赵立平教授发表Nature综述:肠道菌群的致病作用

【字体: 时间:2013年08月08日 来源:生物通

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  来自上海交通大学的赵立平教授在复杂微生物群落结构分析技术和统计计算方法等方面做了很多创新性工作,并通过多年研究,对微生物群落结构与功能的关系做了大量的研究工作。近期他受邀在Nature Review of Microbiology杂志上发表综述性文章,论述了肠道菌群作为致病因素在肥胖病发生、发展中的地位和作用,并提出了进一步深入研究该问题的策略。

  

生物通报道:来自上海交通大学的赵立平教授在复杂微生物群落结构分析技术和统计计算方法等方面做了很多创新性工作,并通过多年研究,对微生物群落结构与功能的关系做了大量的研究工作。近期他受邀在Nature Review of Microbiology杂志上发表综述性文章,论述了肠道菌群作为致病因素在肥胖病发生、发展中的地位和作用,并提出了进一步深入研究该问题的策略。

基因与环境相互作用决定人体健康,目前大量的研究都集中在分析人的基因组成与疾病易感性和药物敏感性的关系上。但是在人体内发挥作用、影响我们生老病死的不仅有人的基因,还有大量的共生微生物的基因。

人体内有两个基因组,一个是从父母那里遗传来的人基因组,编码大约2.5万个基因;另一个则是出生以后才进入人体、特别是肠道内的多达1000多种的共生微生物,其遗传信息的总和叫“微生物组”,也可称为“元基因组”,它们所编码的基因有100万个以上。两个基因组相互协调、和谐一致,保证了人体的健康。因此,在研究基因与人体健康关系时,一定不能忽略共生微生物基因的研究。

在这篇述评文章中,赵立平教授借用研究传染病致病因素的“科赫法则”作为理论框架,对涉及到菌群与肥胖关系的研究论文进行了对比、归纳和整理分析,提出了肠道菌群是肥胖病发生必须经过的“哨卡”的观点,特别指出:肠道菌群中的一些内毒素产生菌是肥胖的致病菌,而肥胖可以被看作是这类肠道细菌引起的疾病。

为了进一步深入研究证实这个观点,他提出了通过:1)全微生物组关联分析寻找关键细菌种类;2)分离出这些功能菌,在无菌动物模型中复制疾病以及,3)阐明从肥胖致病菌到疾病各种症状的出现之间的分子机制,这样三者合一,探究肠道细菌在肥胖病发生、发展中的地位和作用的研究策略。这种策略也可以应用于肠道菌群与其它慢性病的关系研究,这对于深入认识人体慢性病的发病机制,开发新的疾病诊断、预防和治疗的新技术、新方法具有重要的意义。

近期赵立平研究组还与中科院营养科学研究所等处合作,指出节食可以增加与小鼠寿命呈正相关的细菌的量。这一发现提示,节食也许是通过造成一个更健康的菌群来促进宿主健康、延长寿命的。赵立平教授称,这对于在人群中开展节食的膳食干预提供了很好借鉴。

实验表明,小鼠的肠道菌群与年龄相关,所有动物老年时期的肠道菌群都与中年时期发生了巨大变化。而在中年时期,小鼠的肠道菌群则主要受到饮食影响。其中低脂节食组动物的肠道菌群与其他动物有着显著不同,而高脂节食动物的菌群相对高脂自由取食组也发生了一定变化。运动对肠道菌群的影响则并不显著。而从动物生理指标看,寿命最长且在中年时期代谢指标(体重、体脂、血脂、糖耐受等)最为健康的动物是低脂节食组,其寿命中位数比低脂自由取食组增加了20%,而其最高寿命比健康状况最差、寿命最短的高脂自由取食组动物增加了50%。而减少高脂饲料的摄入(高脂节食组),则能够使小鼠寿命显著增加,达到与低脂自由取食和低脂运动组动物寿命相近的效果,并且这三组动物代谢指标也较为类似。运动只在高脂饲料背景下有延长寿命的作用,而在低脂饲料动物中没有显著影响。实验结果说明,高脂饮食引起的肥胖及相关的代谢性疾病与衰老和寿命缩短有很大关系,而节食对于肠道菌群的调节能够改善代谢指标,这是节食延长寿命的作用途径之一。

原文摘要:

The gut microbiota and obesity: from correlation to causality

The gut microbiota has been linked with chronic diseases such as obesity in humans. However, the demonstration of causality between constituents of the microbiota and specific diseases remains an important challenge in the field. In this Opinion article, using Koch's postulates as a conceptual framework, I explore the chain of causation from alterations in the gut microbiota, particularly of the endotoxin-producing members, to the development of obesity in both rodents and humans. I then propose a strategy for identifying the causative agents of obesity in the human microbiota through a combination of microbiome-wide association studies, mechanistic analysis of host responses and the reproduction of diseases in gnotobiotic animals.

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