Nature综述：肠道微生物在人类代谢健康与疾病中的作用

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Nature综述：肠道微生物在人类代谢健康与疾病中的作用

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科学网

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肠道微生物在人类代谢健康与疾病中扮演着重要角色。近年来，随着研究的深入，科学家们发现肠道微生物不仅影响着人体的消化吸收功能，还与肥胖、糖尿病、心血管疾病等多种代谢性疾病密切相关。本文将为您详细介绍肠道微生物与人类代谢健康的关系，以及相关的研究进展和未来展望。

肠道微生物与人类代谢健康

肠道微生物是指寄居在人体肠道内的各种微生物，包括细菌、真菌、病毒等。这些微生物的数量庞大，其基因总数是人类基因组的10倍以上。肠道微生物在人体中发挥着多种重要作用，如提高免疫力、帮助食物消化、调节内分泌功能等。

近年来的研究表明，肠道微生物与人类代谢健康密切相关。紊乱的肠道菌群会导致多种常见代谢病的发生，包括肥胖、2型糖尿病、非酒精性肝病、代谢性心脏病和营养不良等。为了深入了解肠道微生物对宿主代谢的影响，研究人员已经从传统的描述性分析转向了因果关系的探究。

研究肠道微生物的方法

为了研究肠道微生物与代谢健康的关系，科学家们开发了多种研究工具和方法。其中，鸟枪法测序技术的进步使得人们能够更全面地了解肠道微生物群落及其功能潜力。此外，各种灵敏和精确的技术可以用来分析体液的代谢组变化。

微生物组关联研究

微生物组关联研究方法类似于全基因组关联研究，通过鸟枪法测序技术分析肠道或粪便样本中的微生物DNA，构建非冗余微生物基因集。然后，通过生物信息学算法将微生物组数据中的组装基因聚类到特定的组，如宏基因组物种或共丰度基因组。最后，通过统计分析和机器学习方法，将每个样本分配到某个类别。

微生物组和代谢组的整合分析

肠道细菌可以产生各种生物活性代谢产物，这些代谢产物可以通过吸收进入宿主的血液。研究人员可以通过质谱或核磁共振等技术，对粪便、血浆、尿液等生物体液中的代谢物进行分析，从而揭示微生物组、代谢组和宿主表型之间的关系。

健康的肠道菌群特征

由于不同个体之间存在巨大差异，目前尚不存在统一的“黄金标准”来定义促进宿主代谢健康的肠道菌群。然而，研究表明，高纤维、低动物脂肪和低动物蛋白的饮食有助于维持健康的肠道菌群。这些不易消化但可发酵的多糖被肠道微生物代谢后，会产生一系列化合物，刺激肠黏液层和屏障功能，同时产生短链脂肪酸（SCFAs），为结肠细胞提供能量。

肠道菌群与代谢疾病

研究表明，与健康人相比，患有代谢性疾病的个体通常具有较低的肠道菌群多样性。下图总结了一些与常见代谢疾病有关的肠道微生物分类学和功能学特征。

肠道菌群如何影响宿主代谢

肠道微生物通过产生多种代谢产物来影响宿主的代谢功能。例如，厚壁菌门和拟杆菌门发酵膳食纤维产生的短链脂肪酸（SCFA）可以刺激胰高血糖素样肽1（GLP-1）和肽YY（PYY）的分泌，从而改善葡萄糖代谢和胰岛素分泌。此外，肠道微生物还可以产生支链氨基酸（BCAA）、三甲胺（TMA）等代谢产物，这些物质与胰岛素抵抗和动脉粥样硬化等疾病有关。

肠道微生物干预措施

为了改善肠道微生物的健康状况，研究人员提出了多种干预措施，包括饮食调整、益生菌和益生元的使用、粪便微生物群移植等。其中，高纤维、低动物脂肪的饮食被认为是最有效的干预措施之一。益生菌和益生元的使用也有助于改善肠道微生物的组成，但效果因人而异。粪便微生物群移植是一种较为激进的干预措施，目前仍处于研究阶段。