腸道核心菌屬——毛螺菌屬(Lachnospira)

2022
04/19

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谷禾健康
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該菌是一個對健康有益的菌,更深入地了解其與宿主相互作用的機制將有利于我們干預腸道菌群,最終目標是將其用于預防和治療腸內外疾病。

毛螺菌屬(Lachnospira),屬于厚壁菌門,毛螺菌科(Lachnospiraceae),該菌屬存在于大多數健康人的腸道里,可能是一種潛在的有益菌,參與多種碳水化合物的代謝,尤其水果蔬菜中的果膠(一種復雜的膳食纖維和益生元)的能力很強,發酵導致乙酸和丁酸的產生為宿主提供能量的主要來源。

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圖片來源:microbiomology

先識毛螺菌科(Lachnospiraceae)

毛螺菌科(Lachnospiraceae)目前在NCBI中被描述為包括 58 個屬和幾個未分類的菌。毛螺菌屬(Lachnospira)是毛螺菌科的一個重要組成成員。

認識毛螺菌屬之間先了解下毛螺菌科。

人類結腸微生物群可以處理多種底物,包括蛋白質、寡肽、膳食多糖、內源性粘蛋白和逃避宿主消化的糖蛋白 。腸道菌群碳水化合物的代謝是向宿主提供營養和能量的關鍵過程。

在厚壁菌門中,毛螺菌科、乳桿菌科和瘤胃球菌科水解淀粉和其他糖以產生丁酸鹽和其他短鏈脂肪酸。

毛螺菌科(Lachnospiraceae)的基因組分析揭示了其組內成員利用飲食衍生的多糖(包括淀粉、菊粉和阿拉伯木聚糖)的相當大的能力,但是在種和菌株之間存在很大差異。

毛螺菌科是一個系統發育和形態異質的分類群,屬于厚壁菌門的梭菌簇 XIVa,毛螺菌科的所有成員都是厭氧的、發酵的和化學有機營養的,并且一些表現出強水解活性,例如通過果膠甲酯酶、果膠酸裂合酶、木聚糖酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、β-木糖苷酶α-和β-半乳糖苷酶的活性、α-和β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶或α-淀粉酶。

毛螺菌科存在于早期嬰兒中,甚至在胎糞中也有發現。然而,毛螺菌科豐度的增加與衰老有關。毛螺菌科的豐度在患有不同疾病的受試者的腸腔中也增加了,盡管該科的分類群一再顯示出它們為宿主產生有益代謝物的能力。

毛螺菌屬(Lachnospira)

★ 形態和代謝

Lachnospira細胞形態呈直的或略微彎曲的棒狀細胞,有的可能呈螺旋狀。單細胞尺寸為 0.35–0.6×2.0–4.0 μm,DNA G + C 含量( mol %):38–45。細胞成對出現,有時呈長鏈狀。細胞具有革蘭氏陽性超微結構,嚴格厭氧。

在 30–45 °C 下生長,在含有瘤胃液或酵母提取物、無機鹽、果膠或聚半乳糖醛酸的厭氧培養基中生長。

化能有機營養,發酵代謝;發酵果膠、聚半乳糖醛酸、果糖和纖維二糖等。乙酸鹽、甲酸鹽、乙醇和 CO2是聚半乳糖醛酸和果膠發酵的主要最終產物。也可能產生少量的H2 。果膠發酵時也會產生甲醇,不產生琥珀酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽。

不產生吲哚、過氧化氫酶或 H2S,不還原硝酸鹽。不水解明膠或淀粉。主要存在于哺乳動物腸道,從牛瘤胃內容物和豬糞便和盲腸內容物中分離。

在腸道中,抗性淀粉和低聚半乳糖可以通過結合膽鹽直接降低膽汁酸的濃度。Lachnospira等產生丁酸鹽細菌的增加都間接導致膽汁鹽濃度降低。

★ 分類和物種

Lachnospira(毛螺菌屬)主要有以下結果物種:

Lachnospira rogosae

Lachnospira eligens

Lachnospira multipara

Lachnospira multiparis

Lachnospira pectinoschiza

模式種是多對毛螺菌(Lachnospira multiparus)。

以前的16S 的測試,可能會錯誤地將Lachnospira rogosae識別為乳酸桿菌。后來糾正這一錯誤并更新了數據庫,重新正確重命名為Lachnospira rogosae。

Lachnospira pectinoschiza 是從豬的結腸內容物中分離的能分解果膠的菌。但是該菌物種無法從羊的瘤胃內容物中分離出來,即使這些動物被喂食高果膠飲食。實驗中果膠、聚半乳糖醛酸和葡萄糖酸鹽是支持該菌快速生長的唯一底物。

不同的是,Lachnospira multiparus 是瘤胃內主要的果膠分解菌。它的碳水化合物代謝在實驗室發酵罐的生長實驗中進行的研究。

★ 哪些因素影響毛螺菌屬

增加

食用富含纖維的植物性飲食與Roseburia、Lachnospira和Prevotella屬的豐度增加以及短鏈脂肪酸產量增加相關。

全谷物代替六周的飲食習慣精制谷物增加了 Lachnospira和Roseburia,減少了腸桿菌科的成員,總體上產生了更有利的微生物景觀。

全谷物:是指完整、碾碎、破碎或壓片的谷物,其基本組成包括淀粉質胚乳、胚芽與皮層,各組成部分的相對比例與完整穎果一樣。

全谷物不僅含有豐富的B族維生素、鎂、鐵和膳食纖維,還含有多酚、維生素E、單寧、類胡蘿卜素、植酸、木質素和木脂素等常見抗氧化成分,而且還含有一些果蔬食品中少見但具有很高營養價值的抗氧化成分,如γ-谷維素、烷基間苯二酚、燕麥蒽酰胺等。比如:全燕麥,蕎麥,黑米,小米,全麥等。

果膠是一種水果蔬菜中發現的復雜的膳食纖維和益生元。研究表明水果中纖維的消耗與健康成人腸道中大量的果膠分解細菌屬Lachnospira 密切相關。果膠攝入增加梭菌屬簇 XIV(Lachnospira、Dorea和Clostridium),其中Lachnospira的增幅最大。

最近的一項研究發現Lachnospira與 β-胡蘿卜素、維生素 E 和植物脂肪的攝入量呈正相關,而與肉類、總蛋白和膽固醇的攝入量呈負相關 。

洋車前子是一種廣泛用于治療便秘的藥物。它將水分困在腸道中,增加糞便中的水分,緩解排便并改變結腸環境。研究顯示洋車前子處理可以增加Lachnospira,Roseburia 和 Faecalibacterium.

茶多糖維持了腸道微生物群的多樣性,恢復了一些因糖尿病而減少的細菌屬(毛螺菌屬、羅斯氏菌和Fluviicola)的相對豐度。

茶多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、巖藻糖、核糖、半乳糖等組成。

葡萄不僅含有各種植物化學物質,如兒茶素,原花青素,花青素,亮氨酸花青素,槲皮素,山奈酚,二苯乙烯,鞣花酸和羥基肉桂酸酯,而且也是膳食纖維的良好來源。與基線相比,4周的葡萄粉攝入量顯著增加三個屬Akkermansia,Flavonifractor和毛螺菌屬的相對豐度。

減少

將117名超重成年人隨機均分為食用4次/周炸肉組和不食用炸肉組,干預4周,發現食用炸肉組的菌群多樣性降低,Lachnospira和Flavonifractor豐度降低,Dialister、Dorea、韋榮球菌屬豐度增加。

越來越多的證據表明,眾所周知的致癌驅動因素吸煙會影響腸道微生物組。一項研究針對 803 名成年人子集的吸煙和腸道微生物組使用16s測序進行了分析。

發現以前和現在吸煙者的糞便微生物組的整體組成與從不吸煙者有顯著差異。相對于從不吸煙者而言, Lachnospira 和Tenericutes菌則被耗盡。這些變化在種族和族裔亞群中是一致的,表明吸煙會導致Lachnospira消失或減少。

★ 與其他菌的相互作用(僅供參考)

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毛螺菌過多相關

睡眠(夜貓子)

海法大學和以色列理工學院的合作研究項目發現,“早起的人”和“夜貓子”的腸道微生物組(寄居在消化道的細菌群)彼此不同。該研究將人們分為三種不同的‘時型’:

“云雀”——早起的晨型人,在早晨活力最好;

“貓頭鷹”——晚睡的夜貓子,在早晨運作困難;

“中間群體”——大部分人屬于這種。

研究結果指出了“云雀”和“貓頭鷹”的微生物組之間的差異;在“云雀”中,細菌屬Alistipes 的百分比更高,而在“貓頭鷹”中,屬于Lachnospira屬的細菌更高,該細菌為產生丁酸鹽的細菌,是一種短鏈脂肪酸,是睡眠和覺醒相關信號的來源。

其他研究也陸續發現包括毛螺菌屬Lachnospira、棒狀桿菌屬Corynebacterium 和 布勞特氏菌屬Blautia 在內的幾種微生物與睡眠質量呈負相關。

調節腸道菌群是改善睡眠的可行路徑之一,好好睡覺也可以幫助我們維護腸道微生態健康,好眠養好菌,好菌助好眠。

肝病

非酒精性肝脂肪變性疾病中毛螺菌屬的豐度相對對照較高,同樣在非酒精性脂肪肝中也發現毛螺菌屬的富集。

毛螺菌過少相關

哮喘

哮喘是一種氣道慢性疾病,尤其對于兒童。生命早期的特定細菌屬與 1 歲兒童的特應性和喘息有關。越來越多的證據表明,其中一個原因可能是兒童在生命早期獲得的健康微生物受到破壞。

加拿大健康嬰兒縱向發育 (CHILD) 研究中發現,在生命的前 3 個月內,毛螺菌相對豐度的的下降與學齡前哮喘有關,并且 Lachnospira/Clostridium 比率可作為預測哮喘發展的潛在生命早期生物標志物。

《Science Translational Medicine》上刊登了加拿大溫哥華的不列顛哥倫比亞大學(UBC)Brett Finlay 等科學家的文章,他們采集了300多個嬰兒在3個月和1歲時的便便和尿液樣本,結果顯示,糞便樣品中缺乏四種細菌(Lachnospira,Veillonella,Faecalibacterium,Rothia)的3個月的嬰兒,后來在1歲時都顯示出了早期哮喘的癥狀(喘息和皮膚過敏)。

而那些在1歲時沒有這些癥狀的孩子,無一例外在其3個月的糞便樣本中含有大量的這四種微生物。檢測這些腸道微生物即可預測這些孩子日后患哮喘的風險,通過控制這些腸道細菌的組成還有可能找到預防兒童哮喘的方法。

抑郁癥

研究發現,Lachnospira、Roseburia和Faecalibacterium與抑郁癥狀的嚴重程度呈負相關。

自閉癥

南醫大劉星吟團隊揭示在屬水平上,Lachnospira 和Megamonas 在對照組內的2-3歲和7-11歲亞組中豐度較高,而自閉癥組不存在此趨勢。

阿爾茲海默癥

與健康對照組相比,阿爾茨海默病 (AD) 患者的腸道微生物組發生了改變。然而,以前的研究經常評估一直在服用藥物或其他疾病干預措施的 AD 患者。此外,在一項研究中同時測定輕度認知障礙 (MCI) 或 AD 患者的腸道微生物組是罕見的。

與健康對照組相比,阿爾茨海默病患者的擬桿菌屬、毛螺菌屬和瘤胃梭菌減少,普氏菌屬水平增加。而輕度認知障礙患者中這些屬的變化方向與AD患者相同。然而,Lachnospira是唯一一個在輕度認知障礙患者中的豐度在統計學上顯著低于健康對照組的屬,表明該菌屬的關鍵作用。

慢性腎病

研究表明,與健康人群相比,慢性腎臟病人群的腸道菌群組成不同,Lachnospira 和Ruminocococus gnavus 是很好的微生物標志物。

食管鱗狀細胞癌

口腔健康以及口腔微生物不佳與食管鱗狀細胞癌(ESCC)的發生有很大的關系。中國淮安市第一人民醫院的 23 名食管癌患者身上采集的糞便樣本中含有豐富的厚壁菌門和放線菌門。根據這項研究, Lachnospira可用作食管鱗狀細胞癌潛在的生物標志物。

系統性紅斑狼瘡

腸道微生物組與系統性紅斑狼瘡 (SLE) 之間相關性被越來越多的研究關注。研究表明Lachnospira與SLE風險呈負相關。

慢性自發性蕁麻疹

慢性自發性蕁麻疹(CSU)是一種肥大細胞驅動的疾病,在過去幾年中其病因和發病機制取得了許多進展。CSU的主要治療方法是口服第二代抗組胺藥。

然而,只有平均 50% 的 CSU 患者對常規或四倍劑量的非鎮靜抗組胺藥有充分反應。同時,腸道菌群會影響藥物的療效。研究發現毛螺菌科及其下屬分類群被發現是響應者和非響應者之間腸道微生物群的主要差異。而且Lachnospira是預測抗組胺藥對 CSU 患者療效的標志物。

格雷夫斯?。℅D)

格雷夫斯?。℅D)是一種以甲狀腺功能亢進為特征的全身性自身免疫性疾病。有證據表明,腸道菌群的改變可能與自身免疫性疾病的發展有關。研究發現GD患者中Lachnospira 相較于對照減少。

腸癌

根據已有報道發現,兩個丁酸鹽生產者Lachnospira multipara和Eubacterium eligens在結直腸癌中含量降低,生成硫化物的細菌Desulfovibrio vietnamensis、D.longreachensis和Bilophila wadsworthia 增加。

大腸癌是由大腸息肉(腺瘤)和粘膜內癌一步步演變而來的(多階段癌變)。研究表明,雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)的細菌群會在粘膜內癌階段減少。另外,作為丁酸產生菌的多毛毛螺菌(Lachnospira multipara)和挑剔真桿菌(Eubacterium eligens)從粘膜內癌階段到晚期大腸癌階段一直持續減少。

胃癌

胃癌患者腸道菌群的特點是物種豐富度增加,丁酸產生菌減少,以及其他共生細菌的富集,尤其是乳酸桿菌、埃希氏菌和克雷伯氏菌。據報道乳桿菌屬和毛螺菌屬是胃癌相關細菌屬網絡中的關鍵物種。毛螺菌屬、乳桿菌屬、鏈球菌屬、韋榮氏菌屬的組合在區分胃癌患者和健康對照方面表現出良好的表現。

2 型糖尿病 (T2D)

腸道微生物組可能在與 2 型糖尿病 (T2D) 發展相關的炎癥中發揮作用。橫斷面研究發現 2 型糖尿病患者中毛螺菌屬和消化鏈球菌科較少。

與對照大鼠相比,糖尿病大鼠腸道菌群中厚壁菌屬的比例增加而擬桿菌屬的豐度降低,菊粉治療可使糖尿病大鼠的腸道菌群組成恢復正常。

與未治療的糖尿病大鼠相比,接受菊粉治療的糖尿病大鼠的益生菌乳桿菌及可產生短鏈脂肪酸的細菌(如毛螺菌屬、考拉桿菌屬及擬桿菌屬)豐度會明顯增加,可產生脂多糖的脫硫弧菌屬豐度會降低。進一步分析發現,毛螺菌屬的豐度與葡萄糖負荷后的血糖反應呈負相關。

白塞病

在白塞病 (BD) 中,一種自身炎癥性血管炎,不平衡的腸道微生物群可導致促炎反應。與對照相比,Barnesiellaceae和Lachnospira屬顯著減少與 BD 患者有關。

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盡管毛螺菌屬是一個重要的腸道菌屬,但是目前關于該菌的研究和證據還不是很多,還僅限于關聯性研究,在機制方面研究較少,以上文中主要的健康相關性證據支持還不充足,需要更大隊列來探討。

總的來說,該菌是一個對健康有益的菌,更深入地了解其與宿主相互作用的機制將有利于我們干預腸道菌群,最終目標是將其用于預防和治療腸內外疾病。

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關鍵詞:
Lachnospira,毛螺,腸道,研究,微生物

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