便移植手术（供者为一位健康的超重者）治疗后, 其体重出现显著增加。LEY等[24]发现肥胖者肠道内的微生物构成与正常人存在差异, 厚壁菌门数量相对增多而拟杆菌门减少, 拟杆菌门与厚壁菌门的数量比值下降。之后, LE CHATELIER等[25]对169位肥胖者和123位非肥胖者的肠道微生物进行测序, 发现肥胖者的肠道微生物丰度以及多样性减少。以上说明肠道微生物菌群失调, 可能导致机体对能量摄取的增多, 促进脂肪存储从而发生肥胖。
长期高脂肪、高热量饮食等不良生活习惯会减少肠道微生物的多样性, 从而促进肥胖, 其可能机制有：（1）抑制了肠道细胞表达血管生成素样蛋白4（angiopoietin-like protein 4, ANGPTL4, 一种分泌型糖蛋白, 可抑制循环系统中脂蛋白脂酶的活性）, 导致血中甘油三酯不能被分解利用, 从而促进甘油三酯在脂肪细胞中储存; （2）抑制5'-腺嘌呤核苷酸依赖的蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase, AMPK, 表达于骨骼肌、肝、脑各种代谢相关的器官中, 可在低氧、缺血、热激和营养缺乏时调节代谢）的释放, 下调线粒体内脂肪酸的氧化利用、生酮作用以及葡萄糖的摄取, 促进胆固醇、甘油三酯的生成; （3）肥胖者肠道内的拟杆菌门与厚壁菌门的数量比值下降, 造成短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA, 由肠道微生物代谢饮食中的纤维产生, 主要为乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐）产生减少, 抑制了游离脂肪酸受体3的激活, 从而导致肝脏、骨骼肌对胰岛素的敏感性降低, 而脂肪细胞对胰岛素的敏感性升高, 造成脂质累积[26]。
2.2 肠道微生物与心血管疾病
近年来发现, 心血管疾病的发生除了受传统危险因素影响外, 肠道微生物也作为一种危险因素影响其发生。FAK等[27]用焦磷酸测序的方法, 比较有粥样斑块病理表现的患者斑块内的微生物和肠道的微生物, 发现斑块中的细菌与肠道中的部分细菌一致, 推测斑块中的细菌可能来源于肠道。KARLSSON等[28]对健康人群和有相关临床症状的动脉粥样硬化患者的肠道微生物进行基因测序, 发现患者组中柯林斯氏菌丰富, 并且发现患者肠道中的细菌更易合成肽聚糖, 激活中性粒细胞以及促进促炎因子的释放。PASINI等[29]对心力衰竭患者的肠道微生物进行检测, 发现其肠道内的细菌（尤其是革兰阴性菌）以及真菌（尤其是念珠菌属）的量远超过正常人, 肠道内的渗透性增加, 促进了心力衰竭的进程。以上可说明肠道微生物可能促进或加快心血管疾病的发生。
肠道微生物在促进心血管疾病的发生上可能有以下几个作用：（1）肠道微生物导致的代谢紊乱（肥胖、血脂异常、胰岛素抵抗等）是导致心血管疾病发生的危险因素; （2）肠道微生物释放低水平的脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）, 可引发低度炎症, 促进促炎因子的释放, 内皮细胞功能紊乱, 斑块形成、破裂以及血栓形成; （3）肠道微生物的代谢产物— — 氧化三甲胺（ trimethylamine oxide, TMAO）是心血管疾病发生的重要诱因。
动脉粥样硬化在心血管疾病中占重要地位, 近年发现肠道微生物的代谢产物TMAO与其密切相关, WANG等[30]研究发现, 肠道微生物在TMAO的生成中扮演重要角色, 用H3标记的卵磷脂喂养小鼠, 追踪观察后发现其血液中出现大量H3标记的TMAO, 而实验前服用大量广谱抗菌药物的小鼠, 其肠道
微生物受抑制, 血中的TMAO远低于正常小鼠。富含卵磷脂、胆碱以及肉毒碱的食物经肠道微生物代谢后, 生成三甲胺（trimethylamine, TMA, 一种有恶臭味的无色气体）, 经门静脉入肝, 在肝脏中经黄素单氧化酶家族（flavin monooxygenase, FMO）, 主要为FMO3（活性最高）氧化成TMAO, 血液中升高的TMAO会增加心血管疾病的发生率[31]。血液中的TMAO水平与饮食、肠道微生物、FMO3的活性、性别以及遗传等有关[32]。TMAO促进动脉粥样硬化发生的机制可能为：（1）TMAO抑制胆固醇逆转录[31]。①通过上调巨噬细胞CD36和清道夫受体A1（scavenger recepter A1, SR-A1）的表达, 促进细胞摄取、累积胆固醇, 促进泡沫细胞的形成; ②降低肝脏中细胞色素P450（cytochrome P450, CYP）7A1和CYP27A1（参与胆汁酸合成的酶）的表达以及胆汁酸的转运蛋白, 从而减少胆固醇的清除; ③TMAO会影响胆固醇的代谢, 可能通过下调胆固醇的吸收靶点ABCG5/8和NPC1L1降低肠道对胆固醇的吸收, 但其对胆固醇逆转运的抑制作用还未完全清楚。（2）TMAO促进血管炎症, 招募大量白细胞到内皮细胞并激活白细胞, 通过丝裂原活化激酶以及核酸因子-κ B的信号通路促进血管炎症发生, 低密度脂蛋白（low-density lipoprotein, LDL）受体敲除的小鼠用胆碱喂养, 发现其体内炎症相关基因的表达高于正常伺料喂养的小鼠, 当小鼠体内直接快速注入TMAO时, 也发现炎症相关基因表达增加[32]。
近期ZHU等[33]发现肠道微生物的代谢产物TMAO会增加血栓形成的风险。研究者对4 000多名受试者进行前瞻性的为期3年的血栓事件（心肌梗死、脑卒中）随访, 并统计了血液中TMAO含量与血栓发生风险的相关性, 结果
发现血栓发生风险与TMAO呈剂量依赖的正相关关系。随后动物研究证实TMAO通过血小板激活剂（ADP、凝血酶和胶原蛋白）和三磷酸肌醇的信号通路促进胞内钙库释放Ca2+, 从而介导血小板的高反应性, 促进血小板的聚集和黏附, 进而加快凝血速度, 增加血栓形成的风险。而对无菌小鼠或服用广谱抗菌药物的正常小鼠喂食胆碱, 发现并不会产生TMAO导致的血栓事件, 说明肠道微生物促进了胆碱转化为TMAO。通过16S rRNA测序对饮食中胆碱丰富的小鼠的肠道微生物多样性进行分析, 与对照组相比, 其肠道内有3个菌属所占比例增加, 5个菌属减少, 进一步对肠道微生物的蛋白组分析发现增加的菌群其胆碱、TMA裂解酶的活性显著升高。随后, 对肠道微生物移植, 发现TMAO的生成和血栓形成的可能性是可以传递的, 也证实了动脉粥样硬化易感性也可以通过TMAO的生成在移植肠道微生物的供者和受者之间传递。
2.3 肠道微生物与癌症
健康人体肠道微生物、外界环境以及宿主的免疫情况三者处于动态平衡之中, 这种平衡有助于维持机体正常的免疫防御功能。当这种平衡被打破时, 就会导致各种疾病, 近年发现肠道微生物在癌症的发生、发展上扮演重要角色。癌症的发生和发展主要与致病菌株、肠道微生物的代谢产物以及由其引起的慢性炎症有关[34]。
幽门螺杆菌是第1个国际癌症研究机构认定的致癌细菌, 近年发现肠道微生物的某些菌株也会引起癌症。黏附侵袭型的大肠埃希菌菌株NC101和产肠
毒素的脆弱拟杆菌在易感小鼠体内会促进结直肠癌的发生, 其可诱导肠上皮细胞生成精胺氧化酶, 促进活性氧簇（reactive oxygen species, ROS）的生成, 损伤DNA[35]。BONNET等[36]在结直肠癌患者的肠黏膜的组织中发现大量致病的大肠埃希菌菌株11G5, 其可能通过促进炎症以及释放毒素导致癌症的发生。结直肠癌患者的癌组织中可见梭杆菌属、解没食子酸链球菌、弯曲杆菌属, 其致癌性已在动物实验中得到证实。肠道微生物也可能导致肠外组织癌症的发生, 在小鼠实验中, 发现鼠科类的肝螺杆菌会增加乳腺癌和肝癌的发生[37]。
肠道微生物代谢饮食中含硫的物质生成H2S, 其对肠道细胞有毒性作用, 会抑制丁酸盐的氧化, 导致肠道屏障受损, 从而使肠道内大量微生物进入体内; H2S也具有基因毒性, 产生ROS损伤DNA。摄入大量蛋白质, 会增加结肠内微生物对其代谢, 芳香族氨基酸经肠道微生物发酵, 产生大量具有生物活性的物质, 如苯乙酸、苯酚和吲哚等, 这些含氮的化合物, 尤其是N-亚硝基复合物（N-nitroso compound, NOC）, 可使DNA烷基化, 从而导致基因突变, 易致癌, 肠道微生物代谢产生的多胺类物质通过分解代谢也可致癌。肠道微生物的代谢产物胆汁酸促进肠上皮细胞产生ROS和活性氮簇（reactive nitrogen species, RNS）, 损伤DNA。对结直肠癌患者的研究发现其粪便中的胆汁酸浓度较高, 给小鼠喂养次级脱氧胆汁酸, 发现其短链脂肪酸的产量减少, 肠道屏障易受损伤[35]。
长期的慢性炎症是癌症的主要危险因素, 肠道微生物可导致机体长期处于低度炎症的状态。微生物的代谢产物可导致细胞损伤, 释放促炎因子[如白细胞
2020肠道微生物与人类疾病关系的研究进展(完整版)
