微生物组对代谢产物的影响与消化系统疾病

人源化小鼠（通过移植人类粪便的菌群到小鼠肠道而创建）的代谢组不同于常规方法饲养的小鼠的代谢组。这表明不同的肠道微生物能够改变它们的宿主所产生的代谢产物。因而，当前的研究重点从确定“谁在那儿”转向了解“它们在干什么”，这一转变推动着当前人类微生态的研究。有关代谢物组学的研究使得研究者从观察模式转变为理解其机制。

利用代谢物组学分析技术可以直接比较肠道微生态的代谢结果与宿主代谢的结果。Wikoff等人在无菌饲养的小鼠和常规方法饲养的小鼠中，利用质谱分析血浆代谢谱，发现代谢产物存在着浓度的差异。例如，与无菌饲养的小鼠相比，常规方法饲养的小鼠的血清中色氨酸的水平下降了40%（Wikoff et al，2009）。

在另一研究中，研究者使用最初无菌饲养的小鼠，而后将代表人类婴儿时期的微生物组（吉氏拟杆菌、产气荚膜梭菌、大肠杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌）移植到了小鼠的肠道，进而评估益生菌、益生元和两者的联合制剂（称为“合生元”）对小鼠的影响（Martin et al，2009）。研究者发现通过膳食补充含有鼠李糖乳杆菌NCC4007的合生元和含有低聚半乳糖的合生元，可以显著改变肠道菌群中上述细菌的相对比例，并且导致小鼠不同组织中代谢产物的变化。例如，合生元可以增加短双歧杆菌、长双歧杆菌和吉氏拟杆菌的比例，同时降低了大肠杆菌和产气荚膜梭菌的比例，并且降低血糖水平和肝脏甘油三酯的水平。益生菌也可以产生系统性的功效，使得血浆脂蛋白的水平、肝脏谷氨酰胺的水平以及肝糖原的水平降低。总的来说，合生元可以显著地改变血浆、尿液、粪便、肝脏、胰腺、肾皮质、肾髓质和肾上腺中的代谢产物的组成。(www.xing528.com)

有趣的是，研究者在另一个评估益生菌和益生元对于成人的影响研究中发现，两者均未显著影响粪便样本中微生物的比例，但RNA测序数据显示，控制糖类代谢的微生物基因表达发生了改变。相对于在成人时期发现的多种复杂的菌落而言，婴儿时期定居的菌落更加简单，因而益生素和益生元更容易对其造成影响。

在上消化道未被消化和吸收的食物成分，为肠道菌群提供了底物。肠道菌群通过酵解碳水化合物产生短链脂肪酸。研究表明，炎症性肠病如溃疡性结肠炎患者肠道内含有较少的产丁酸盐细菌（例如人罗斯拜瑞氏菌以及柔嫩梭菌），导致体内丁酸盐的水平较低。除了丁酸盐，丙酸盐也可以加强外周免疫系统中T调节细胞的生成。因而，调整产丁酸盐和产丙酸盐的细菌未来或许能治疗炎症性肠病，如溃疡性结肠炎。但是到目前为止，研究者仍未完全阐明丁酸盐和其他短链脂肪酸的抗炎机制。