肠道重要菌属——埃希氏菌属 （Escherichia）, 肠道炎症和生态失调相关

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埃希氏菌属 (Escherichia)，是一种常见的细菌。其中最著名的种是大肠杆菌（Escherichia coli），大肠杆菌是一种厌氧菌，通常生活在人和动物的肠道中。在成人的横断面研究中，大肠杆菌是超过90%个体肠道微生物组的成员，是最早在新生儿出生时定植的细菌之一。

埃希氏菌属细菌是一类适应于肠道环境的细菌，其代谢能力丰富，既可以进行好氧代谢，又可以进行发酵代谢。

大肠杆菌在正常情况下对人体无害，但某些菌株也可能引起感染和疾病。例如，某些毒力菌株的大肠杆菌可引起食物中毒，导致胃肠道症状，如腹泻、呕吐和腹痛。此外，大肠杆菌也可能引起泌尿系统感染和其他感染性疾病。

除了大肠杆菌，埃希氏菌属还包括其他一些菌株，如致病性的Escherichia albertii 和 Escherichia fergusonii。这些菌株在临床上相对较少见，但仍然可能引起感染和疾病。

本文我们来了解大肠杆菌的特性，代谢途径，和其他菌群相互作用等，可以更好地从肠道菌群的复杂性中窥探其在人体健康中的重要角色，并为预防和治疗相关疾病提供指导。

01
埃希氏菌属的特点

埃希氏菌属（Escherichia）是革兰氏阴性细菌中的一类，其中最为知名的是大肠杆菌（Escherichia coli）。

以下是埃希氏菌属的一些特点：

生存条件

埃希氏菌属细菌主要存在于人类和动物的肠道中，是正常肠道菌群的一部分。

- 适宜温度：埃希氏菌属细菌一般生长在温度范围为20°C-45°C之间，最适生长温度约为37°C。

- 厌氧/需氧：大多数肠杆菌属细菌为好氧生物，但也有一些菌株可以在缺氧条件下生长。

代谢需求

- 好氧代谢：埃希氏菌属细菌能够利用氧气进行呼吸代谢，产生能量。

- 发酵代谢：埃希氏菌属细菌也可以进行发酵代谢，利用糖类等有机物产生能量。

常见菌株

埃希氏菌属目前包括：

• Escherichia coli
• Escherichia fergusonii
• Escherichia albertii
• Escherichia hermanii
• Escherichia vulneris
• Escherichia blatae

序列比较表明，E. fergusonii 和 E. albertii 与大肠杆菌密切相关，而其余三个物种在进化上可能更为遥远。

志贺氏菌菌株在系统发育上与某些大肠杆菌菌株的关系比某些大肠杆菌菌株之间的关系更为密切。

- 大肠埃希氏菌属，又叫大肠杆菌（Escherichia coli）：是埃希氏菌属中最为重要的菌株之一，广泛存在于人类和动物的肠道中。大肠杆菌具有多种毒力因子，包括肠毒素和肠出血性大肠杆菌毒素。

- 弗氏埃希氏菌（Escherichia fergusonii）：是埃希氏菌属的另一种菌株，也存在于人类和动物的肠道中，但其致病性较低。

传播途径

肠道感染的传播途径通常是粪口传播，可以通过人传人、直接接触动物或其环境，或者通过食用受污染的食物或水。

内源性感染途径也是可能的（例如细菌从肠道转移到血液），导致肠外疾病，并且更常见于免疫功能低下的人群，或患有肝硬化或接受化疗等基础疾病的人。

肠道感染

最重要的肠道病原体是肠沙门氏菌、大肠杆菌的某些菌株、志贺氏菌和小肠结肠炎耶尔森氏菌。在急性腹泻期间从粪便标本中分离出的肠杆菌科细菌，可能反映了粪便菌群的剧烈变化，而不是症状的原因。

代表菌大肠杆菌

大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的革兰阴性细菌，存在于人类和动物的肠道中。大肠杆菌的大多数菌株对人类无害，但也有一些菌株具有致病性，可以引起不同程度的疾病。以下是一些主要的致病毒株和它们的具体信息：

大肠杆菌O157:H7

- 特点：产生肠出血性大肠杆菌毒素（Shiga毒素），引起严重的肠道感染。

- 病症：可导致急性胃肠炎、腹泻、腹痛、呕吐和血便，严重时可引起溶血性尿毒症综合征（HUS）。

- 传播途径：食物污染（尤其是未煮熟的牛肉）、接触感染（粪口传播）等。

大肠杆菌O26、O45、O103、O111、O121和O145（非O157致病毒株）

- 特点：产生肠出血性大肠杆菌毒素，与O157:H7类似，但毒力较弱。

- 病症：引起类似O157致病毒株的症状，包括腹泻、腹痛、呕吐和血便，也可引发HUS。

- 传播途径：主要通过食物污染（尤其是未煮熟的肉类、生奶和生菜）传播。

大肠杆菌O104

- 特点：产生肠出血性大肠杆菌毒素，与O157:H7类似。

- 病症：引起急性胃肠炎、腹泻、腹痛、呕吐和血便，也可导致HUS。

- 传播途径：主要通过食物污染（尤其是未煮熟的食品和生鲜蔬菜）传播。

大肠杆菌O111

- 特点：产生肠毒素，但不产生肠出血性大肠杆菌毒素。

- 病症：引起急性胃肠炎、腹泻、腹痛和呕吐。

- 传播途径：主要通过食物污染（尤其是未煮熟的肉类和生菜）传播。

需要注意的是，以上只是一些常见的致病毒株，大肠杆菌还有其他致病毒株，具体病症和传播途径可能有所不同。

总体而言，埃希氏菌属细菌是一类适应于肠道环境的细菌，其代谢能力丰富，既可以进行好氧代谢，又可以进行发酵代谢。大肠杆菌作为埃希氏菌属中最重要的代表菌株之一，具有多种致病因子，可能引起胃肠道感染和其他相关疾病。

02
埃希氏菌属的代谢

埃希氏菌属与其他菌群共同维持肠道的稳态平衡，参与食物消化和营养吸收过程。它可以与厌氧菌共生，分解单糖、二糖和复杂多糖，为肠道提供能量和营养物质。

此外，埃希氏菌属还参与清除氧气，维持肠道的厌氧环境。埃希氏菌属在婴儿肠道中占据主导地位，可能是因为其具有上述功能，能够适应婴儿肠道的特殊环境。

然而，某些埃希氏菌属和梭状芽孢杆菌属的菌株与严重的胃肠道疾病（如炎症性肠病和腹泻）有关，这为肠道菌群成分与宿主免疫系统之间的相互作用提供了新的见解。

LPS

肠杆菌其外膜上存在一种叫做脂多糖（LPS）的分子。

LPS由三个部分组成：脂A、核心多糖和O抗原。

• 脂A是LPS的内部部分，与细菌细胞膜相连
• 核心多糖是连接脂A和O抗原的桥梁
• O抗原则是LPS的外部部分，具有高度的多样性

埃希氏菌属通过合成LPS来保护自身免受外界环境的伤害。LPS能够与宿主的免疫系统相互作用，引发炎症反应。

在健康的情况下，埃希氏菌属产生的LPS与宿主的免疫系统保持平衡，不会引发过度的炎症反应。然而，在某些情况下，如肠道菌群失调或感染，埃希氏菌属产生的LPS可能会超过宿主免疫系统的调节能力，导致炎症反应过度，对肠道和整体健康产生负面影响。

短链脂肪酸

短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸，它们是肠道内的重要能量来源，并对肠道菌群和健康产生影响。

虽然埃希氏菌通常不是短链脂肪酸的主要产生者，但它的存在和代谢活动可以对肠道微生物群落的整体代谢产生影响，并间接影响短链脂肪酸的生成。

神经递质

埃希氏菌属的影响不仅局限于肠道，还可以通过肠-脑轴（MGB）对大脑功能产生影响。研究发现，埃希氏菌属的异常增加与焦虑、抑郁等精神疾病的发生有关。

大肠杆菌可以产生多种神经递质，如去甲肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺和乙酰胆碱。这些神经递质可以通过影响神经元活动和调节情绪、压力反应等方式，对神经系统功能产生影响。

其次，大肠杆菌可以通过调节肠道微生物组的组成，影响神经递质的合成和释放。例如，它可以改变肠道微生物组中产生神经递质的菌株的丰度，从而影响神经递质的水平和功能。

此外，大肠杆菌还可以通过调节肠道微生物组与神经系统之间的相互作用，影响神经递质的信号传导和神经系统的功能。

与其他菌群相互作用

增强：

• Bacteroidales
• Bacteroides
• Odoribacter
• Peptococcaceae
• Bacteroidales
• Bacteroides
• Odoribacter
• Peptococcaceae

抑制：

• Bifidobacterium
• Coriobacteriales
• Adlercreutzia
• Collinsella
• Porphyromonas
• Prevotella
• Clostridium
• Clostridiales incertae sedis
• Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
• Blautia
• Coprococcus
• Dorea
• Lachnospiraceae
• Ruminococcaceae
• Ruminococcus
• Dialister
• Campylobacteraceae
• Erysipelotrichaceae
• Bifidobacterium
• Coriobacteriales
• Adlercreutzia
• Collinsella
• Porphyromonas
• Prevotella
• Clostridium
• Clostridiales incertae sedis
• Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
• Blautia
• Coprococcus
• Dorea
• Lachnospiraceae
• Ruminococcaceae
• Ruminococcus
• Dialister
• Campylobacteraceae
• Erysipelotrichaceae

03
埃希氏菌属与疾病

致病机制

产生肠毒素

某些埃希氏菌株能够产生肠毒素，包括肠毒素A、肠毒素B等。这些毒素能够破坏肠道黏膜细胞，导致腹泻和肠道炎症，引起食物中毒或感染性腹泻。

破坏肠道屏障完整性

大肠杆菌可以通过多种机制破坏肠道屏障的完整性，包括改变肠上皮细胞之间的连接、破坏肠上皮细胞与肠道黏膜之间的黏附、改变肠道黏膜的结构等。这些破坏作用导致肠道屏障的通透性增加，使得细菌、毒素和其他有害物质能够穿过肠道屏障进入血液循环系统，引发炎症反应和其他肠道相关疾病。

激活肠道黏膜免疫

大肠杆菌感染会激活肠道黏膜免疫系统，导致炎症反应和免疫细胞的活化。这些炎症因子和免疫细胞的活化会进一步破坏肠道屏障的完整性，加剧肠道屏障功能的损伤。

引发肠道菌群失调

大肠杆菌感染会导致肠道菌群的失调，即有益菌的数量减少，有害菌的数量增加。这种菌群失调会进一步破坏肠道屏障的完整性，增加肠道屏障的通透性。同时，肠道菌群失调还会影响肠道黏膜免疫系统的平衡，导致炎症反应的增加。

在一些重症患者中，肠道菌群失调常常表现为埃希氏菌属的过度生长，同时伴随着其他有害菌的增加和有益菌的减少。这种失衡的菌群状态与多种疾病的发生和发展密切相关，包括肠道感染、炎症性肠病、代谢性疾病等。

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IBD

埃希氏菌属与炎症性肠病（IBD）之间存在着密切的关联。多项研究表明，在IBD患者的肠道中，埃希氏菌属的数量明显增加。

埃希氏菌属属于肠道菌群中的一种细菌，它可以在肠道黏膜上富集并与宿主相互作用。埃希氏菌属的增加可能与肠道黏膜的损伤和炎症反应有关。埃希氏菌属可以通过黏附和侵入肠道上皮细胞，导致炎症反应的加剧。它可以释放一些毒素和代谢产物，损伤宿主细胞膜和上皮屏障，进一步加剧肠道黏膜的损伤。

埃希氏菌属还可以释放细胞毒性扩展底物谱β-内酰胺酶（ESBL），这种酶可以降解β-内酰胺类抗生素，导致抗生素耐药性的产生。抗生素耐药性的增加可能使得治疗IBD的抗生素疗效降低，从而加剧炎症反应。

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结直肠癌

大肠癌与大肠杆菌（Escherichia coli）的关联机制是多方面的。

首先，一些致病性的大肠杆菌菌株，如粘附侵袭性大肠杆菌(AIEC)和肠致病性大肠杆菌(EPEC)，分泌的环调素染色质蛋白(colibactin)和效应蛋白EspF与大肠癌的发展和进展有关。

其次，大肠杆菌感染破坏了肠道微生物的微环境，从而诱导大肠癌的发生。

此外，大肠杆菌感染还与慢性炎症相关，而慢性炎症是大肠癌的一个潜在风险因素。大肠杆菌还可以通过多种策略促进结肠癌的生长和发展。

肠道微生物组的失调也被认为是大肠癌发生的因素之一。一些研究还发现，大肠癌患者的肠道微生物组成与正常人有所不同，大肠杆菌等菌株的丰度增加与大肠癌的发生相关。

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溶血性尿毒症综合症

在摄入被致病性产志贺毒素的大肠杆菌(STEC)污染的食物或水后，Stxs可能通过M细胞摄取和胞吞作用或细胞旁转运穿过肠上皮屏障。一旦进入粘膜下层，毒素就会激活先天免疫细胞，如中性粒细胞或单核细胞，它们作为“载体”细胞在血液中输送Stxs，还可能通过局部产生促炎细胞因子进一步加剧组织损伤。

最终，毒素被转移到肾小球内皮细胞和肾小管上皮细胞，这些细胞富含毒素受体Gb3。对主要靶器官肾脏的损伤会导致腹泻相关溶血性尿毒症综合征。

doi.org/10.3389/fcimb.2020.00273

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心脑血管及代谢疾病

一些研究发现，在动脉粥样硬化患者中，肠杆菌属的丰度明显增加，而其他一些有益菌群的丰度明显降低。肠杆菌属的增加可能与动脉粥样硬化的发生和发展有关。

埃希氏菌属与糖尿病之间存在一定的关联。糖尿病患者往往存在高血糖状态，这为埃希氏菌属等细菌提供了良好的生长环境。研究发现，糖尿病患者的肠道菌群组成与健康人存在差异，其中埃希氏菌属的相对丰度较高。

埃希氏菌属可以产生多种促炎因子，如脂多糖和肽聚糖，从而引发宿主免疫反应，导致不同程度的肠道炎症。埃希氏菌属还可以破坏肠道上皮的完整性，导致低度炎症和自身免疫反应的发生，增加了1型糖尿病的风险。

研究还发现，糖尿病患者肠道菌群的改变与炎症、代谢紊乱等病理过程密切相关。

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Escherichia与二甲双胍

二甲双胍的使用会导致埃希氏菌属的丰度增加

多项研究发现，二甲双胍治疗后，埃希氏菌属的数量明显增加。这种变化在2型糖尿病患者和健康人群中均有观察到。

埃希氏菌属的增加与二甲双胍的副作用有关

一些研究发现，埃希氏菌属的增加与二甲双胍治疗的胃肠道副作用有关。这可能是由于埃希氏菌属的存在导致了肠道内毒素的合成增加，从而引起胃肠道不适的症状。

埃希氏菌属的增加可能与肠道菌群的失衡有关

研究表明，二甲双胍的使用会导致肠道菌群的改变，包括埃希氏菌属的增加和其他有益菌的减少。这种菌群失衡可能与二甲双胍的疗效和副作用有关。

埃希氏菌属的增加可能与肠道炎症和代谢紊乱有关

一些研究发现，埃希氏菌属的增加与肠道炎症和代谢紊乱相关。这可能是由于埃希氏菌属的存在导致了肠道内炎症因子的释放增加，从而影响了机体的代谢功能。

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非酒精性脂肪肝病 (NAFLD)

埃希氏菌属与非酒精性脂肪肝病（NAFLD）之间存在着密切的关联。多项研究发现，在非酒精性脂肪肝病患者中，埃希氏菌属的丰度明显增加。

埃希氏菌属可以产生乙醇，乙醇会破坏肠道屏障功能，导致肠道通透性增加。这可能是埃希氏菌属与非酒精性脂肪肝病发展相关的关键机制之一。

另外，埃希氏菌属的增加也与肝脏炎症和肝纤维化的发生相关。研究发现，在NAFLD患者中，埃希氏菌属的数量与肝纤维化的严重程度呈正相关。埃希氏菌属可能通过产生内毒素和诱导炎症反应，促进肝脏纤维化的发展。

肠道菌群失调和肠道屏障功能受损是NAFLD发展的重要因素。埃希氏菌属的增加可能导致肠道菌群失衡，进一步破坏肠道屏障功能，使内毒素进入血液循环，引发炎症反应，从而促进NAFLD的发展。

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多动症（ADHD）

埃希氏菌属与多动症存在相关性。研究发现，多动症患者的肠道菌群中有害菌如肠杆菌、大肠埃希氏菌和梭状芽孢杆菌的丰度显著增加，而有益菌如双歧杆菌、瘤胃球菌丰度显著降低。这些结果表明，某些埃希氏菌属可能与多动症的发展和症状有关。

04
减少埃希氏菌属过度生长的方式

益生菌、益生元

罗伊氏乳杆菌DSM 17938已被证明具有有效的抗菌活性，调节免疫应答、减少肠道炎症。

植物乳杆菌CCFM1143对产肠毒素大肠杆菌引起的腹泻具有最明显的保护作用，通过调节炎症细胞因子、再平衡肠道菌群和调节短链脂肪酸生成的方式。

鼠李糖乳杆菌SHA113对耐药大肠杆菌QBQ009感染显示出有效的治疗效果。

短双歧杆菌FHNFQ23M3和双歧双歧杆菌FSDJN7O5可缓解产肠毒素大肠杆菌引起的腹泻症状。

荷花种子荚中的寡聚原花青素（LSPC）和益生菌（鼠李糖乳杆菌LGG和双歧杆菌Bb-12）对肠毒素性大肠杆菌（ETEC）感染的腹泻小鼠的保护作用。

阿拉伯木聚糖、菊粉和罗伊氏乳杆菌 1063 抑制粘膜中粘液的粘附侵袭性大肠杆菌。

其他饮食或补充剂

• 肉桂皮油
• 抗性淀粉（III型）
• 甘草酸
• 维生素D
• 石榴
• 泡叶藻（Ascophyllum nodosum）
• 鼠尾草（Salvia officinalis）
• 三果宝（Triphala）
• 大蒜（大蒜素）
• 黄芪属
• 美洲刺人参（Oplopanax horridus）
• 车前蕉（Plantain bananas）
• 牛至精油
• 蔓越莓低聚糖
• 乳铁蛋白
• 黄芩汤
• 苍耳精油

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