比菲德氏菌（雙歧桿菌）：早期人類腸道菌群的關鍵成員

英文文獻出處：Microorganisms. 2019 Nov 9;7(11):544. doi: 10.3390/microorganisms7110544.

雙歧桿菌通常代表健康母乳喂養嬰兒中人類腸道菌群中最豐富的細菌。 雙歧桿菌雙歧桿菌物種的成員構成了這些雙歧桿菌群落中的主要分類單元之一，並已顯示出顯著的生理和遺傳特徵，包括對上皮的粘附以及宿主衍生的聚醣的代謝。在當前的審查中，我們討論有關雙歧雙歧桿菌物種的特定生物學特徵的當前知識，這些知識支持雙歧雙歧桿菌對人類腸道的特殊適應性及其在支持宿主健康方面的意義。

雙歧桿菌屬的一般特徵

雙歧桿菌屬屬於放線菌屬，該屬與其他九個屬一起構成雙歧桿菌科[1]。 目前，雙歧桿菌屬由80個亞種組成，分佈在七個不同的生態位中，包括人類，非人類哺乳動物，鳥類和社交昆蟲的胃腸道。 廢水; 和口腔[2,3]。 值得注意的是，這些生態起源可能代表了所有這些生境所共有的生物生態位，其特徵是大量的雙歧桿菌寄主正在將其孩子交給父母照料。 因此，它們的生態起源也許是由雙歧桿菌細胞的母體遺傳所致。 有趣的是，最近通過對母親及其相應的孩子中（幾乎）相同的雙歧桿菌菌株進行定位（見下文），證實了這種假設[4,5]。

從各種動物/哺乳動物宿主中分離出了少量的雙歧桿菌（亞）種，如假雙歧桿菌，青春雙歧桿菌，假雙歧雙歧桿菌和雙歧雙歧桿菌，因此被認為是世界性雙歧桿菌類群[6]。相反，其他類群如短雙歧桿菌似乎分佈較差，這可能是由於宿主特異性的適應性行為引起的[6]。在靈長類動物中發現的雙歧桿菌中，某些雙歧桿菌物種通常在成年人中鑑定出來，例如青春雙歧桿菌和鏈狀芽孢桿菌，而其他雙歧桿菌物種例如雙歧桿菌，短雙歧桿菌和長雙歧桿菌亞種。嬰兒更常見於母乳喂養嬰兒的糞便樣本中[7]。但是，似乎雙歧桿菌（亞）物種沒有嬰兒和成人的絕對區分。從雙歧桿菌物種從母體到兒童的垂直傳播的角度來看，這些發現是有道理的，其中還包括成年型物種，如青春雙歧桿菌[8,9]。在成年/新生兒GIT中，一個物種優於另一個物種的優勢受腸道菌群組成不同的複雜性影響，而復雜性又很大程度上取決於宿主飲食[10]。

人腸雙歧桿菌群落

雙歧桿菌在嬰兒出生後的最初幾週內迅速定居在嬰兒的腸道中，這一現像在很大程度上被特定母乳來源的低聚醣（通常被稱為人乳低聚醣（HMO））的雙歧化活性所驅動。基於元基因組的分析顯示，少量的雙歧桿菌物種（如短雙歧桿菌）數量很多，其次是“成人型”雙歧桿菌類群（如長雙歧桿菌和青春雙歧桿菌）[11]。即使基於FISH和宏基因組學分析的微生物譜分析實驗已預測其在成年大腸中的相對負荷約為總微生物總數的4.3±4.4％，人腸中雙歧桿菌豐度的水平也會隨著年齡的下降而下降。[12,13 ]。

近年來，對人類腸道的一些宏基因組學以及與文化有關的研究已經允許詳細剖析這種環境中存在的雙歧桿菌生物多樣性[6,7,14,15,16]。值得注意的是，此類分析表明，人類結腸中存在的最豐富和最普遍的雙歧桿菌類群是短雙歧桿菌，雙歧雙歧桿菌，長雙歧桿菌，青春雙歧桿菌，假雙歧桿菌，假性假單胞菌和動物雙歧桿菌亞種，乳酸菌。這些研究強調，不同個體中雙歧桿菌腸道群落組成的變化突出了受試者之間和受試者內部的變異性，這與之前描述的整個腸道菌群的較大變異性是一致的[12,17 ]。

最近，通過對雙歧桿菌rRNA基因座的內部轉錄間隔區（ITS）區域進行了測序，對嬰儿期存在的雙歧桿菌群落進行了詳細分類，與16S rRNA基因相比，它可以顯著提高分類學分辨率[18]。 ]。在這項研究中，建立在嬰兒糞便樣本中存在的雙歧桿菌群落概況上的層次聚類突出了四個雙歧桿菌群（即雙歧桿菌型）的出現，其特徵是特定的，常見的共生類群，例如短雙歧桿菌（B. breve），B。雙歧桿菌，青春雙歧桿菌或長雙歧桿菌[19]。在這種情況下，雙歧雙歧桿菌被證明是這些雙歧桿菌類型中的重要分類單元，其中雙歧雙歧桿菌的發生與從嬰兒糞便樣品中回收的許多其他雙歧桿菌物種有關。

有趣的是，一項通過16S rRNA基因微生物譜分析和qPCR比較了用牛乳配方粉或母乳喂養的嬰兒的糞便微生物群組成的研究表明，母乳中的短雙歧桿菌和雙歧雙歧桿菌的豐度都更高於配方奶粉嬰兒[20]。此外，據觀察，具有較高雙歧桿菌載量的樣品的特徵是存在大於總雙歧桿菌種群10％的雙歧桿菌[20]。母乳喂養嬰兒的糞便中雙歧桿菌總數最高與雙歧雙歧桿菌種群之間的聯繫表明營養因素在確定這種關聯中發揮了作用[20]。

此外，牛奶樣品中存在的雙歧桿菌群落經常含有雙歧雙歧桿菌菌株，這表明牛奶是雙歧桿菌垂直傳播的關鍵載體[19,21]（圖1）。

圖1.雙歧雙歧桿菌在人腸道中發揮的主要特性的示意圖。 具體而言，文獻中有大量證據表明雙歧雙歧桿菌能夠通過不同機制與宿主和腸道菌群的其他成員相互作用，激活宿主免疫力，以其細胞外結構粘附於腸道粘膜並代謝宿主 聚醣，例如粘蛋白。 有關更多說明，請參見正文。

結論

已描述了許多雙歧雙歧桿菌菌株可產生有益的作用，包括對諸如幽門螺桿菌等病原體的抗菌作用[76,77]，受壞死性小腸結腸炎影響的早產兒腸粘膜中的細胞凋亡下降[78]，對宿主的調節免疫系統[79,80]和與某些慢性腸道功能障礙有關的炎症活動減輕[81,82]。然而，在嬰兒的自然生態環境中，沒有對這些特徵進行過任何詳細的研究。在這樣的環境中，雙歧桿菌細胞有望在啟動免疫系統，增強粘液層和調節正確的菌群穩態方面建立重要的功能。然而，為了在人的腸道中利用可能的益生菌活性，細菌細胞必須在該人體艙中存活。此外，它們還應在人的腸道中定植，競爭並持續存在。因此，雙歧雙歧桿菌益生菌菌株需要在胃腸道挑戰下生存[83]，並且應該能夠在人的腸道內定殖，從而對腸道內的微生物群落產生影響。促進人類健康的微生物表現出的另一個顯著特徵是其置換病原體並與病原體競爭的能力。在這種情況下，體外實驗證明雙歧雙歧桿菌PRL2010細胞強烈抑制腸病原菌的黏附，包括大腸桿菌和阪崎腸桿菌（Cronobacter sakazakii）[83]，它們常與嬰兒的嚴重胃腸道疾病有關。

值得注意的是，對於目前作為益生菌商業化的大多數雙歧桿菌菌株，關於支持其聲稱的益生菌作用的分子機制的信息很少。

除了將雙歧雙歧桿菌菌株用作嬰兒益生菌外，這些微生物的另一種可能用途包括在懷孕期間對婦女進行治療。這種益生菌的給藥策略可能是關鍵的，以便在分娩前通過雙歧雙歧桿菌細胞調節母親的腸道植入，從而確保建立適當的雙歧桿菌群落，然後該雙歧桿菌群落將被新生兒垂直遺傳。但是，在提出有意義的益生菌聲稱（對人類）之前，必須進行涉及雙歧桿菌的各種臨床試驗。