最新综述 | 肠道菌群调节能量代谢机制

2019-01-15 18:04:35, 董小橙麦特绘谱生物科技(上海)有限公司

比利时鲁汶大学Patrice D. Cani等人于2019年1月7日在《Nature Metabolism》上发表了题目为《Microbial regulation of organismal energy homeostasis》的文章。该文章全面综述了肠道微生物影响宿主能量代谢的各种机制。

综述摘要

肠道微生物组已成为宿主代谢的关键调节因子。

在这里，我们回顾肠道微生物组影响其宿主能量代谢的各种机制，突出肠道微生物，其代谢产物和宿主细胞之间的复杂相互作用。其中最重要的细菌代谢产物是短链脂肪酸，它可作为宿主细胞的直接能量来源，刺激肠道激素的产生，并在大脑中起作用以调节食物摄入。其他微生物代谢物通过影响产热和脂肪组织褐变来影响全身能量消耗。对于特定代谢物，例如胆汁酸，支链氨基酸，吲哚丙酸和内源性大麻素，已经了解了它们的直接和间接作用机制。我们还讨论了特定细菌在特定代谢物生产中的作用，并探讨外部因素如抗生素和运动如何影响微生物组，从而影响能量稳态。

总的来说，我们提供了大量证据支持基于肠道微生物群的疗法可用于调节宿主代谢的概念，我们期望在不久的将来这种方法从实验室转移到临床。

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图1 | 能量收获和新陈代谢。肠道微生物群的组成是影响细菌发酵特定非消化性碳水化合物和纤维的能力的关键因素。尽管摄入相同的饮食（就纤维的数量和组成而言），受试者的不同肠道微生物群导致不同的非消化性碳水化合物发酵谱和不同量的SCFAs。因此，这些不同的微生物群可以有助于从饮食中获得或多或少的能量收获。

图2 | 肠道微生物群通过肠-脑轴调节能量摄入。SCFAs主要以肠激素依赖性方式影响食物摄入：SCFAs连接肠内分泌L细胞上的GPR-41和GPR-43受体，从而刺激GLP-1和PYY的释放。反过来，GLP-1和PYY调节作用于在ARC和NTS或迷走神经末梢中表达的肠激素受体的脑摄食中心的活性。最近的一项研究表明，SCFAs还可以通过迷走神经或直接进入大脑，以肠激素非依赖性方式调节能量摄入。微生物成分，如ClpB，也在宿主的食欲控制中发挥作用。除了直接产生神经递质外，肠道微生物群还调节肠道和中枢水平的宿主合成和神经递质的释放。此外，肠道微生物群是否影响涉及饮食的享乐调节的多巴胺能回路还正在研究中。

图3 | 肠道微生物群与宿主之间的相互作用及其对代谢的调节。内源性和外源性因素影响肠道微生物群，其反过来通过产生各种介质影响几个器官的功能。这些介质包括胆汁酸，SCFAs，ECS，TMAO，BCAAs，IPA，内毒素和微生物组分，肠激素和神经递质。宿主代谢最终依赖于调节葡萄糖体内平衡，炎症，体温调节，氧化还原平衡和能量稳态的各种组分。

图4 | 肠道微生物群及其衍生的代谢物影响宿主能量稳态。SCFAs是微生物群发酵的副产物。在小鼠研究中，数据表明SCFAs在能量稳态中发挥了作用。丁酸盐已被证明可诱导脂肪分解，脂肪酸氧化和产热，而醋酸盐则发挥抗脂肪分解作用并增强白色脂肪组织米化。在肝脏中，醋酸盐限制脂肪积累并刺激线粒体活动。肠道微生物群和胆汁酸相互影响;后者是能够通过TGR5信号诱导棕色脂肪组织和白色脂肪组织产热来调节能量消耗的生物活性脂质。当A. muciniphila增加时，在白色脂肪组织中经常观察到增强的米化。