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【Nature】人体不同部位的微生物群

发表时间:2023-07-05 11:48

不同环境提供了不同的营养资源、温度、湿度、pH值等生态因素,这些因素会影响各种微生物的生存和繁殖。

人体微生物群是指在人体内外生活的微生物群落,包括细菌、真菌、病毒等。这些微生物群落分布在人体的不同部位,如口腔、皮肤、肠道、生殖道、大脑等。人体的不同部位提供了不同的环境条件,适合不同类型的微生物生长和繁殖。

每个部位的微生物群落都有其独特的组成和功能,它们与人体之间存在着相互作用和影响。

注:肠道微生物是人体内最丰富、最多样化、功能**的微生物群落

在人体内,微生物群主要包括以下几个方面:

肠道微生物群

肠道提供了温暖、潮湿、酸性和富含营养物质的环境,适合多种菌群的繁殖。此外,肠道还有大量的食物残渣和纤维素,为益生菌提供了生长的基质。

肠道中居住着高度多样化的微生物群落,其肠道内容物密度达到10^12个微生物/毫升,包含超过1000万个基因。

一般来说,肠道首先由兼性厌氧菌如肠球菌(Enterococci)和肠杆菌(Enterobacteria)定植,然后由专性厌氧菌定植。

肠道微生物群所拥有的基因编码了数千种微生物酶和代谢物。它们在消化、降解、消除有毒化合物、将难消化的复合糖聚合物转化为短链脂肪酸和维生素等多种功能中发挥着关键作用。

肠道菌群的分布

Ayariga JA,et al.ArchMicrobiol.2022

空肠和回肠中主要的微生物群

通过分析空肠和回肠内容物,发现最丰富的群落是链球菌(Streptococci)、乳杆菌(Lactobacilli)、γ-变形杆菌、肠球菌(Enterococcus)和拟杆菌(Bacteroides)。

随着小肠远端向回肠推进,微生物群落变得更加复杂。回肠末端以梭菌科、毛螺菌科、消化链球菌科、瘤胃球菌科、肠杆菌科和拟杆菌科较丰富。

此外,十二指肠还含有与胃相似的菌属,包括肠杆菌科、链球菌科、韦荣氏球菌科和假单胞菌科。

结肠中主要的微生物群

结肠中栖息的微生物群丰富多样,主要包括放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和疣微菌门。

与小肠相比,结肠黏液有更明确的层状组成。结肠黏液层具有物理清除细菌的内黏液层,并含有针对微生物群的免疫效应细胞。外层是松散的,为许多微生物提供了一个定植点。

嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia)、瘤胃球菌(Ruminococcus)和一些拟杆菌属是肠道黏液外层的居民。

肠道核心微生物群

此外,从肠腔到粘膜存在氧梯度,并通过结肠向下移动,对结肠微生物组成产生影响。大部分细菌种类总是存在并形成稳定的核心微生物群。

这些核心微生物包括另枝菌属(Alistipes)、拟杆菌(Bacteroides)、经黏液真杆菌属(Blautia)、粪杆菌(Faecalibacterium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、罗氏菌属(Roseburia) 、 普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)和颤螺菌属 (Oscillospira)。

口腔微生物群

口腔是微生物群落多样性排名第二的地方,大约有700种不同亚群的细菌。

人体口腔包含牙龈、面颊、扁桃体、舌头、牙齿、软硬腭等多种微生物环境。口腔提供了温暖、潮湿和富含碳水化合物的环境,适合细菌的繁殖。此外,口腔还含有唾液,其中的酶可以帮助控制微生物的生长。

由于口腔内含有众多菌群,因此有自己的数据库——人类口腔微生物组数据库。健康人的唾液中含有Gemella、韦荣氏球菌属(Veillonella)、奈瑟菌属(Neisseria)、梭杆菌属(Fusobacterium)、链球菌属(Streptococcus)、普氏菌属(Prevotella)、Pseudomonas、放线菌属(Actinomyces) 等多个属,占总分类群的96%。

胃部微生物群

早期的理论认为胃是一个无菌器官,不适合细菌生存,然而胃腔内幽门螺杆菌的发现打破了这一观点。

采用16S rRNA测序技术的研究进一步表明,胃内存在着链球菌(Streptococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)、肠球菌、葡萄球菌(Staphylococcus)、以及变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和梭杆菌门。

呼吸道微生物群

呼吸道包括鼻腔、咽喉和肺部等部位。这些部位通常比较干燥,但仍然存在微生物的定居。

鼻腔中的微生物群

鼻腔是人体呼吸道的入口,也是微生物的**个定居地。鼻腔内存在多种细菌,如葡萄球菌、链球菌等。这些细菌可以与宿主共生,帮助抵御潜在的病原体侵袭。

鼻腔内还有纤毛和黏液,可以帮助清除微生物

咽喉处的微生物群

咽喉是连接鼻腔和气管的部位,也是呼吸道的一部分。咽喉内存在多种细菌,包括厌氧菌和革兰氏阴性菌等。这些细菌参与了呼吸道的免疫调节和防御功能。

肺部的微生物群

正常情况下,肺部是相对无菌的环境。然而,在某些情况下,如免疫系统受损或存在呼吸道感染时,肺部可能会受到微生物的感染。常见的肺部微生物包括肺炎链球菌、流感病毒等。

皮肤微生物群

皮肤被认为是人体**的器官。皮肤是一个动态的、复杂的生态系统,其中含有许多共生细菌。皮肤是人体最外层的保护屏障,同时也是微生物的栖息地。皮肤表面有油脂和汗液分泌物,提供了微生物生长所需的水分和营养物质。

注:研究表明,皮肤的生理特征,如温度、湿度、pH值、皮脂含量等,会影响和塑造微生物群。皮肤微生物群落的变异性和多样性还受到人口统计学、遗传学、区域环境波动等因素的影响,从而导致微生物群落结构的改变。因此,皮肤微生物群应该是****的,因此可以作为“微生物指纹”。

最近的研究,在毛囊深处发现了大量细菌。棒状杆菌(Corynebacterium)和葡萄球菌(Staphylococcus)在特定的身体部位如脚底和腘窝繁殖良好。

湿润和干燥皮肤下的微生物群不同

大多数不同种类,以及不同相对丰度的厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门和放线菌门都被发现存在于干燥的皮肤中。

注:变形杆菌定植于深层的皮肤区域,可能参与控制宿主和环境之间的皮肤稳态。

棒状杆菌(Corynebacterium)是一种普遍存在于湿润和干燥皮肤的菌属,在表皮区比真皮区数量更丰富。

此外,Pelomonas spp是皮肤群落的核心共生生物之一。对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌、马拉色菌等皮肤相关微生物进行分析,有助于阐明其复杂的分子机制及与皮肤的关联。

注:后三种被发现在湿润的皮肤占主导地位。

阴道和尿道微生物群

阴道酸性较高,含有乳酸菌等益生菌。阴道微生物群被认为是预防许多泌尿生殖系统疾病的关键,可以防止病原体在阴道内定植。如艾滋病毒、细菌性阴道病和酵母菌感染。

然而,与月经周期相关的激素变化可以显著改变微生物群的组成,并在阴道微生物群的动态中发挥主导作用。

女性生殖道微生物群

测序表明,主要的乳杆菌属,如卷曲乳杆菌(L.crispatus)和惰性乳酸杆菌(L.iners)构成了一个“健康”的阴道微生物群。

这些物种产生乳酸、抑菌和杀菌分子,创造一个低pH的生态位,并通过竞争排斥提供保护。阴道微生物群的一部分在分娩时传递给婴儿,这反过来又推动了新生儿消化道中微生物群的初始定植。

男性生殖道微生物群

与女性生殖道和其他身体部位相比,男性生殖道微生物群的鉴定和研究一直较少。

男性下生殖道(即尿道和冠状沟)的微生物群主要由放线菌门、梭菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门组成,尽管受试者之间存在很大的差异。

注:与未行包皮环切术的个体相比,人工干预包皮环切术导致革兰氏阴性菌和厌氧菌的丰度减少。

大脑微生物群

一系列突破性研究表明神经和神经胶质细胞内存在微生物。然而,生活在大脑中的共生细菌比肠道中的要少的多。

大脑常驻微生物的RNA测序显示,这些微生物属于肠道中常见的门,即厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门,它们可能影响情绪、行为或使个体易患神经系统疾病。

注:先前的研究表明,弓形虫可以侵入大脑,但不会引起明显的疾病。

大脑微生物群主要在黑质、海马体和前额叶皮层的星形胶质细胞内,这些发现有助于未来研究与神经精神疾病的关联。

血液微生物群

人类的血液通常被认为是无菌的,然而最近的研究表明,健康的人有一个血液微生物群。

血液中的微生物主要是其他部位转移而来

来自不同队列的测序数据描述了9770名健康人血液中的微生物。过滤污染物后,血液中有117种微生物,它们主要是来自胃(n=40)、口腔(n=32)和泌尿生殖系统(n=18)的共生菌,而不是医院血液培养中发现的病原体。

这些发现不支持人类血液固有稳定核心微生物群的观点。相反,它支持共生微生物从其他身体部位暂时和偶尔转移到循环中。


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