平都较低
在大脑中动脉闭塞期间，小鼠的短链脂肪酸水平较低，尤其是丁酸盐。
↓↓↓然而事情没有这么简单。出现矛盾的是：
一项临床研究发现，在缺血性中风中，随着个体产生短链脂肪酸的增加，肠道菌群的调节异常。但由于没有相应地测量短链脂肪酸水平，因此无法确定这种失调是否会导致粪便短链脂肪酸水平发生实质性变化。
此外，肠杆菌科（条件致病菌）的扩张也是中风患者肠道菌群失调的主要表现之一，但肠杆菌科也能产生乙酸盐。
因此，中风患者短链脂肪酸低，可能不仅仅是由产短链脂肪酸菌的减少引起的，可能部分原因是不同菌群的协同效应。
↓↓肠道菌群与中风风险关联的研究：高风险人群条件致病菌多，产丁酸盐菌少
一项横断面研究评估了肠道菌群与中风风险之间的关联，发现中风高风险人群肠道中条件致病菌（例如肠杆菌科和韦荣氏菌科）的比例显着高于低风险人群。此外，产丁酸盐细菌的消耗和粪便丁酸盐水平低是中风风险增加的潜在因素。
中风后认知障碍：梭杆菌↑肠杆菌科↑
另一项研究发现，与中风后非认知障碍组相比，PSCI组的肠杆菌科细菌增多。这些革兰氏阴性病原体可能会促进神经系统的炎症变化。此外，患有其他中风后共病精神障碍（如抑郁症和情感障碍）的患者的肠道菌群也可能发生相应的变化。
中风后吞咽困难：管饲易引发胃肠道不良反应
大约65%的中风患者表现出吞咽困难。为了降低中风后吞咽困难导致吸入性肺炎和营养不良的风险，经常使用管饲代替口服食物。
然而，最近的一项研究表明，当吞咽改善，恢复最初的口服摄入量时，中风患者的肠道菌群发生了变化。这可能是因为与肠内营养相比，口服食物的膳食纤维含量更高。
为什么中风患者表现出对感染的易感性增加（肺炎和尿路感染等）？
——肠道通透性增加、细菌易位
在中风后感染的患者中检测到的大多数微生物是通常存在于肠道中的常见共生细菌，这可能与中风后肠道通透性增加以及共生细菌的易位和传播有关。值得一提的是，肠道菌群组分的改变可能会增加菌血症并改变宿主的免疫反应。
——产丁酸菌减少
此外，在一项前瞻性病例对照研究中，在中风患者住院24小时内，产丁酸的细菌很少，这可能会增加中风后感染的风险。
尽管肠道菌群和短链脂肪酸可能对大多数中风后并发症有显著影响，但迄今为止尚未对其潜在机制和治疗应用进行研究。
肠道菌群失调具体通过什么与中风产生关联？
随着临床证据的增加，中风引起的肠道菌群失调已逐渐被解开。然而，这种微生物失调可能是由肠道菌群-肠-脑轴中持续积累的“自上而下”信号引起的，而不是突然发作。
中风中的自下而上和自上而下的信号
BattagliniD,etal.,FrontNeurol.2020
脑缺血会导致自主神经系统或HPA轴的紊乱，增加肠道通透性并改变肠道微环境。例如，条件致病菌积累，内毒素水平增加，产生短链脂肪酸的细菌耗尽，短链脂肪酸水平下降。反过来，这种改变会加剧中风或脑损伤并影响患者预后。
一般来说，微生物产生的短链脂肪酸可能与肠道菌群-肠-脑轴一起参与中风的病理生理学，短链脂肪酸影响中风的潜在机制将在后面章节讨论。
在缺血再灌注损伤和永久性缺血的情况下，神经炎症是中风进一步进展的关键因素。
炎症过程始于血管内。当缺氧发生时，活性氧（ROS）产生过多，从而激活补体、血小板和内皮细胞。内皮细胞中的氧化应激（ROS）会降低NO的生物利用度，从而间接影响血小板活性。
在脑缺血期间，未刺激的T细胞可能通过IFN-γ和ROS促进组织损伤。γδT细胞被小胶质细胞和巨噬细胞释放的IL-23激活，产生细胞毒性细胞因子IL-17，参与急性缺血性脑损伤。
然而，小胶质细胞和巨噬细胞也能促进Treg的成熟，分泌抗炎因子IL-10，抑制Th1和Th2反应，介导神经保护作用。
在健康条件下，调节性T细胞（Treg）和效应性T细胞处于动态平衡状态。而在缺血性中风中，这种平衡受到干扰。
中风后诱导的炎症反应可增加血脑屏障的通透性和脑水肿，扩大脑梗死面积，进一步加重缺血性脑损伤。
因此，研究人员继续测试免疫调节策略在中风患者中的治疗潜力。
肠道微生物群可能参与了中风的免疫调节。最近对啮齿类动物的两项研究表明，中风后的微生物群失调会导致效应T细胞（γδT细胞）从肠道迁移到大脑外的脑膜，从而加剧缺血性脑损伤。
总体而言，肠道菌群可以调节宿主免疫系统，从而改善缺血性脑损伤。
对肠道菌群介导的免疫机制的研究仍处于起步阶段。然而，在这一复杂现象的背后，存在着通过生产短链脂肪酸的可能性。
在了解短链脂肪酸在中风中发挥作用之前，我们先来看下，短链脂肪酸是如何参与宿主免疫系统发挥作用。
丁酸盐：研究最多的是丁酸盐，具有抗炎作用。
丙酸盐：会引起炎症，但丙酸盐的这些数据可能仍有一定争议，组织特异性可能是一种解释。
乙酸盐：可以通过抑制炎症信号通路来减轻炎症反应。
短链脂肪酸在免疫和炎症中的作用
YaoY,etal.,CritRevFoodSciNutr.2022
在肠道上皮细胞中，短链脂肪酸可通过被动扩散和转运进入肠道组织。转运蛋白包括MCT1、MCT4、SMCT1和SMCT2。此外，短链脂肪酸还能激活肠上皮细胞中的G蛋白偶联受体(GPRs)，引起一系列下游反应。短链脂肪酸可以调节许多免疫细胞的活动，参与宿主免疫系统的调节。
短链脂肪酸调节炎症的机制
↓↓↓粪菌移植研究：是什么改善中风小鼠脑损伤并提高存活率？
一项关于小鼠粪菌移植的研究发现，通过灌胃改变年轻中风小鼠（2-3个月）的微生物群，使其与老年小鼠（18-20个月）的微生物群相似，会增加死亡率和全身炎症反应。
相比之下，用年轻小鼠的肠道菌群对老年小鼠进行定植可以改善脑损伤并提高存活率。
老年小鼠的粪便短链脂肪酸水平和拟杆菌与厚壁菌的比率（B:F）显著低于年轻小鼠。
↓↓↓进一步研究：短链脂肪酸对缺血性中风具有保护作用
研究人员将富含短链脂肪酸的粪便微生物群移植到中风小鼠体内，可以减少神经功能缺损，消除脑水肿，减少梗死体积。有趣的是，通过直接灌胃补充丁酸盐也可获得类似的有益效果。因此，短链脂肪酸可能是影响中风恢复的关键代谢物。
↓↓↓进一步研究：微生物源性短链脂肪酸影响中风的潜在机制是什么？
Sadler等人提供了第一个证据，他们通过向中风小鼠的饮用水中添加短链脂肪酸来增加其循环短链脂肪酸浓度。
这种方法可以改善运动功能并调节中风后突触可塑性，但不会影响原发性脑梗死体积。
更重要的是，在没有淋巴细胞的情况下，即使补充了短链脂肪酸，小胶质细胞的数量和形态也没有显著改变。这表明淋巴细胞可能介导短链脂肪酸对小胶质细胞的调节作用。
另外的研究人员在中风小鼠中更直接地移植了四种产生短链脂肪酸的细菌和菊糖（一种增加产生短链脂肪酸的益生元）。研究发现，短链脂肪酸可增强肠道完整性，扩张肠道和大脑中的调节细胞（Treg），并减少中风后IL-17+γδT细胞在大脑中的浸润。
尽管小胶质细胞缺乏短链脂肪酸受体，但在小胶质细胞中发现了单羧酸转运蛋白的表达。这可能是一种小胶质细胞调节机制，不涉及短链脂肪酸受体，这需要在未来进一步验证。
★短链脂肪酸参与T细胞的极化和迁移
现有证据表明，T细胞可以通过分泌促炎和抗炎细胞因子来调节M1（促炎）和M2（抗炎）小胶质细胞的平衡。
此外，短链脂肪酸还促进了T细胞在生理条件下分化为效应T细胞，主要是通过增加Treg的数量和功能。有趣的是，在无菌小鼠中进行了中风后菌群再定植，这显著地诱导了Th1和Th17的极化。
另一方面，抗生素治疗导致Treg扩增和Th17细胞减少。因此，有理由怀疑短链脂肪酸参与了由肠道菌群失调诱导的T细胞极化过程。
总之，短链脂肪酸可以诱导T细胞极化，从而影响免疫系统，从而改善缺血性脑损伤。此外，尽管没有直接证据，但短链脂肪酸可能参与T细胞向大脑的迁移。
★短链脂肪酸激活GPCR
GPCR与细胞周围的化学物质结合，包括气体、光敏化合物、激素、趋化因子和神经递质，并激活一系列细胞内信号通路，最终发挥不同的生理作用。
注：G蛋白偶联受体（GPCR）是一类由七个α螺旋组成的膜蛋白受体。
未知配体的两个GPCR（GPR41和GPR43）因与短链脂肪酸结合而改名为游离脂肪酸受体（分别为FFAR3和FFAR2）。
FFAR2更有可能结合较短的脂肪链（如乙酸盐），FFAR3优先结合较长的脂肪链，包括丙酸盐、丁酸盐和戊酸盐。此外，G蛋白偶联受体109A也可被丁酸和β-d-羟基丁酸激活。
短链脂肪酸通过激活肠上皮细胞上的GPR41和GPR43，导致快速丝裂原激活蛋白激酶信号、趋化因子和细胞因子。但到目前为止，只有少数研究探索了短链脂肪酸激活GPCR对中风有益作用的机制。
目前的一项研究表明，与乙酸盐和丙酸盐相比，经鼻给予低剂量丁酸钠（7.5mg/kg）可显著减少大脑中动脉阻塞后的梗死体积，改善神经功能。
★短链脂肪酸抑制HDAC活性
组蛋白脱乙酰酶（HDAC）是一类修饰和调节染色体结构和基因表达的蛋白酶。在细胞核中，组蛋白乙酰化和组蛋白去乙酰化处于动态平衡，并由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶共同调节。
研究表明，细胞内短链脂肪酸可以抑制HDAC活性，并且丁酸盐相对于其他短链脂肪酸具有较强的HDAC抑制作用。相比之下，乙酸盐几乎没有抑制作用。
大多数证明短链脂肪酸介导的HDAC抑制对中风影响的证据来自丁酸钠（SB）的动物研究。例如，在永久性缺血的大鼠模型中，皮下注射丁酸钠（300mg/kg）可减少梗死体积，抑制小胶质细胞激活，并改善大鼠的运动、感觉和反射能力。
此外，研究人员发现SB在体外改变小胶质细胞中组蛋白3-赖氨酸9-乙酰化（H3K9ac，一种由HDAC调节的组蛋白修饰）的基因启动子。已经在小鼠中证实，SB可以通过表观遗传调节减少小胶质细胞介导的神经炎症，H3K9ac水平的上调可能是观察到的效应的一个重要原因。
令人惊讶的是，丁酸钠对脑缺血的改善作用在不同种类的大鼠和不同的给药方式下没有发生质的改变。除了减轻成人中风模型中的脑损伤，SB在新生儿缺氧-缺血中也具有潜在的神经保护作用。
例如，它们通过抑制诱导Treg细胞产生的HDAC，独立于游离脂肪酸受体调节mTOR-S6K通路。短链脂肪酸还上调神经递质和神经营养因子，如神经生长因子（NGF）、胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和脑源性神经营养因子（BDNF）的表达。
总之，短链脂肪酸目前可能通过影响T细胞极化、与FFAR相互作用以及抑制HDAC活性来影响中风预后。
然而，目前还没有研究探索短链脂肪酸在人类中的这些作用机制。在进一步探索短链脂肪酸影响中风的其他机制（免疫途径、内分泌途径和其他体液途径）的同时，研究短链脂肪酸作为调节剂在应用膳食短链脂肪酸补充剂、益生菌/益生元、FMT（恢复肠道微生物组成）的人类中风患者中的有效性和安全性将是未来研究的关键。
现在有大量证据表明，增加膳食纤维摄入可以降低心血管疾病（包括中风）的风险，这种有益的效果可能与循环短链脂肪酸水平的增加有关。
换句话说，增加膳食纤维的摄入可能是预防中风的有效方法之一。适当减少钠摄入量通常会对心血管系统产生有益影响，例如降低血压。此外，循环短链脂肪酸水平的增加可能维持心血管健康。
益生菌和益生元对宿主健康的益处已得到广泛研究和明确界定。益生菌中乳酸杆菌、丁酸梭菌Clostridiumbutyricum、地衣芽孢杆菌对中风的有益作用已在啮齿动物模型中得到证实。
最近一项针对肥胖女性的研究显示，在摄入益生菌混合物（菊粉和低聚果糖的混合物）长达三个月后，产丁酸菌显著富集。有趣的是，功能型大麦可以增加丁酸产生菌的数量，并增加肠道中的丁酸水平。
乳果糖（由果糖和半乳糖组成）是一种常见的益生元，在结肠中被肠道菌群转化为低分子量有机酸，并通过保持水分软化大便，常用于治疗中风后便秘。尽管乳果糖不是一种典型的益生元，但体外研究发现，它可以剂量依赖性地增加肠道中短链脂肪酸的水平（每天5克乳果糖，持续5天，可以产生完全的益生元效应）。
一项研究发现，乳果糖（20g/kg）干预6周后，小鼠的肠道和血清短链脂肪酸水平发生改变。有趣的是，最近的一项研究发现，补充乳果糖可改善中风的功能预后，并降低中风后的炎症反应。
为了更好地利用益生菌和益生元之间的协同作用，创建了产品“合生元”，它是活性微生物（益生菌）和基质（益生元）的混合物。
一项实验研究发现菊糖和产短链脂肪酸菌之间有协同作用；与单独使用菊糖或单独使用产短链脂肪酸的菌相比，使用产短链脂肪酸菌和菊糖可改善中风后小鼠的神经功能缺损评分和行为结果。
FMT可能是未来改善中风的潜在选择。然而，现有证据仍然很少，通过动物研究观察到的比较结果：移植富含短链脂肪酸的粪便微生物群可以改善中风后的脑损伤。
为了更好地阐明FMT在缺血性中风中的作用，有必要进一步扩大对小鼠FMT的研究，以探索有利于脑损伤恢复的肠道微生物群组成，并评估其安全性。在阐明FMT的潜在益处后，开始将其转化为人体试验。
除了可以影响肠道菌群和短链脂肪酸的抗生素，中风患者常用的药物阿托伐他汀可以逆转微生物组成，增加粪便丁酸水平，并增强中风患者的肠道屏障功能。这表明肠道微生物群和短链脂肪酸可能参与阿托伐他汀的抗炎作用。然而，其他常用于治疗中风的药物（如抗血小板和抗高血压药物）是否也发挥类似作用仍有待研究。
白藜芦醇是一种潜在的HDAC抑制剂，可增加产短链脂肪酸菌的数量。此外，白藜芦醇和丙戊酸钠（一种结构类似于丁酸盐的短链脂肪酸）的联合使用，减轻了缺血性中风的脑损伤。
关于白藜芦醇，详见：如何调节肠道菌群？常见天然物质、益生菌、益生元的介绍
总的来说，药物会引起肠道菌群的改变。这种改变对中风的发展是有益的还是有害的，对中风的预后是重要的还是无关紧要的，都需要根据药物的类型进行进一步的探索和发现。
本文讨论了有关短链脂肪酸作为肠道菌群和缺血性中风之间桥梁，是如何影响中风的，通过机制的阐明，发现它们可以通过调节饮食、饮食补充、FMT等干预措施，调节缺血性中风的预后。
虽然短链脂肪酸和缺血性中风之间的联系在动物研究中逐渐得到巩固，但人类研究并没有同步进行。需要进一步扩大研究，以探索特定肠道菌群或短链脂肪酸的长期益处，并随后扩大转化为人体试验。
短链脂肪酸作为缺血性中风的潜在调节剂，为缺血性中风的菌群靶向治疗开辟了新的可能性。
FangZ,ChenM,QianJ,WangC,ZhangJ.TheBridgeBetweenIschemicStrokeandGutMicrobes:Short-ChainFattyAcids.CellMolNeurobiol.2022Mar28.doi:10.1007/s10571-022-01209-4.Epubaheadofprint.PMID:35347532.
BattagliniD,Pimentel-CoelhoPM,RobbaC,etal.GutMicrobiotainAcuteIschemicStroke:FromPathophysiologytoTherapeuticImplications.FrontNeurol.2020;11:598.Published2020Jun25.doi:10.3389/fneur.2020.00598
PlutaR,JanuszewskiS,CzuczwarSJ.TheRoleofGutMicrobiotainanIschemicStroke.IntJMolSci.2021Jan18;22(2):915.doi:10.3390/ijms22020915.PMID:33477609;PMCID:PMC7831313.
ZengX,GaoX,PengY,etal.HigherRiskofStrokeIsCorrelatedWithIncreasedOpportunisticPathogenLoadandReducedLevelsofButyrate-ProducingBacteriaintheGut.FrontCellInfectMicrobiol.2019;9:4.Published2019Feb4.doi:10.3389/fcimb.2019.00004
我们知道肠道菌群代谢产生短链脂肪酸，丁酸是短链脂肪酸之一，它支持消化系统健康和疾病预防，地位不容小觑。
丁酸作为一种有效的调节因子，是宿主-微生物串扰的关键介体。本文整理了丁酸盐的特性，探讨其健康益处及改善健康的潜力。
肠道菌群消化膳食纤维，并将它们转化为多种有机化合物，这些化合物对人体健康有益，包括氨基酸、短链脂肪酸等。内源性丁酸主要是肠道内产丁酸细菌利用糖类发酵产生一类短链脂肪酸。
1、为肠道细胞提供燃料
厚壁菌属的成员以产生丁酸盐而闻名，像Roseburia，Faecalibacteriumprausnitzii，直肠真杆菌E.rectale等。
这种关系是相互的。丁酸盐为结肠细胞提供燃料，作为回报，这些细胞有助于提供一个无氧环境，有益的肠道微生物在其中茁壮成长。这可以控制炎症，保持肠道细胞健康，并使肠道细菌保持健康。
2、促进肠道运动
丁酸盐还可以穿过上皮屏障，通过连接胃肠道、脾脏和肝脏的肝门静脉进入循环。肝脏似乎是内脏产生的SCFA的主要库，它们可能通过β-氧化代谢，用于合成酮体或转化为AcCoA。
短链脂肪酸转运体的表达受到短链脂肪酸存在的调控，未在结肠中代谢的短链脂肪酸通过门静脉进入肝脏，作为肝细胞的能量底物，因此在体循环中只留下极少的丁酸。
实验室研究表明，丁酸盐通过作为SCFA受体的配体和激活剂，诱导肠道激素肽YY24或介导肠嗜铬细胞释放5-羟色胺来促进肠道运动。
★增强电解质吸收
丁酸盐通过上调Na+-H+交换器和诱导ATPase离子交换器基因来增强水和电解质的吸收。并且可能有益于预防某些类型的腹泻。
3、激活AMPK
丁酸盐激活AMPK(AMP-activatedproteinkinase,AMPK)。AMPK的作用是促进细胞内的平衡。它在我们的新陈代谢功能中也扮演着重要的角色。一些科学家把减肥归功于AMPK的激活。
在有和没有NAFLD的小鼠中，当AMPK被激活时，肝脏中的脂肪水平下降，也就是说，新的脂肪产生减慢，现有的脂肪被代谢。此外，在喂食高脂肪食物的小鼠中当AMPK被激活时，小鼠的体重增加和肥胖缓解，肝脏炎症的迹象也更少。
AMPK对食欲调节至关重要。它在减肥方面也有重要作用。
反过来，来自器官的颗粒和毒素不会渗透导致肠漏的问题。因此，丁酸盐可以帮助修复肠道内壁。
4、抗氧化能力
丁酸盐保护细胞免受有害物质的侵害，以维持肠道健康。
说起抗氧化，我们先了解一下自由基。它基本上是体内化学反应产生的废物。另一方面，抗氧化剂是身体抵御它们的防御措施。大量自由基会造成损害并压倒身体的修复系统。我们称之为氧化应激。氧化应激被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。
丁酸增加谷胱甘肽，可以中和自由基
结肠或大肠是身体产生的废物的储存容器。较高的丁酸盐水平已被证明会增加谷胱甘肽的水平，谷胱甘肽是一种在人体细胞中产生的抗氧化剂，可以中和肠道中的自由基（自由基与炎症和许多疾病有关）。
5、防止肠漏
肠道内壁需要丁酸盐来保持健康和正常运作。
肠道内壁是肠道屏障。它促进绒毛的生长，微小的手指状挤压物排列在肠道内，并增加粘蛋白的产生，粘蛋白是一种覆盖肠道内部的凝胶状物质。它选择性地让维生素和矿物质等物质离开肠道，进入血液，并到达需要它们的地方。同样，它可以阻止毒素、病原体和食物化合物进入血液。
当屏障健康时，称为紧密连接的小孔会放松，让水和营养物质通过。
一些习惯，比如频繁吃零食，会阻止这些紧密连接在两餐之间的关闭，因此细菌和不需要的物质会进入血液，于是肠漏就发生了。
肠道微生物从膳食纤维中产生的丁酸盐提供了肠道内壁细胞所需的燃料。通过这样做，它可以保持肠道内壁的完整性，防止发生肠漏。
6、抗炎、抗癌特性
丁酸盐对肠道具有抗炎和抗癌功能。
丁酸盐会阻止体内的一些促炎物质发挥作用。丁酸盐的抗炎作用可减少氧化应激并控制自由基造成的损害。
丁酸盐的抗炎特性，部分原因是其抑制转录因子核因子-κB(NF-κB)的激活，通过下调NF-κB信号通路，丁酸盐可以调节促炎细胞因子的产生。
丁酸盐对免疫功能的调节作用
前面我们知道，丁酸盐通过直接诱导上皮中的紧密连接蛋白来增强肠粘膜屏障。此外，丁酸盐诱导ILC3细胞分泌IL-22进一步增强了这种作用。通过与GPCR43和41的相互作用，丁酸抑制中性粒细胞的促炎细胞因子分泌。丁酸通过GPCR直接作用于巨噬细胞和树突状细胞，并通过增加Foxp3T细胞调节T细胞功能，同时抑制产生IFN-的T细胞。丁酸增加5-羟色胺的产生，也是HDAC的抑制剂。它通过这些途径调节B细胞功能，增加抗炎细胞因子IL-10，同时降低IL-17。丁酸盐通过增加B细胞的IgA和IgG抗体反应，增强特异性免疫和抑制自身免疫。
抗炎->抗癌
丁酸盐也是一种组蛋白脱乙酰酶（HDAC）抑制剂。组蛋白脱乙酰酶是大多数癌症中产生的酶。因为丁酸盐是一种抑制剂，它实际上会改变基因表达，抑制细胞增殖，诱导细胞分化或凋亡。因此，它可以阻止癌细胞的发展。
炎症性肠病
炎症性肠病（IBD）是一种慢性肠道炎症性疾病，有两种主要亚型：克罗恩病和溃疡性结肠炎。
虽然IBD的确切发病机制尚不完全清楚，但IBD涉及遗传、肠道微生物群和粘膜免疫等多种影响因素之间的复杂相互作用，包括先天性和适应性免疫反应。
据报道，在这两种IBD亚型中，产生丁酸的肠道微生物减少。丁酸对肠道防御机制具有多阶段调节作用，包括通过促进肠上皮中的紧密连接蛋白保护肠粘膜屏障，支持先天性和适应性免疫反应，以及通过降低环氧合酶-2（COX-2）水平抑制氧化应激，并通过诱导过氧化氢酶，改善过氧化氢（H2O2）的解毒作用。
肠粘膜溃疡是IBD的主要表现之一，丁酸对肠上皮细胞生长和细胞死亡过程的影响已被充分证明。
母乳通过丁酸保护宝宝的抗炎环境
据报道，母乳喂养等早期接触对IBD的发展和发病机制具有保护作用。母乳通过其代谢物丁酸诱导紧密连接蛋白和粘液产生基因的表达，从而诱导新生儿胃肠道的抗炎环境。
在肠炎症的体外共培养模型中，丁酸已被证明可调节促炎症信号并抑制几种核苷酸结合寡聚化结构域样受体-3（NLRP3）炎症体标记物。
丁酸盐结合其他疗法
一项研究报告称，当IL-1β被其他IBD疗法（如5-ASA）抑制时，丁酸盐显著降低IL-8分泌，从而降低IL-8介导的趋化性，突出了单独丁酸盐不一致临床反应背后的机制，以及丁酸盐与IBD其他治疗方式相结合的可能性。
通过添加产丁酸菌改善屏障完整性
通过添加产丁酸菌（prausnitzii杆菌、白痢丁酸球菌和六种丁酸产生菌的混合物）来增加克罗恩病患者的微生物群中的产丁酸菌，从而改善体外上皮屏障完整性。
丁酸治疗潜力
丁酸盐显示出更一致有效性的一个领域是转移性结肠炎，这是一种术后表现，当结肠的一部分失去连续性时，丁酸盐消耗被认为是导致炎症的主要因素。虽然手术治疗或结肠再连接或切除转移是一种更确切的治疗方法，但在考虑医疗管理时，丁酸灌肠已被证明具有治疗价值。
癌症
丁酸盐使肠道环境保持稳定，并且是膳食纤维对某些癌症的保护作用的一部分。
肠癌，是西方世界的主要健康负担，主要归咎于饮食。膳食纤维含量低的饮食会影响肠道中的细菌。结肠细胞需要丁酸盐作为能量，如果它们没有能量，就无法工作。
低膳食纤维->丁酸盐↓->肠癌
结直肠癌
据报道，结直肠癌患者包括丁酸盐在内的短链脂肪酸水平较低。
丁酸盐对肠上皮细胞的增殖具有双面作用，一方面支持健康细胞处于稳态，但另一方面抑制癌症诱导的过度增殖。丁酸钠已被证明以p-53非依赖性途径诱导人结肠癌细胞系凋亡。丁酸盐还可以防止氧化应激和DNA损伤。
据报道，丁酸盐还通过多种途径具有癌症保护作用，包括抑制神经纤毛蛋白-1（NRP-1）、抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、差异调节Wnt-β-连环蛋白信号通路、上调microRNAmiR-203和促进细胞凋亡，和促增殖miR-92a的抑制。
由于饮食模式在结直肠癌发病中的作用已得到充分证实，大多数人体试验研究了通过改变膳食纤维摄入量进行干预的方法，并报告了结直肠癌复发风险的降低。
越来越多的证据表明饮食、肠道微生物群和代谢紊乱之间存在复杂的相互作用。
★肥胖
对人类的研究表明，肥胖和瘦人群的肠道细菌存在差异，微生物多样性的减少与胰岛素抵抗和血脂异常有关。
包括丁酸盐在内的SCFA可通过激活肠细胞内的FFAR来降低食欲和体重。这促进胰高血糖素样肽1（GLP-1）和肽YY（PYY）的释放，前者促进胰岛素分泌并抑制胰高血糖素分泌，后者降低食欲并减缓胃排空。
SCFA还能减少所谓的“饥饿激素”——ghrelin的分泌；FFAR2存在于ghrelin分泌细胞上，包括乙酸盐和丙酸盐在内的FFAR2激动剂可减少ghrelin分泌。
也有证据表明短链脂肪酸作用于交感神经系统，交感神经节中FFAR3的激活导致能量消耗增加。
然而，关于丁酸盐对食物摄入的影响，有相互矛盾的结果报道。
食物摄入量减少->抗肥胖
有研究发现，丁酸盐在9天内使喂食HFD的小鼠的食物摄入量减少了22%。这与直接服用丁酸后GLP-1和PYY分泌增加有关。FFAR3基因敲除小鼠减少了丁酸刺激的GLP-1分泌，尽管丁酸减少了体重增加和食物摄入的程度与野生型小鼠相似，这表明FFAR3和GLP-1对于丁酸的抗肥胖作用不是必需的。
另一研究发现类似的结果，在HFD喂养的小鼠中，急性口服(而非静脉注射)丁酸盐在24小时内减少了21%的食物摄入量，而丁酸盐的慢性补充在9周内减少了相似量的摄入量。
在迷走神经切断术后，丁酸盐并没有改变小鼠的食物摄入量，因此作者认为丁酸盐通过肠-脑神经回路诱导饱腹感。这可能与GLP-1有关，因为GLP-1作用于迷走神经。
食物摄入量增加，体重不变->抗肥胖
在小鼠中，丁酸增加棕色脂肪组织（UCP1）和骨骼肌（UCP2和UCP3）中解偶联蛋白、促进热量生成的线粒体蛋白的表达。在丁酸盐处理的小鼠骨骼肌中Ucp2和Ucp3基因的启动子处发现组蛋白乙酰化增加，这表明丁酸盐可能通过HDAC抑制增加解偶联蛋白表达来增加产热，从而增加能量消耗。
★糖尿病
研究发现，糖尿病患者和糖尿病前期受试者中丁酸盐水平降低。
丁酸盐通过多种途径影响糖代谢的调节
AroraT,etal.,FrontEndocrinol(Lausanne).2021
膳食纤维经肠道菌群发酵产生短链脂肪酸，包括丁酸盐。丁酸盐介导的PPAR-γ的激活，诱导β-氧化和氧的消耗，从而促进厌氧条件的建立，这是几种厌氧肠道共生体生长和功能所需的条件。
丁酸在肠内分泌细胞(EEC)中与游离脂肪酸受体(FFAR)FFAR2和FFAR3结合，调节肠道激素释放，如胰高血糖素样肽1(GLP-1)和肽YY(PYY)。
S.C.Bridgemanetal.PharmacologicalResearch，2020
GLP-1增加胰岛素的产生并减少胰腺中胰高血糖素的产生。
PYY会增加肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收。
这些激素共同作用以保持血糖水平稳定。当血糖过高时，胰岛素会告诉身体的肌肉和脂肪细胞吸收多余的葡萄糖，所以说这些激素对肥胖和糖尿病很重要。丁酸盐增加这些肠道激素的释放，表明对控制血糖水平和防止体重增加有潜在的好处。
丁酸还可作为组蛋白去乙酰酶(HDAC)抑制剂，调节EEC和肠上皮细胞的基因表达。残余丁酸被结肠细胞吸收利用后，先排入门静脉循环，再排入外周体循环。在体循环中，丁酸可能调节棕色脂肪组织的产热和胰腺β细胞的功能。
增加丁酸水平的临床研究
一项随机临床研究中，对T2D患者补充混合膳食纤维可改善血糖参数，同时增加产生乙酸和丁酸的细菌丰度，并增加粪便中乙酸和丁酸水平。
在另一项研究中，将产丁酸菌（E.hallii，Clostridiumbeijerinckii，C.butyricum）与其他肠道细菌（A.muciniphila，婴儿双歧杆菌）和菊粉作为可发酵纤维混合，适度增加了T2D患者的丁酸水平，改善了口服葡萄糖耐量和糖化血红蛋白水平。
最后，添加菊粉和丁酸钠胶囊45天可改善T2D个体的空腹血糖和腰臀比。
这些研究清楚地表明，膳食纤维本身或与ngp或丁酸盐联合可以改善T2D的葡萄糖控制。
然而，维持患者依从性的策略和对这些补充剂的长期影响的调查仍然是值得的。此外，显然基线肠道菌群是饮食干预、益生菌注射和微生物移植成功的一个强有力的预测因素，基于微生物群对个体进行T2D分层可能有助于实现更好的代谢结果。
神经系统疾病
除了在肠道中的作用外，丁酸盐还具有支持大脑健康的巨大潜力。
由结肠中的细菌产生的丁酸盐具有一系列生物学功能。这些功能还与神经保护作用有关（有益于大脑和中枢神经系统）。
丁酸盐对宿主生理和脑功能影响的示意图
R.M.Stillingetal./NeurochemistryInternational,2016
由于抑郁症和其他神经精神疾病具有促炎症表型，反之亦然，丁酸盐在这些情况下也可能活跃。重要的是，丁酸盐的抗炎特性也对宿主（大脑）衰老具有根本意义，特别是考虑到许多组织（包括大脑）都会发生炎症衰老的慢性炎症状态。具体而言，丁酸盐通过减少NF-kB信号传导和诱导凋亡，从而促进神经保护，在脑内巨噬细胞（小胶质细胞）中显示出抗炎作用。
因此，丁酸盐会影响大脑健康，而饮食可能是改善疾病结果的一种简单方法。
压力、焦虑、抑郁等情绪都涉及肠道微生物群。
通过饮食提高丁酸盐的产量既简单又风险低。研究发现在加速老化的SAMP8小鼠模型中，长期喂养益生元纤维可改善认知能力下降，并具有抗炎、延缓衰老的作用。
未来有一天，它甚至可能成为脑部疾病的潜在治疗选择。
睡眠
丁酸是一种短链脂肪酸，由肠道细菌通过不易消化的多糖发酵产生。研究人员验证了丁酸可能作为细菌源性促睡眠信号的假设。经口灌胃给予丁酸酯前药三丁酸甘油酯，在治疗后4小时内使小鼠非快速眼动睡眠（NREMS）增加近50%。
类似地，门脉内注射丁酸盐导致大鼠NREMS迅速而强劲地增加。在丁酸盐注射后6小时内，NREMS增加了70%。口服和门静脉注射丁酸盐都会导致体温显著下降。全身皮下或腹腔注射丁酸对睡眠或体温没有任何显著影响。
结果表明，丁酸盐的睡眠诱导作用是由位于肝脏和/或门静脉壁的感觉机制介导的。肝门丁酸盐敏感机制可能在肠道微生物群的睡眠调节中发挥作用。
扩展阅读：睡眠与肠道菌群
社交行为
微生物群可能会影响你的社交行为，虽然听起来可能有点夸张。
简而言之，丁酸盐很臭。
“butyrate”这个词实际上源自拉丁语butyrum，意思是黄油。你可能熟悉牛奶变质或变质黄油的气味，丁酸盐就是那个味儿。丁酸是哺乳动物最强烈的气味之一，人类可以通过嗅觉受体OR51E1检测到它的浓度约为亿分之240。
哺乳动物鼻子对丁酸酯气味敏感的一个合理原因是，丁酸酯是一种仅在厌氧条件下发生的细菌产物，如生物分解、腐败或发酵，也可能产生有害毒素。对丁酸盐高度敏感的另一种非互斥解释可能是其存在于体味中。
因此，它可以作为一种社会线索，携带有关微生物群组成和活动的信息，从而间接承载宿主免疫系统特征，类似于主要组织相容性复合体（MHC）中遗传变异性的公认社会信号功能。
“气味相投”——可能是ta的气味在“撩”你
对包括人类在内的许多脊椎动物的研究表明，MHC基因座的变异影响社会行为，最显著的是配偶选择，但也影响社会群体的合作行为。也有人认为MHC依赖的嗅觉信号并不是携带个体和遗传变异信息的唯一线索，“嗅觉指纹”更为复杂。
化学通讯的发酵假说
一些科学家认为，它也是体味的一个组成部分。我们会使用丁酸盐等有气味的短链脂肪酸来（无意识地）相互交流。
事实上，这些微生物群是由产生挥发性脂肪酸、酯类、醇类和醛类的发酵厚壁菌门细菌主导的，这一事实促使作者提出了“化学通讯的发酵假说”，即共生细菌的变异驱动了物种、性别和个体特定气味的变化，从而促进了社会交流。
在雄性叉角羚（Antilocapraamericana）的耳下气味中也发现了异戊酸和丁酸酯，用于标记其领地。此外，戊酸的潜意识气味已被证明能够引导社会偏好，例如降低人类受试者的面部受欢迎程度。
因此，丁酸盐和其他微生物发酵挥发性产物等短链脂肪酸似乎有可能不仅存在于专门的气味腺中，而且也存在于其他栖息地，如人类的腋窝，可能有助于化学交流，并传递有关微生物群组成的信息，从而也将遗传信息传递给感兴趣的接受者。
除食源性丁酸，动物体内丁酸主要是由盲肠和结肠的厌氧型细菌发酵产生，而由胃和小肠产生的丁酸含量极低。大肠产丁酸的菌种主要是梭菌属XIVa和IV族，以及真杆菌属和梭杆菌属。盲肠和结肠中丁酸的产生速度和数量主要取决于肠道微生物组成、日常膳食中可利用发酵成分组成等。
其中厚壁菌门的成员以其产生丁酸盐的能力而闻名。
在结肠中特别流行的产丁酸的细菌包括：
粪杆菌、直肠真杆菌E.rectale、Roseburia
双歧杆菌等常见益生菌配方中的微生物与丁酸盐生产者之间的交叉喂养相互作用已被证明是可以产丁酸盐的。
在消化道中发现的已知丁酸盐生产者中，大多数似乎属于毛螺菌科和瘤胃球菌科。
Faecalibacteriumprausnitzii(FP)是瘤胃球菌科的一部分，值得特别一提，因为它是消化道中最丰富的微生物之一，也是主要的丁酸盐生产者之一。FP的特征包括通过丁酸盐产生和其他复杂途径的抗微生物活性和抗炎/免疫调节活性。
关于FP菌，详见：肠道核心菌属——普拉梭菌（FaecalibacteriumPrausnitzii），预防炎症的下一代益生菌
Anerostipes、Roseburia和Coprococcus都是属于毛螺菌科，它们也是人类肠道中的主要丁酸盐生产者。
产生丁酸盐的细菌被认为在生命的第一年内定植于宿主，并且在成年时占总细菌群落的20%以上。
然而各种疾病状态都表明产生丁酸盐的肠道细菌相对缺乏。
有趣的是，现如今益生菌补充剂中常用的细菌菌株很多都不是丁酸盐生产者，因为丁酸盐生产者很多是高度厌氧的，这意味着它们在氧气存在的情况下会很快死亡，所以要补充产丁酸菌就比较具有挑战性。
或许我们可以转换个思路来考虑，既然不能直接补充菌，那是不是可以补充产菌的食物呢？
所以哪些食物可以喂养产丁酸菌？
饮食对人体微生物组有显著影响，通过饮食干预可显著改变细菌数量并增加微生物多样性。
富含纤维的饮食对丁酸盐的产生特别有益，因为它可以滋养产生丁酸盐的细菌。
网上还有很多关于如何增加肠道丁酸盐的建议，比如多吃黄油或服用丁酸盐补充剂。然而，补充丁酸盐不一定对肠道有益，因为如果摄入丁酸盐，它会被胃吸收，也就是说它不会到达肠道为其细胞提供燃料。
记住，丁酸盐是微生物群产生的代谢物。
益生元是直接滋养微生物群的食物，包括蔬菜、水果、豆类和全谷物。它们含有膳食纤维，可被肠道细菌发酵成丁酸盐等有机化合物。通过食物增强微生物群是促进消化系统健康和丁酸盐生成的有效且安全的方法。
肠道细菌以膳食纤维为食，而不是动物蛋白。因此，优化丁酸盐产量的最佳方法是通过高纤维饮食。
高蛋白、高脂肪、低碳水化合物的饮食已被证明会破坏微生物组中丁酸盐的产生。在一项研究中，研究人员分析了短期饮食限制碳水化合物摄入量的肥胖参与者的微生物组，从而限制了他们对植物性膳食纤维的消耗。
在低碳水化合物饮食（每天24克）和中等碳水化合物饮食（每天164克）4周后，短链脂肪酸的浓度低于高碳水化合物饮食（每天399克）。具体来说，当碳水化合物摄入量减少时，丁酸盐浓度会降低。同一项研究还发现，厚壁菌门细菌种类Roseburia和E.Rectale的密度与丁酸盐浓度之间存在联系，两者都随着碳水化合物摄入量的减少而降低。
然而，以上所谓的“膳食纤维”并不能完全解决这个问题，为什么呢？
理解以下几点很重要：
1、即使是来自同一物种的细菌菌株，对不同底物的反应也非常不同，甚至是属于同一类碳水化合物的底物。
2、某些细菌能够消化果聚糖，有些则不能。而那些可以消化的里面又有不一样的情况，其中一些能够消化短链的果聚糖，但不能消化更长链菊糖的果聚糖。
3、以上只是细菌消化不同底物能力的一个例子。由于这种变化的存在，不能一概而论。
而我们最需要的，更应该是寻找特定类型的纤维。
一项研究表明，不同类型碳水化合物的SCFA产量（单位：kJ）如下所示：
BourassaMW,etal.,NeurosciLett.2016
在该研究中，低聚果糖（FOS）的类型是洋葱、芦笋和香蕉等食物，而抗性淀粉（RS）则是全谷物和豆类。
另一项研究表明，补充特定猕猴桃中发现的低聚果糖可在4周内使F.prausnitzii菌增加100%。这是一项重大发现，因为目前有大量研究报告，F.prausnitzii的相对缺乏与几种主要肠道疾病有关——最显著的是炎症性肠病、溃疡性结肠炎和克罗恩病。
抗性淀粉2型和3型，哪种更好？
这项研究表明，从生马铃薯和高直链淀粉玉米淀粉以及全谷物中发现的阿拉伯木聚糖中提取的2型抗性淀粉含量高的日粮中丁酸产量显著增加。
在174名健康年轻人的饮食中添加马铃薯抗性淀粉后，丁酸盐产量增加。玉米、菊苣和玉米中的抗性淀粉也进行了测试，但只有当食用土豆中的抗性淀粉时，粪便中的丁酸总量才会显著增加。
此外，鳄梨增加了能够产生短链脂肪酸的微生物数量，以及产生的总短链脂肪酸。
果聚糖（菊粉）
许多研究表明，菊粉可以增加短链脂肪酸的产量，包括丁酸盐。这可能解释了香蕉在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的饮食中如此有效的原因之一。然而，链长较短的果聚糖通常比链长的果聚糖（如菊粉）更容易喂养产丁酸菌。
补充菊粉虽然能够改变宿主的微生物群，但不会增加粪便丁酸水平。尽管这一结果似乎与谷物相反，但许多研究证明了补充菊粉在增加肠道短链脂肪酸生成方面的功效。
也就说，抗性淀粉和果聚糖（短链低聚果糖和长链菊粉）在肠道中发酵时会产生丁酸盐。
对于抗性淀粉，似乎大多数研究都集中在RS2上。然而，在许多情况下，据报道RS3会产生更高水平的丁酸盐，对人类更健康。
抗性淀粉：
煮熟后冷却：土豆、红薯、米饭、意大利面、燕麦、豆类、豆类、全谷物。
原料：青香蕉、马铃薯、马铃薯淀粉、青香蕉粉。
果聚糖：
洋葱、菊苣、香蕉、朝鲜蓟、芦笋、大蒜、韭菜、西兰花、开心果和各种提取物。
由于人与人之间的常驻微生物存在显著差异，并且它们消化某些底物的能力不同，因此比较明智的选择是食用包含多种抗性淀粉和果聚糖的饮食。例如以马铃薯抗性淀粉、燕麦麸皮纤维或车前草种子或短链低聚半乳糖、长链低聚果糖和谷氨酰胺的混合物的形式短期补充，增加丁酸盐水平。
丁酸是不是越多越好？
丁酸并不总是越多越好，低浓度丁酸促进细胞增殖和生长，高浓度丁酸反而抑制细胞增殖和生长，增加肠道的通透性。
胃肠道不同部位对丁酸的耐受阈值也存在一定差异，胃和小肠对丁酸的耐受阈值低，结肠和盲肠耐受阈值高。
添加普通丁酸钠制剂（主要在肠道前端被吸收利用），反而造成肠道炎症、菌群失调。
更有意思的是，轻微炎症或者轻度溃疡部位添加丁酸盐可以促进肠道损伤的修复，在严重溃疡肠道部位添加，不利于溃疡的恢复，甚至加剧整个溃疡。
p.s.进行干预之前需要了解现有肠道丁酸盐的水平状况，可以更好地进行干预治疗前后对比
Tips
如果你正在被一些肠道疾病困扰，需要注意其中几种食物的凝集素含量：土豆、燕麦、豆类、豆类和全谷物。如果你打算吃这些食物，建议先浸泡和加压烹饪，然后从很少量开始。也可以排除生食。
如果你患有自身免疫性疾病，不推荐豆类和大多数全谷物。
此外，许多患有肠道疾病和/或自身免疫性疾病的人难以食用果糖，这可能是果糖不耐受的迹象。症状包括胀气、腹胀等。
肠道菌群健康检测报告——常见问题解析
AroraT,TremaroliV.TherapeuticPotentialofButyrateforTreatmentofType2Diabetes.FrontEndocrinol(Lausanne).2021;12:761834.Published2021Oct19.doi:10.3389/fendo.2021.761834
SiddiquiMT,CresciGAM.TheImmunomodulatoryFunctionsofButyrate.JInflammRes.2021Nov18;14:6025-6041.doi:10.2147/JIR.S300989.PMID:34819742;PMCID:PMC8608412.
BourassaMW,AlimI,BultmanSJ,RatanRR.Butyrate,neuroepigeneticsandthegutmicrobiome:Canahighfiberdietimprovebrainhealth.NeurosciLett.2016;625:56-63.doi:10.1016/j.neulet.2016.02.009
HuLiu,JiWang,TingHe,SageBecker,GuolongZhang,DefaLi,XiMa,Butyrate:ADouble-EdgedSwordforHealth,AdvancesinNutrition,Volume9,Issue1,January2018
BridgemanSC,NorthropW,MeltonPE,EllisonGC,NewsholmeP,MamotteCDS.Butyrategeneratedbygutmicrobiotaanditstherapeuticroleinmetabolicsyndrome.PharmacolRes.2020Oct;160:105174.doi:10.1016/j.phrs.2020.105174.Epub2020Aug27.PMID:32860943.
Rivière,A.,Selak,M.,Lantin,D.,Leroy,F.,&DeVuyst,L.(2016).BifidobacteriaandButyrate-ProducingColonBacteria:ImportanceandStrategiesforTheirStimulationintheHumanGut.Frontiersinmicrobiology,7,979.
LeBlancJG,ChainF,MartínR,Bermúdez-HumaránLG,CourauS,LangellaP.Beneficialeffectsonhostenergymetabolismofshort-chainfattyacidsandvitaminsproducedbycommensalandprobioticbacteria.MicrobCellFact.2017May8;16(1):79.doi:10.1186/s12934-017-0691-z.PMID:28482838;PMCID:PMC5423028.
StillingRM,vandeWouwM,ClarkeG,StantonC,DinanTG,CryanJF.Theneuropharmacologyofbutyrate:Thebreadandbutterofthemicrobiota-gut-brainaxisNeurochemInt.2016Oct;99:110-132.doi:10.1016/j.neuint.2016.06.011.Epub2016Jun23.PMID:27346602.
Szentirmaié,MillicanNS,MassieAR,KapásL.Butyrate,ametaboliteofintestinalbacteria,enhancessleep.SciRep.2019May7;9(1):7035.doi:10.1038/s41598-019-43502-1.PMID:31065013;PMCID:PMC6504874.
特定的代谢型会产生对健康影响的生物活性代谢物。代谢型还可以反映肠道微生物群的组成和代谢状态，并且可能是通过肠道微生物群介导的潜在多酚健康影响的生物标志物。
基于最近的研究成果，本文将综合介绍膳食多酚以及其生物利用转化与肠道菌群的互作对人体健康的影响，为我们如何结合肠道微生物群选择和摄入膳食多酚提供一些视野。
膳食多酚是一组生物活性植物化学物质，主要存在于各种水果、蔬菜、种子、草药和饮料（啤酒、葡萄酒、果汁、咖啡、茶和巧克力）中，少量存在于干豆类和谷物中。食物中，这些化合物具有多种生态作用，从抵御生物和非生物压力因素到界内交流。
基于中心吡喃环的氧化态将黄铜类细分为几个亚类：
类黄酮类黄酮主要是黄烷醇、黄酮、花色素、黄烷酮、黄酮醇和异黄酮
非类黄酮
非黄酮类化合物主要类别是酚酸，可细分为苯甲酸衍生物，例如没食子酸和原儿茶酸，肉桂酸衍生物，包括香豆酸、咖啡酸、阿魏酸。
第二个主要组主要由芪类组成，白藜芦醇是主要代表，以顺式和反式异构形式存在。另一个重要的非黄酮类化合物是由两个苯丙烷单元氧化二聚产生的木脂素。
黄烷酮丰富的食物包括柑橘类水果，如柠檬、葡萄柚和橙子。
异黄酮是主要存在于豆科植物中的生物活性化合物，少量（浓度低于0.1毫克/千克）存在于杏、干枣、醋栗、芒果、李子、新鲜椰子和芝麻，而发现二苯乙烯存在于葡萄、红酒和浆果中。
红葡萄酒中常含有芪，豆制品中常含有异黄酮。亚麻籽和芸苔属蔬菜中含有大量木脂素；其他，如松脂醇、落叶松脂醇通常也存在于许多食物中。
DavinelliS&ScapagniniG.Biofactors.2021
2型糖尿病是一种血糖水平升高(高血糖)的慢性代谢疾病，主要由胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足引起。2型糖尿病全球患病率在不断上升。
截止到2020年，根据美国糖尿病学会评估标准，糖尿病患病率已达到12.8%。其实在我国成年人中，已经有将近一半的人存在血糖异常，未来极有可能发展为2型糖尿病。如果不加干预治疗，会引发许多不良后果。
很多研究表明，肠道菌群在宿主的代谢和疾病状态中起着重要的作用。特别是2型糖尿病，其病因复杂，包括肥胖、慢性低度炎症，受肠道微生物群和微生物代谢产物的调节。
本文将从肠道菌群的角度了解其与2型糖尿病的关系；肠道菌群及其代谢物对葡萄糖代谢、免疫系统的影响；从影响肠道菌群变化的因素来了解各种干预措施，包括药物，饮食，益生菌/益生元，粪菌移植，间接性禁食等方式。
葡萄糖主要通过食用的食物和饮料进入人体。胰腺会产生一种叫做胰岛素的激素，以帮助血液中的葡萄糖进入肌肉、脂肪和肝脏，用作能量。
胰岛素通过血液循环进入不同组织。组织大多数细胞表面有一种结构，叫胰岛素受体。当胰岛素流过时，会附着在胰岛素受体上，就像钥匙打开锁一样，糖可以进入细胞内，细胞获得能量维持正常运作，血液中糖分就会回落到正常水平。
在2型糖尿病患者身上，细胞对胰岛素没有反应，这种情况就叫胰岛素抵抗。胰岛素没有了“钥匙”的作用，不能有效开启细胞上的“锁”，或者“锁”的数量也减少了，由此，糖分就不能进入细胞有效利用，被挡在了细胞外面，只好在血液中积累，血糖就升高了。
刚开始的时候，胰腺会觉得自己使不上力，于是不甘心开始拼命工作，产生更多的胰岛素来克服这种抵抗。
肠道微生物群可以直接或间接地影响人类健康，肠道微生物群失调可能会增加促炎疾病的患病率，如肥胖、炎症性肠病、2型糖尿病、关节炎和癌症。
2型糖尿病人群中个体微生物群的差异
CunninghamALetal.,GutPathog,2021
在2型糖尿病患者普遍具有相对高丰度的特定属：Blautia、Coprococcus、Sporobacter、Abiotrophia、Peptostreptococcus、Parasutterella、Collinsella。
2型糖尿病患者中，产生丁酸菌特别缺乏，特别是梭菌目，包括：
Ruminococcus、Subdoligranulum，Eubacteriumrectale、Faecaliprausnitzii、Roseburiaintestinalis、
Roseburiainulinivorans
2型糖尿病患者中，其他明显较少的菌属有：
拟杆菌属、普雷沃氏菌属、双歧杆菌属
拟杆菌（bacteroides）——重要的基石菌属，存在于人类肠道中，它们与人类具有共生关系。它们有助于分解食物并产生身体所需的营养和能量。然而，当拟杆菌进入到除胃肠区域以外的身体部位，可引起或加剧脓肿等感染。
拟杆菌是革兰氏阴性、不形成孢子、厌氧和杆状细菌，是人类常驻菌群。它们具有外膜、肽聚糖层和细胞质膜。无氧呼吸的主要副产物是乙酸、异戊酸和琥珀酸。
结构——外膜囊泡OMV
拟杆菌的外膜囊泡OMV可能对人类宿主的健康和疾病都有贡献。OMV的水解酶在肠道微生物生态系统中发挥着关键作用。
拟杆菌外膜囊泡(OMV)的结构
HassanZafaretal.,GutMicrobes，2021
利
OMVs的成分有助于分解复杂的多糖、蛋白质和脂质，从而支持其他细菌的生长和维持肠道内稳态。
弊
这些囊泡可以成为致病性载体，长距离储存和运输毒力因子。
代谢特性
拟杆菌参与人体结肠中许多重要的代谢活动，包括碳水化合物的发酵、含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化。大多数肠道细菌是糖酵解的，也就是说它们通过碳水化合物分子的水解获得碳和能量。此外，拟杆菌可以提供一定程度的保护，以免受侵入性病原体的侵害。
儿童肠道
在新生婴儿中，拟杆菌的流行程度取决于出生方式和前五个月饮食类型。在6-12个月间，拟杆菌是最普遍的菌群；其他菌群数量可能在幼年时期增加。
出生方式：拟杆菌在阴道分娩的婴儿的肠道中普遍存在。
饮食：与母乳喂养相比，用配方奶喂养的婴儿中拟杆菌属的百分比较高。
通过16SrRNA测序分析了美国德克萨斯州7-12岁儿童的肠道微生物组，健康儿童中，拟杆菌属平均占近40%.
而在成年人肠道中，普通拟杆菌Bacteroidesvulgatus和溶木聚糖拟杆菌Bacteroidesxylanisolvens比在儿童中更多。
下面我们来看成年人肠道中拟杆菌会怎样变化？受哪些因素影响？
成年人肠道
多种因素会影响成年人肠道中拟杆菌丰度，例如饮食、环境、抗生素的使用等。
饮食模式：
纯素、素食和杂食饮食模式下，拟杆菌丰度不同。
肠道的内部环境作为外部环境和宿主之间的接口，不断受到宿主的消费习惯的挑战。在管腔一侧，微生物能够附着并定植于该空间，而在宿主一侧，胃肠道充当体内免疫细胞的最大隔室。
从解剖学上讲，肠道由不同的部分组成。十二指肠，空肠和回肠代表小肠（SI），它比由结肠和直肠组成的大肠（LI）占据更多的物理空间。与人类相比，啮齿动物的盲肠增大，盲肠囊是连接小肠和大肠的盲端囊。在小鼠中，盲肠充当了共生微生物的大贮藏库，这些微生物参与了无法通过其他方式裂解的纤维的发酵。盲肠在小鼠中的作用很重要，因为它是短链脂肪酸（SCFA）产生的主要途径，去除盲肠会导致胃肠道远端部位炎症的增加。在人类中，该部位微生物的体积远小于小鼠，但该隔室在兼性厌氧发酵中仍起着重要作用。
值得注意的是，共生微生物的组成和丰度在不同的胃肠道区域是不同的，例如，成年小肠中的微生物丰度低（<105个微生物/mL），在结肠中则增加到1012。小肠和大肠具有独特的生理功能。虽然十二指肠和空肠参与消化，营养吸收和运动过程，但大肠具有三个主要功能：吸收水和电解质，产生和吸收维生素以及形成和运输排泄的粪便。肠道不断暴露在食物颗粒和食物抗原，生理或机会性微生物群衍生的代谢产物以及其他免疫调节刺激。胃肠道内的免疫细胞不仅对肠道内的抗原刺激作出反应，而且还显示出扩散到全身的远端器官，表明它们在全系统炎症稳态中的重要性。
微生物无处不在。他们自我组织，在原本无法居住的生态环境中创建了复杂的生态系统，迅速适应了他们的环境。宿主依赖微生物组实现几种基本的共生功能，例如启动免疫系统和生产必需的维生素，以及从食物中获取能量。肠道微生物群（定义为人类体内的微生物分类群）现在被认为是内分泌器官，可产生可在宿主中充当效应子的代谢产物，从而触发局部微环境或远端的靶器官系统（如心脏，肾脏，脉管系统）的反应和大脑。
在过去的几十年中，实验和临床研究表明，先天性和适应性免疫系统的细胞在高血压，靶器官损害和心血管疾病（CVD）的发病机理中起着关键作用。促炎性效应记忆T细胞和T辅助细胞亚型T辅助细胞17（Th17；产生IL-17）和1型辅助细胞（产生IFN-γ）促进高血压和心血管靶器官损伤，而调节性T细胞（Tregs）通常产生大量的抗炎性IL-10可以减轻血管，心脏和肾脏的损害。
细菌可以直接或通过其产生的代谢产物与参与心血管的不同免疫细胞发生反应。例如，分段丝状细菌或Bifidobacteriumadolescentis（青春双歧杆菌）可诱导Th17细胞，而Lactobacillusmurinus（鼠乳杆菌）及其色氨酸代谢产物吲哚3乳酸则可抑制Th17细胞。和SCFA丁酸盐是结肠中Treg的杰出诱导剂。
图肠道微生物与宿主免疫相互作用
这里显示的是免疫细胞，这些细胞在免疫稳态过程中表现出空间动态。
高血压的发病机制涉及多种因素，包括遗传、环境、激素、血液动力学和炎症等。越来越多的证据表明，肠道微生物群在高血压的发生和发病机制中起着重要作用。胃肠道是人体内最大的免疫细胞库，代表着环境和宿主的交汇点。因此，生活方式因素的形成和调节的微生物组，影响着高血压疾病形成和发生的风险。一个被广泛研究的例子是膳食纤维的消耗，能导致短链脂肪酸的产生，并有助于抗炎免疫细胞的扩张，从而防止高血压的进展。饮食干预如禁食也被证明通过微生物群影响高血压。
图血压与肠道菌群的关系
此外，还有几种有价值的啮齿动物高血压模型分析了肠道微生物组和血压的作用。自发性高血压大鼠存在失调，与正常血压WKY（Wistar-Kyoto）对照大鼠的微生物群存在显著差异。自发性高血压大鼠的肠道通透性和菌群失调也可能可通过使用降压药治疗大鼠来补救。
肠道微生物组与高血压之间的联系不是物种特异性的。例如，在小鼠和人类中高盐处理都会减少乳酸杆菌属。值得注意的是，未治疗的高血压患者中盐的适度降低能够降低血压并改善动脉顺应性。改善的临床结果伴随着8种循环SCFA的增加（包括2-甲基丁酸、丁酸、己酸、异戊酸和戊酸）。此外，已证明益生菌乳酸菌处理可通过恢复吲哚3乳酸水平（抑制微生物色氨酸代谢）抑制Th17细胞并减轻盐敏感性高血压。
已显示，Lactobacilluscoryniformis可以改善血管功能和胰岛素敏感性。Lactobacillus（乳杆菌）治疗不仅可以改善心血管疾病，还可以改善实验性自身免疫性疾病的结局。对益生菌对高血压的作用进行调查的随机对照试验的系统评价表明，如果以足够高的剂量使用至少8周，含乳酸杆菌的益生菌是有效的。
在人类中，肠道中的核心微生物群落是稳定的，并且仅在响应诸如肠道感染，整体旅行或药物治疗等主要扰动时才发生变化，从而导致肠道微生物组发生短暂或持续的变化。肠道菌群不仅对某些饮食刺激的比例具有反应性，而且还可能在时空环境中做出反应。
目前，我们对特定饮食变化影响炎症，自身免疫和心血管疾病易感性的确切机制的理解还很模糊。使用经过微生物组组成和功能训练的机器学习算法可提供令人兴奋的机会，以促进更好地预测对营养刺激的反应。
新兴的研究表明，饮食因素（高盐或高纤维）和生活方式干预（盐分限制或热量限制）会影响微生物群落的结构和功能，这对免疫细胞活化和血压具有重要意义。西方人的生活方式通常涉及每天进食几顿主餐，并导致细菌多样性下降，某些食物喂养细菌的过度生长，以及随之而来的其他食物为底物的细菌的抑制。因此，菌群产生的代谢产物发生了转移，从而促进了炎症，最终可能导致肥胖症和动脉粥样硬化等疾病的发展。
从历史上看，餐食通常是新鲜烹制的，但如今，人们更经常食用通常含盐量更高的加工食品。这种生活方式通常会导致较高的盐摄入量而不是医学指南或专家的建议。为减少心脏代谢疾病的风险，通常应节食健康的饮食和运动。大多数建议的重点是将富含饱和脂肪，糖，盐和卡路里但纤维含量低的西方饮食改变为更健康的地中海式阻止高血压饮食方法，以实现最佳营养，平衡和降低盐摄入量，尽管合规性是一个重大挑战。
SCFA是最典型的微生物群代谢产物之一，它是在不易消化的纤维发酵过程中产生的。乙酸，丙酸和丁酸是3种高丰度的SCFA。膳食纤维是由≥3种单体组成的膳食碳水化合物的统称，如非淀粉多糖，抗性淀粉，菊粉，果胶，β-葡聚糖和低聚糖。这些纤维状化合物中的大多数都被拟杆菌、厚壁菌和放线菌门微生物消化。Bifidobacteriumadolescentis,Eubacteriumrectale,Eubacteriumhallii,Faecalibacteriumprausnitzii，Ruminococcusbromii通常在大肠中定居，并具有消化纤维以生产SCFA的酶。
大肠的丙酸和丁酸水平比小肠高约4倍。SCFA在结肠中迅速吸收，而丁酸在很大程度上被用作向结肠上皮细胞提供能量的燃料。肠道SCFAs与门静脉血相比要高得多，而门静脉SCFAs较高，其次是肝脏血液，外周血最少，这表明SCFAs基本上被肝脏吸收。肝中丙酸的摄取是糖异生，脂肪生成的前体，以及蛋白质合成，而乙酸盐进入循环系统并被多个组织代谢，并且是胆固醇合成的底物。
SCFA可以与G蛋白偶联受体Gpr41（G蛋白偶联受体41），Gpr43（小鼠中的G蛋白偶联受体43），Gpr109a（G蛋白偶联受体109A），Olfr558（嗅觉受体558）和Olfr78（嗅觉受体78），也称为FFARs（游离脂肪酸受体）。FFARs存在于各种组织中，包括血管和肾脏，并参与调节丙酸、乙酸和丁酸的血管反应性。
Gpr41和Olfr78似乎都参与了血压的调节，尽管它们似乎促进了相反的作用。Olfr78激活后会诱导肾素分泌。与此相符的是，Gpr41敲除小鼠为高血压，有趣的是，醋酸盐以前曾用于血液透析缓冲液，但由于其降压作用而被大量废弃，这与SCFA在大多数情况下降低血压的观点一致。
纤维本身已被建议在一定程度上塑造微生物组成。
关于血压，纤维的刺激作用增加了SCFA生产者Faecalibacteriumprausnitzii和Eubacteriumrectale以及乳杆菌属的丰度。一项具有里程碑意义的研究表明，与传统上纤维含量高的未加工饮食的非洲儿童相比，食用西方饮食的欧洲儿童SCFA水平显着降低，Firmicutes与Bacteroidetes（F/B）比率高。自该研究以来，高F/B比率通常被用作肠道生态失调的替代指标，虽然也已知一些Firmicutes细菌产生有助于健康微生物组的微生物代谢物。
同样，实验工作通常依赖于F/B比作为疾病标志物。自发性高血压大鼠和易中风的自发性高血压大鼠显示F/B比率增加，这支持了这可以作为肠道生态失调的标志物的概念。
各种实验或临床研究已证明益生元高级纤维或后生SCFA治疗对血压的影响。研究报道丙酸在麻醉小鼠中诱导了急性的剂量依赖性降血压反应，这是由Gpr41介导的。益生元纤维不仅可以预防心血管疾病，而且这些营养素的缺乏可能是导致高血压和心血管疾病的危险因素。还发现在低纤维饮食中添加益生元乙酸盐，丙酸盐或丁酸盐可改善血压并减少靶器官损害。
此外，GF小鼠的粪菌移植表明，与抗性淀粉相比，饮食中的肠道微生物组缺乏抗性淀粉。高纤维情况不仅在血管紧张素II攻击后导致较高的血压，而且还导致了心脏和肾脏损害的发病机制。
在一项小型干预试验中，生物素丁酸酯（600mg/d），益生素菊粉（10g/d）以及这两者的组合均降低了代谢综合征患者的舒张压。在HELIUS队列中，将机器学习算法应用于微生物组数据可确定Roseburiaspp解释对血压的最大绝对影响，甚至在调整混杂因素（包括使用药物）后，丰度也使收缩压降低4.1mmHg。
自发性高血压大鼠的实验工作支持了这一观点，表明实验性高血压会减少结肠丁酸对宿主的吸收。此外，AT1（血管紧张素II型1型）受体阻滞剂坎地沙坦（一种经常用于治疗高血压的药物）已发现自发性高血压大鼠可以增加乳杆菌的丰度和粪便SCFA水平，改善肠道完整性并降低血压。
坎地沙坦治疗改善了重度肥胖受试者肠道中丁酸生成基因的缺失。总之，在HELIUS队列中，基于肠道微生物群组成的机器学习模型分别解释了收缩压和舒张压变异性的4.4%和4.3%。
高纤维摄入量和增加的SCFA浓度也被证明可以保护中枢神经系统。值得注意的是，多发性硬化症患者可以从丙酸盐治疗中获益。短期丙酸盐治疗导致显着和持续的富集功能正常的Tregs，同时1型辅助细胞和Th17细胞同时消耗。此外，补充SCFA或高纤维摄入对类风湿性关节炎（一种关节慢性炎症性疾病）的预后有积极影响。丙酸酯可增加骨量，并且发现SCFA通过增加Treg的数量刺激骨形成。
从机制上讲，SCFA可以影响不同的免疫细胞群。例如，发现丙酸和丁酸处理后中性粒细胞产生的炎性细胞因子较少。丁酸还可以减少氧化应激和吞噬能力。
SCFA通过减少树突状细胞成熟并抑制CD4和CD8T细胞增殖来调节炎症过程。与乙酸盐相反，丁酸盐或丙酸盐通过HDAC（组蛋白脱乙酰基酶）抑制作用影响骨髓前体细胞的树突状细胞成熟。此外，丁酸可促使M1巨噬细胞分泌更少的炎性细胞因子，增加抗炎细胞因子IL-10的分泌。
SCFAs还引起人单核细胞和T细胞中抗炎标记的表达。例如，丁酸抑制金黄色葡萄球菌刺激的人单核细胞中IL-12的产生并增强IL-10的分泌。
最近，研究证明了丙酸会降低Th17细胞分化的速率。还发现丁酸盐还通过Gpr43增加1型辅助细胞分化细胞中IL-10的分泌，由SCFA驱动的IL-10诱导激活STAT3（信号转导子和转录激活子3）和mTOR（雷帕霉素的机械靶标），从而上调转录因子B淋巴细胞诱导的表达成熟蛋白。
此外，SCFA最深入研究的特性之一是它们在诱导抗炎Treg中的作用。丁酸和丙酸可增加鼠和人Treg的分化并增强其抑制能力。除丁酸外，丙酸（而非乙酸）通过HDAC诱导外周新生Treg细胞形成。值得注意的是，Clostridia（梭菌）是共生微生物的主要类别，它介导了诱导性结肠Tregs，这与Clostridiumbutyricum（酪酸梭状芽胞杆菌）诱导Tregs并减少Th17细胞从而减轻实验性自身免疫的症状的发现是一致的。
越来越多的证据表明，禁食是控制代谢性疾病和炎性疾病的有效工具。热量限制会影响微生物组的基本原理令人兴奋。然而，仍然缺乏关于人类的可靠数据。
一项研究关于10天定期禁食对15名健康男性的粪便微生物群的影响。禁食导致Lachnospiraceae和Ruminococcaceae菌减少。一项小型的人体试验研究表明，斋月禁食影响了健康受试者的微生物组，丰富了一些SCFA生产者。
在一项临床研究中，35名代谢综合征患者接受了5天的禁食，然后进行了3周的DASH饮食，也被译为「得舒饮食」，字面意思是防止高血压的饮食方法饮食。
对照组仅接受DASH饮食。禁食后接着DASH饮食降低血压，需要抗高血压药物和干预后3个月的体重，并改变影响SCFA生产者的肠道微生物群。队列对血压反应性的分层显示，空腹组中存在的免疫细胞变化在血压反应者中比在无反应者中更明显。
此外，禁食组的免疫移位与DASH组观察到的变化根本不同。观察到干预后禁食组中血压响应者特异性微生物组的变化（F.prausnitzii，拟杆菌和厚壁菌的富集；放线菌的消耗）。值得注意的是，丁酸盐生产者F.prausnitzii的富集甚至在禁食后3个月仍然存在。血压反应者和无反应者不仅对禁食反应不同，而且在基线时的丙酸合成能力不同。
将机器学习算法应用于基线免疫组或16S微生物组数据，预测模型通过重新分析调查禁食和血压影响队列（Mesnage数据集）证实，队列中显着的长期血压下降预计准确率约为70%，进一步支持这些发现可能是普遍化的想法。重要的是要强调，上述研究建立了微生物组和血压之间的关联，以应对禁食。禁食对许多患者来说是一项艰巨的挑战。能够操纵负责响应禁食的血压变化的机制将具有高临床效用。
禁食是热量限制的一种极端形式，在不同的文化和宗教习俗中起着重要的作用。大量的热量限制不仅影响宿主的健康和生理，还降低了血压。生活方式和饮食引起的微生物群及其代谢产物的扰动可直接影响上皮细胞和免疫细胞的稳态。但是我们对营养，微生物群和微生物产物，免疫系统与宿主健康或疾病之间的联系仍处于‘婴儿期’。
宿主-微生物组相互作用对人类健康和疾病显然有影响。模型系统经常用于基础和临床前高血压研究，以研究疾病的发病机制和进展。小鼠和大鼠模型非常有用，可以提供人类队列研究无法获得的信息。然而，在模型系统中研究人-宿主-微生物组相互作用存在许多障碍。
差异
01胃肠生理学和形态学有许多方面，这在人类和啮齿动物物种之间是截然不同的。盲肠可能是人类和啮齿动物不同物种形成的最明显的例子，以及小鼠结肠粘液层的薄度。
02小鼠和人类对炎症应激物的基因组反应是明显不同的，这可能与宿主特异性或微生物组特异性特征或两者的组合有关。
03居住在胃肠道的微生物在小鼠和人类之间通常也是不同的。人和小鼠只有约15%的细菌谱系。虽然它们在属或门的水平上可能具有可比性，但物种特异性变化通常在高血压中具有临床重要性。
04已知在每个微生物进化枝内，成员物种之间共享功能特性的程度例如，厚壁菌作为进化枝特别代谢不一致，当考虑到普遍使用F/B比率作为生态失调的标志物时，这再次提出了一个问题。
06小鼠和人体免疫组成和建立不同，人类免疫系统的强劲发展，需要接触各种真菌，病毒，微生物等，而GF小鼠与人或大鼠微生物的定殖不会诱导免疫成熟，只有小鼠特异性微生物能够诱导完全的免疫能力。
07啮齿动物模型的嗜食性已被认为对微生物组具有独特的影响，这可以通过使用单一住房策略来避免，尽管这会诱发小鼠的应激反应，增加一个额外的混杂因素。
许多研究人员试图通过使用人类微生物定殖小鼠或野外捕获的小鼠来规避物种比较问题。这提出了两个重要的挑战，应该加以考虑。
一，存在宿主与其微生物之间相互作用的相互排斥的问题。事实上，这种相互作用的重要性在最近的一项研究中得到了证实，该研究表明GF小鼠与人或大鼠微生物的定殖不会诱导免疫成熟，只有小鼠特异性微生物能够诱导完全的免疫能力。有几点差异在小鼠和人体免疫组成之间注意到，这可能与免疫微生物组轴有关，例如，与小鼠（10%–25%）相比，外周血中性粒细胞的比例约为人类的两倍（50%–70%）。此外，CD8+T细胞在成年人非淋巴组织中的分布远高于无特定病原体的小鼠，这可能对细胞内感染或癌症的进展有影响。
二，尽管野外捕获的小鼠比实验室培养的无特定病原体的小鼠更准确地概括人体生理，可能与临床试验结果的一致性更高，对疾病的抵抗力更强。但是在科研研究和临床上应用大规模野外捕获老鼠的可能性会受到限制。
值得注意的是除了不同胃肠道区域的空间动态外，从粘膜和管腔空间取样的微生物组在小鼠和人类中是独特的。由于胃肠道是免疫细胞极化和微生物产生的代谢物吸收的作用部位，许多人质疑粪便取样是否正确研究宿主-微生物组界面的途径。粪便代表该系统的排泄产物。
总之，尽管在解释微生物组数据时需要谨慎，但是，高血压中微生物组-宿主界面的研究是一个有前途且正在迅猛加速的研究领域。随着各种技术的进一步发展，针对微生物组领域的以药理学和辅助诊断方式为中心的方案可能会在不久的将来出现。
参考文献：
SchluterJ,PeledJU,TaylorBP,MarkeyKA,SmithM,TaurY,NiehusR,StaffasA,DaiA,FontanaE,etal..Thegutmicrobiotaisassociatedwithimmunecelldynamicsinhumans.Nature.2020;588:303–307.
EvangelouE,WarrenHR,Mosen-AnsorenaD,MifsudB,PazokiR,GaoH,NtritsosG,DimouN,CabreraCP,KaramanI,etal.;MillionVeteranProgram.Geneticanalysisofover1millionpeopleidentifies535newlociassociatedwithbloodpressuretraits.NatGenet.2018;50:1412–1425.
EllenG.Avery.CirculationResearch.TheGutMicrobiomeinHypertension,Volume:128,Issue:7,Pages:934-950
TierneyBT,YangZ,LuberJM,BeaudinM,WibowoMC,BaekC,MehlenbacherE,PatelCJ,KosticAD.Thelandscapeofgeneticcontentinthegutandoralhumanmicrobiome.CellHostMicrobe.2019;26:283–295
ForslundK,HildebrandF,NielsenT,FalonyG,LeChatelierE,SunagawaS,PriftiE,Vieira-SilvaS,GudmundsdottirV,PedersenHK,etal.;MetaHITConsortium.Disentanglingtype2diabetesandmetformintreatmentsignaturesinthehumangutmicrobiota.Nature.2015;528:262–266.
VergerEO,ArmstrongP,NielsenT,ChakarounR,Aron-WisnewskyJ,GbelRJ,SchützT,DelaereF,GausseresN,ClémentK,etal.;MetaCardisConsortium.Dietaryassessmentinthemetacardisstudy:developmentandrelativevalidityofanonlinefoodfrequencyquestionnaire.JAcadNutrDiet.2017;117:878–888.