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世界临床儿科杂志。 2021年9月9日; 10(5): 84-92
在线发布于9月9日,2021年。Doi:10.5409 / wjcp.v10.i5.84
丁酸盐生产菌的临床应用前景
朱立斌,张玉辰,黄汉辉,林晶
李斌珠,,325027温州医科大学附属第二医院育英儿童医院小儿外科
张玉晨,黄汉辉,温州医科大学第二临床医学院小儿外科,浙江温州325027
京林西奈山伊坎医学院儿科,纽约,纽约10029,美国
Orcid号码: 李斌朱(0000-0003-4857-1809);奇岩张(0000-0003-2994-5908);Han-Hui黄(0000-0002-2855-2136);京林(0000 - 0002 - 4405 - 134 - x).
作者的贡献:朱立尔起草了稿件的第一个版本;张YC和Huang Hh贡献了撰写草案;Lin J概念化了最初的想法,修订并最终确定了手稿。
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通讯作者:林静,医学博士,副教授,伊坎医学院儿科在西奈山,1 Gustave L. Levy Place,纽约,NY 10029,美国。 jing.lin@mssm.edu
收到:2021年2月5日
同行评议开始2021年2月5日
第一个决定: 2021年3月31日
修改后:2021年4月13日
接受:2021年8月24日
报刊文章: 2021年8月24日
网上发表:2021年9月9日

摘要

微生物源丁酸盐是结肠黏膜细胞的主要能量来源,是宿主细胞基因表达、炎症、分化和凋亡的重要调控因子,可增强肠道黏膜免疫屏障,调节全身免疫反应,预防感染。维持肠道内一定水平的丁酸产量有助于平衡肠道菌群,调节宿主免疫反应,促进肠道黏膜屏障的发育和维持。丁酸盐产生菌作为益生菌,在多种正常生物功能中发挥重要作用。利用粪便菌群移植来恢复肠道中产生丁酸盐的共生菌的细菌治疗已经非常成功成功治疗复发性和难治性艰难梭菌梭状芽孢杆菌)感染或梭状芽孢杆菌消极的医院腹泻。使用含丁酸盐产生菌的益生菌可能在治疗炎症性肠病和预防早产儿坏死性小肠结肠炎和晚发性败血症方面发挥作用。beplay体育 怎么样此外,调节肠道微通过饮食途径的生物群可以改善肥胖相关代谢紊乱患者常见的肠道失调。补充丁酸盐细菌染色剂可以增加能量消耗,改善胰岛素敏感性,帮助控制肥胖和代谢综合征。

关键词: 丁酸盐Butyrate-producing细菌肠道微生物群肠粘膜屏障代谢综合征益生菌

核心提示:本文综述了丁酸盐产生菌在儿科相关疾病和可能的潜在机制中的潜在临床应用干强度。丁酸盐产生菌作为益生菌,在包括平衡肠道菌群在内的多种正常生物功能中发挥着重要作用保护粘膜屏障,调节宿主免疫反应,预防感染调节能量消耗。因此,丁酸盐产生菌可能在与肠道失调相关的广泛临床条件下具有潜在的治疗价值,如炎症性肠病、坏死性小肠结肠炎、早产儿迟发性败血症、医院腹泻和肥胖相关的metabeplay体育 怎么样bolic紊乱。



介绍

短链脂肪酸,特别是丁酸,在人体肠道健康中发挥着重要作用。它们是结肠黏膜细胞的主要能量来源[1].维持管腔内一定水平的丁酸产量有助于平衡肠道菌群,调节宿主免疫反应,增强肠道黏膜屏障功能。当丁酸盐作为食物或药物口服时,它在到达结肠之前就被身体消化吸收,使丁酸盐很难在后肠发挥其功能。丁酸产生菌能够在肠腔内发酵未消化的碳水化合物,产生酸化的短链脂肪酸,如丁酸。因此,丁酸盐产生菌可作为促进肠道健康的益生菌,具有广泛的临床应用潜力[2].本文综述了丁酸盐产生菌的最新研究进展及其潜在的临床应用,特别是在儿科相关疾病中的应用。

丁酸盐产生菌及其主要生理功能

丁酸产生菌不是一个连贯的系统发育群,而是一组共生的肠道菌群,可以发酵碳水化合物并产生丁酸[23.].乳酸和乙酸都可以作为底物用于生化合成丁酸[3.].大多数厚壁菌门是butyrate-producing细菌。在属的水平上,瘤胃球菌属梭状芽胞杆菌真杆菌粪球菌com是mon butyrate-producing细菌。butyricum梭状芽胞杆菌c . butyricum)是比较常见的梭状芽胞杆菌属[4].其他包括Faecalibacterium,丁酸弧菌属等等,5].属真细菌、真细菌Hallii大肠Hallii),真细菌Rectale是人类粪便中产生丁酸盐最多的菌株之一[6].放线菌,拟杆菌门,变形菌门,螺旋体门也被确认为可能产生丁酸盐的细菌[2].

产生丁酸盐的共生细菌主要是厌氧菌。产生丁酸盐的细菌在代谢过程中产生的酸性环境保持了肠道内微生物群的平衡,维持了肠道内正常的微生态环境。因此,丁酸盐生产菌作为益生菌,在维持黏膜屏障、提高免疫力、促进营养物质消化和抗氧化等多种正常生物学功能中发挥着重要作用吸附在动物7].与其他益生菌一样,丁酸产菌可以发酵碳水化合物,产生短链脂肪酸,并合成叶酸、吡哆醇、维生素B1和其他维生素[89].通过使用一个在体外结肠粘膜屏障模型10]研究表明,丁酸可以改善细菌在代谢应激的肠上皮中的易位。在一个类似的模型中,我们之前已经证明丁酸盐可以通过激活AMP活化蛋白激酶(AMPK)促进紧密连接的组装,从而增强肠屏障功能,并且已经证明丁酸盐在结肠上皮屏障功能的维持和调节中很重要[11].同时,王12]最近的研究表明,丁酸通过调节突触蛋白(一种肌动蛋白结合蛋白,对屏障完整性和细胞运动至关重要)来动态调节肠道内稳态。因此,很明显,肠腔中丁酸盐的产生对于维持肠粘膜屏障至关重要。

丁酸是一种有效的组蛋白去乙酰化酶抑制剂,可促进调节性T细胞(Treg细胞)的增殖和活化,从而在免疫调节中发挥重要作用[1314]微生物群衍生的丁酸盐可通过调节G蛋白偶联受体、NF-κB、JAK/STAT和其他炎症相关途径的活性来减少促炎细胞因子的释放,从而抑制肠道炎症并维持肠道免疫平衡[15]。除了对粘膜屏障产生直接影响外,微生物群衍生的丁酸盐可被吸收并直接传输至肠系膜淋巴结,进入淋巴系统,然后进入体循环,影响其他器官系统。NF-kB途径参与肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素(IL)的表达-1、IL-6等炎症相关基因在免疫和炎症反应中的作用脑桥。丁酸盐的作用是抑制NF-κB进入细胞核。没有NF-κB活性,促炎因子mRNA无法转录,促炎因子无法表达,导致炎症反应抑制[15].研究表明丁酸盐通过差异调节Th1和Th17细胞分化,从而调节炎症细胞因子的产生,调节T细胞诱导结肠炎的功能[1617].丁酸可抑制单核细胞中IL-12、TNF-α、IL-1β和一氧化氮的释放,上调IL-10的表达,降低NF-κB的活性,从而在呼吸系统等其他器官系统中发挥抗炎作用[18]简言之,作为结肠粘膜的主要能量来源,以及作为宿主细胞中基因表达、炎症、分化和凋亡的重要调节者,微生物群衍生的丁酸盐增强了肠粘膜免疫屏障的作用调节全身免疫反应,从而防止细菌及其变异大肠杆菌进入血液并引起炎症[1920.].

丁酸盐生产的潜在临床应用细菌
肠粘膜屏障的维持

单层肠上皮细胞将机体组织与肠腔内密集的细菌群落分开。因此,维持黏膜上皮屏障以防止寄生细菌侵入宿主组织对正常肠道功能至关重要。众所周知,结肠上皮的主要能量来源直接来自管腔而不是血液。细菌发酵在肠腔内产生的SCFAs 90%以上通常被肠上皮细胞吸收。肠内SCFAs缺乏或无法氧化丁酸盐导致结肠上皮营养缺乏,短期内导致黏膜萎缩,长期内导致“营养性结肠炎”[1].溃疡性结肠炎患者,结肠上皮细胞氧化丁酸的能力减弱,氧化获得的能量减少;丁酸盐修复结肠黏膜的能力降低[21].在右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型中,广谱抗生素长期疗程消耗肠道共生菌群可导致更严重的肠道黏膜损伤[22]此外,在炎症性肠病(IBD)患者的粪便微生物群落中发现了大量的丁酸共生细菌[beplay体育 怎么样2324].

益生菌已在临床实践中被提倡用于预防或治疗IBD相关的肠黏膜损伤或新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)[2526].在患有IBD的儿童中,一种特殊的益生菌制剂(VSL#3)与乳酸菌被证明在取得临床反应方面有显著效果[27].一项对dss诱导结肠炎动物模型的研究表明,给药c . butyricum,丁酸盐产生菌之一,可增加盲肠内丁酸盐的管腔产量,缓解dss对结肠黏膜的损伤[28].c . butyricum可能诱导肠巨噬细胞分泌IL-10,从而抑制实验性结肠炎的发生[29].Geirnaer30.)使用了一个在体外系统检查微生物群与克罗恩病患者的响应,以不同组合的丁酸盐产生的细菌污渍。他们评估了产生丁酸盐的细菌对短链脂肪酸产生的影响,粘液环境的细菌定植和肠上皮阻挡功能。他们证明了产生丁酸盐的细菌的治疗改善了上皮阻挡完整性在体外.最近,草原31]分离并鉴定了丁酸产菌Butyricicoccus pullicaecorum25-3(T),并鉴定为IBD患者潜在的益生菌。

肠道免疫反应的调节

正常情况下,人类肠道里有数十亿的共生细菌。肠上皮细胞积极感知这些共生细菌,并在维持粘膜界面宿主-微生物稳态中发挥重要作用[19].共生菌如丁酸产菌能在肠道内发酵未消化的碳水化合物,产生乳酸、SCFAs等小分子代谢物,促进有益肠道菌群的增殖双歧杆菌属,乳酸菌和粪便杆菌,并抑制致病菌的生长等葡萄球菌,大肠杆菌,斑疹伤寒沙门氏菌艰难梭菌梭状芽孢杆菌)[3233].因此,产生丁酸盐的细菌促进肠道微生态平衡并参与调节胺,吲哚,硫化氢和其他潜在的有害物质的制备。因此,它们不仅可以提高肠道消化和吸收能力,而且还在提高身体的免疫力和预防感染方面发挥重要作用[8].

SCFA促进肠道蠕动,缩短肠道内毒素存在的时间。在SCFA中,丁酸是一种有效的介体,参与肠道微生物群对肠粘膜免疫功能的影响[34].丁酸可作为配体激活特异性g蛋白偶联受体,激活肠道黏膜免疫活性,增强免疫力[34].控制饮食后结肠产丁酸盐细菌的丁酸盐产量增加与小鼠中抗炎细胞因子IL-10水平的增加有关[35].利用克罗恩病患者的肠黏膜活检组织,Segain15]研究表明,丁酸可以改善分离的固有层细胞和培养的外周血单个核细胞的炎症反应。NF-κB通路参与抑制免疫细胞活化[15].

人类结肠上皮细胞中toll样受体(TLR)表达的丁酸调节可能是介导正常肠道微生物群与宿主先天和适应性免疫系统之间的交互和相互作用的关键机制之一[36].肠上皮细胞和粘膜免疫细胞中的tlr是模式识别受体,是寄主与共生菌群共生的关键组成部分[37].因此,细菌生产丁酸盐在维持肠道内环境稳定中起着关键作用。其他因素,如共生细菌或宿主产生的抗菌肽也可能参与这一过程[38-40].最近,临床研究发现,较高的粪便SCFA浓度与实体肿瘤癌患者的免疫疗法有关,表明肠道微生物群可能对宿主免疫系统产生广泛影响ponse [41].

肠道菌群失调与感染

肠道菌群的失调可能导致所谓的漏肠,因此微生物易位,促进感染的发展。人们普遍认为,肠道微生物群和宿主免疫反应之间的相互作用受损会增加由革兰氏阴性菌或其他病原体引起的感染风险[3742].研究表明,结肠产生丁酸盐的细菌减少的黏膜丁酸盐有助于hiv相关的黏膜发病机制[43].短链脂肪酸的吸收与钠的吸收是结肠中盐和水吸收的主要机制之一。肠道菌群的减少与医院腹泻之间的关系是很好的逐步认识。正常情况下大量的肠道共生微生物,包括产生丁酸的C2至C4厌氧发酵罐,在患有丁酸血症的患者中显著减少梭状芽孢杆菌感染或梭状芽孢杆菌消极的医院腹泻(44].此外,严重创伤、严重烧伤、重大手术或失血性休克患者,肠道黏膜屏障功能障碍和黏膜免疫功能受损,可导致肠道细菌或内毒素的病理易位,导致败血症和多器官功能障碍综合征[45].肠道微生物多样性的丧失和随后的促进健康的短链脂肪酸的丧失,如丁酸盐、con与败血症相关的失调免疫反应和器官衰竭有关[46].

细菌治疗补充可恢复正常的肠道微生物群。例如,利用粪便菌群移植(FMT)来恢复肠道中产生丁酸盐的细菌,从而在治疗与肠道菌群失调有关的疾病的临床实践中已经测试了正常的宿主免疫应答[47].FMT在治疗复发和再发方面非常成功易怒的梭状芽孢杆菌感染(48].FMT还被用于帮助败血症患者康复[49].然而,考虑到与FMT相关的致命并发症,除了非常有限的临床指征外,还阻止了它的使用。口服促进健康的新一代益生菌以改善益生菌群可能是一种安全的替代方法[9].正如最近的一项系统综述和荟萃分析所总结的,使用益生菌混合物,而不是单菌株产品,有好处降低母乳喂养的极低出生体重早产儿迟发性败血症发病率的官方效果[50].

肥胖相关代谢紊乱中的作用

饮食可以调节和支持寄生在消化道的共生微生物群落。通过饮食途径调节肠道微生物可以改善健康,预防或治疗与肠道失调有关的疾病[51].饮食前生物制剂是一组被肠道微生物降解的营养物质。它被定义为一种不可消化的食物成分,通过选择性的sti有益地影响宿主模拟结肠中一个或有限数量的细菌的生长和/或活动,从而改善宿主健康[52].大多数摄入的复杂碳水化合物和植物多糖都是由结肠内的共生细菌发酵代谢,生成丁酸和其他SCFAs(图)1).食用富含纤维或补充益生元的饮食可以促进结肠中有益共生物质的生长和代谢,特别是针对丁酸盐的生产[3551].

图1
图1通过细菌发酵生产丁酸。

大量研究表明,富含纤维的饮食对肥胖相关代谢综合征有好处。富含纤维的饮食有利于预防肥胖、改善胰岛素抵抗和控制代谢综合征中常见的血脂异常[53].我们以前曾在膳食纤维结肠细菌发酵导致的SCFA产量增加可能部分解释了膳食纤维对代谢综合征的一些有益作用[53].事实上,在高脂肪饮食中,丁酸盐的补充阻止了小鼠胰岛素抵抗和肥胖的发展。治疗小鼠的空腹血糖、空腹胰岛素和胰岛素耐受性均得到保留。在肥胖小鼠中,丁酸盐的补充导致胰岛素敏感性的增加和肥胖的减少[54].口服的大肠Hallii,产生丁酸盐的细菌染色,可提高胰岛素敏感性并增加糖尿病的能量消耗分贝/分贝老鼠(55].作为一种潜在的肥胖和代谢综合征的治疗策略,FMT也在一些随机对照人类研究中进行了试验,获得了一些混合有益的结果[56]促进能量消耗,通过激活AMPK诱导线粒体功能,并作为游离脂肪酸受体的激动剂,可能是丁酸对代谢综合征特征异常有益作用的一些机制[5457-59].

结论

此密码维奇总结了潜在的临床应用和可能的临床应用儿科相关疾病中丁酸盐产生菌的说谎机制。作为结肠黏膜的主要能量来源,作为宿主细胞基因表达、炎症、分化和凋亡的重要调控因子,微生物源丁酸盐增强了肠道黏膜免疫屏障的作用调节全身免疫反应,从而防止细菌及其变异牛肝菌进入血液并引起炎症。丁酸盐调节能量代谢可能在高纤维饮食对代谢综合征的有益作用中发挥作用。因此,作为益生菌,丁酸生产菌在多种正常生物学功能中发挥重要作用,包括平衡肠道微生物群、维持粘膜屏障、调节宿主免疫反应、预防感染和调节能量消耗。因此,丁酸生产菌可能在与肠道失调相关的广泛临床条件下具有潜在的治疗价值,如IBD、NEC、早产儿迟发性败血症、医院内腹泻和肥胖相关代谢紊乱。

确认

作者希望感谢Green R博士的批评性评论和评论。所有作者声明没有利益冲突。

脚注

稿件来源:特邀稿件

专业类型:儿科

国家/地区的原产地:美国

同行评议报告的科学质量分类

A级(优秀):0分

B级(非常好):0

C级(良好):C, C

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P-审稿人:顾杰,清水Y-编辑:吴YXJ L-编辑:A-编辑:袁YY

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