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The human microbiome: at the interface of health and disease

Nat Rev Genet. 2012 Mar 13;13(4):260-70.

    動物宿主與其微生物之間的相互作用從遠古就已經開始,微生物在生物體內影響著許多生理功能,包含:抵抗外來致病原、參與代謝及幫助再生,因此微生物宿主健康疾病息息相關[1]

    微生物的組成依據人體不同部位而有差別,在頭髮、鼻孔、口腔、食道、胃、大腸、陰道及皮膚,菌群結構都有所不同,而人體內菌群分類主要包含:Actinobacteria (放線菌門)、Firmicutes (厚壁菌門)、Proteobacteria (變形菌門)、Bacteroidetes (擬桿菌門)、Cyanobacteria (藍菌門)及Fusobacteria (梭桿菌門),在身體各個部位的分佈如圖一。而飲食改變、季節、藥物、感染及環境都會影響菌群的結構[2]

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圖一、身體各部位菌群分佈及百分比

    在相近的同物種之間,菌群結構有較低程度的差異性,同時具有相似及高保留性的總體基因體(metagenomics,是指與人類共生的全部微生物的基因總和,又被稱為「微生物組」或「人類第二基因組」[3]),高度保留的細菌在蛋白合成、核酸代謝等都有相似的特性[圖二]。

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圖二、細菌基因的高度保留

    越來越多證據顯示,這些菌群能從母親繼承,主要的原因為,在羊膜囊破裂前,胎兒被認為是無菌的,當在分娩過程中,經過陰道時為第一次接觸道微生物,而嬰兒口中的微生物菌群也被證實與母親陰道菌群非常類似,都是以乳酸桿菌為主[4]。現代許多透過剖腹的生產方式,也會影響因嬰兒菌群的結構,而影響胎兒的健康。另外透過咀嚼過的食物餵母乳皮膚接觸都能將母親身上的菌群帶入嬰兒體內,建立在嬰兒體內的菌群結構(圖三)。

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圖三、正常菌群從母親繼承至嬰兒的管道

    整體而言,微生物倒底是如何影響人體健康的呢?目前的研究集中在描述特定疾病狀態下,觀察到的疾病過程、病理現象及微生物菌群結構的變化,以下為本篇期刊論文對過去文獻的回顧:

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    其中以結腸微生物群結直腸癌的關係為例,在過去一直懷疑結直腸微生物群與結直腸癌的發展有關聯性,可能的原因包含:(1)微生物會合成短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)或其他代謝物,其中短鏈脂肪酸中的丁酸鹽(butyrate)可能會導致細胞凋亡、細胞週期停滯及分化[5]。(2)微生物透過T輔助17(Th17)T細胞刺激過度的免疫反應而提高結直腸癌的發生風險。(3)抗生素的不當使用會改變腸道中的菌群結構,同時也會影響宿主基因表達進而調控細胞週期的運行,降低腸道上皮細胞增生[6]。(4) 在許多結直腸的臨床檢體中,與腫瘤最有關連性的為厭氧菌中的Fusobacterium nucleatum,但其作用及機轉目前還未被釐清[7]

    從本篇論文中可得知,微生物人體的健康有密不可分的關係,當身體菌群結構改變時,可能會產生有毒致癌化學成分,在長期暴露下一點一滴累積致病的風險,因此平常的身體保養顯得格外重要,均衡的飲食及減少服用不必要的藥物(如:抗生素)使用,維持正常菌群的結構,就能有減少疾病(如:結直腸)的產生。

 

參考資料:

1. Ochman, H. et al. Evolutionary relationships of wild hominids recapitulated by gut microbial communities. PLoS Biol. 8, e1000546 (2010).

2. Eckburg, P. B. et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science 308, 1635–1638 (2005).

3. 維基百科http://t.cn/RBmi27m

4. Dominguez-Bello, M. G. et al. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 11971–11975 (2010).

5. Lazarova, D. L., Bordonaro, M., Carbone, R. & Sartorelli, A. C. Linear relationship between Wnt activity levels and apoptosis in colorectal carcinoma cells exposed to butyrate. Int. J. Cancer 110, 523–531 (2004).

6. Reikvam, D. H. et al. Depletion of murine intestinal microbiota: effects on gut mucosa and epithelial gene expression. PLoS ONE 6, e17996 (2011).

7. Krisanaprakornkit, S. et al. Inducible expression of human β-defensin 2 by Fusobacterium nucleatum in oral epithelial cells: multiple signaling pathways and role of commensal bacteria in innate immunity and the epithelial barrier. Infect. Immun. 68, 2907–2915 (2000).

 

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