雙歧桿菌是人類腸道微生物組的重要成員，在整個(gè)宿主生命周期中表現(xiàn)出優(yōu)越的****定植和糖苷利用能力。

從出生開始，雙歧桿菌在母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道中迅速建立優(yōu)勢(shì)地位，并隨著宿主年齡的增長(zhǎng)和飲食結(jié)構(gòu)的變化，不斷調(diào)整自身的代謝策略，始終保持在腸道微生物群落中的關(guān)鍵地位。這種隨年齡和飲食變化而演變的適應(yīng)性，使雙歧桿菌成為連接人類早期生命到老年期腸道微生態(tài)平衡的關(guān)鍵菌群。

我們?cè)谥暗奈恼乱苍敿?xì)闡述過雙歧桿菌的基本特性、不同種類、代謝特點(diǎn)、在人體各年齡段的分布變化、健康益處以及對(duì)疾病的潛在治療作用等，點(diǎn)此詳見：腸道核心菌屬——雙歧桿菌，你最好擁有它

然而，這里還有一些重要的內(nèi)容需要補(bǔ)充，關(guān)于雙歧桿菌在腸道微生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵功能——"交叉喂養(yǎng)"機(jī)制及其在微生物網(wǎng)絡(luò)中的特殊生態(tài)位選擇策略。

今天要給大家科普的是，雙歧桿菌如何通過精妙的代謝網(wǎng)絡(luò)與其他微生物建立互惠關(guān)系，以及這種關(guān)系對(duì)腸道健康的深遠(yuǎn)影響。

什么是微生物的"交叉喂養(yǎng)"？

"交叉喂養(yǎng)"是指一種菌****分解復(fù)雜糖分子后，釋放中間產(chǎn)物到腸道環(huán)境中，而這些產(chǎn)物被其他無法直接分解原始糖分子的菌所利用的現(xiàn)象。這形成了一種資源共享的微妙生態(tài)平衡。

交叉喂養(yǎng)是腸道微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和彈性的關(guān)鍵基礎(chǔ)。通過交叉喂養(yǎng)，不同微生物貢獻(xiàn)各自的酶系統(tǒng)，形成"流水線作業(yè)"，顯著提高了整個(gè)微生物群落對(duì)復(fù)雜碳水化合物的利用效率。同時(shí)也能使微生物群落能夠適應(yīng)飲食變化和宿主生理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。

這種從“單一微生物”到“微生物網(wǎng)絡(luò)”的研究視角轉(zhuǎn)變，正引領(lǐng)我們進(jìn)入微生物干預(yù)的新時(shí)代。

本文根據(jù)江南大學(xué)2024年發(fā)表在《Npj Biofilms and Microbiomes》的一篇綜述性資料分享，探討雙歧桿菌的糖苷利用策略及其與其他微生物之間的交叉喂養(yǎng)關(guān)系，以及這些關(guān)系對(duì)宿主健康的潛在益處。

核心問題

• 雙歧桿菌如何利用復(fù)雜糖苷（如人乳寡糖和植物糖苷）？
• 雙歧桿菌與腸道其他微生物之間的交叉喂養(yǎng)關(guān)系如何形成？
• 這些交叉喂養(yǎng)關(guān)系對(duì)宿主健康有何影響？

了解雙歧桿菌的糖苷利用和交叉喂養(yǎng)策略，不僅有助于揭示腸道微生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，更為開發(fā)針對(duì)性的益生菌組合提供了科學(xué)基礎(chǔ)，有助于改善腸道穩(wěn)態(tài)和緩解相關(guān)疾病，包括由剖腹產(chǎn)和抗生素使用引起的菌群失調(diào)、代謝綜合征和免疫缺陷等現(xiàn)代文明病。

通過深入理解這些微觀世界的精妙協(xié)作，有望開發(fā)更精準(zhǔn)的微生物干預(yù)措施，實(shí)現(xiàn)從"群落微生物學(xué)"向"分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)"的轉(zhuǎn)型，為個(gè)性化健康管理和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供新思路。

關(guān)于雙歧桿菌

定植早期腸道，隨年齡增長(zhǎng)發(fā)生選擇和變化

雙歧桿菌在生命****很早期就開始在腸道中定植，可以通過母親傳遞給后代，發(fā)現(xiàn)母乳喂養(yǎng)的幼兒腸道雙歧桿菌含量很高。

隨著年齡增長(zhǎng)，人類腸道中雙歧桿菌的數(shù)量和多樣性會(huì)發(fā)生變化，隨年齡的增長(zhǎng)，雙歧桿菌的數(shù)量會(huì)下降。

在嬰兒期，糞便中常見的是：

• 短雙歧桿菌 (B. breve)
• 長(zhǎng)雙歧桿菌 (B. longum)
• 雙歧雙歧桿菌 (B. bifidum)

在成年期下列是優(yōu)勢(shì)菌種：

• 青春雙歧桿菌 (B. adolescentis)
• 長(zhǎng)雙歧桿菌 (B. longum)
• 假鏈狀雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum)

青春雙歧桿菌的相對(duì)豐度隨年齡增長(zhǎng)而減少，而短雙歧桿菌(B. breve)和長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum) 在老年人腸道中占主導(dǎo)地位。關(guān)于長(zhǎng)雙歧桿菌，我們?cè)谝郧暗奈恼聦戇^，詳見：雙歧桿菌：長(zhǎng)雙歧桿菌

這些變化反映了雙歧桿菌與人體生命周期的密切關(guān)聯(lián)，對(duì)理解腸道健康與衰老的關(guān)系具有重要意義。

雙歧桿菌的定植優(yōu)勢(shì)以及交叉喂養(yǎng)潛力

腸道中的富含且復(fù)雜的碳源為腸道微生物群提供了一個(gè)營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位。糖類的差異利用影響了腸道生態(tài)位中的雙歧桿菌的形成，這可能解釋了為什么某些種類的雙歧桿菌在嬰兒或成人的腸道中更為常見。

嬰兒的母乳和成人的飲****食中含有大量復(fù)雜結(jié)構(gòu)的糖類和寡糖，這些物質(zhì)無法被人體消化，因此作為腸道微生物群的底物經(jīng)過大腸。

雙歧桿菌的"口味偏好"

雙歧桿菌代謝單糖、雙糖和寡糖；然而，不同種類的雙歧桿菌有著各自的"口味偏好"：有些喜歡植物來源的菊粉型果聚糖(ITF)；有些專門消化抗性淀粉(RS)；有些則偏愛半乳糖聚糖、木聚糖、阿拉伯糖。還有一些"挑剔"的種類專門利用來自宿主的糖類，比如母乳中的人乳寡糖(HMO)或腸道粘液中的粘蛋白。

那么，這些微生物是如何分解這些復(fù)雜的糖分子的呢？

人類腸道微生物群通過碳水化合物活性酶(CAZymes) 介導(dǎo)復(fù)雜糖苷的代謝。

研究估計(jì)，雙歧桿菌利用約14.64%的CAZyme基因，包括糖苷水解酶(GHs) 和糖苷轉(zhuǎn)移酶(GTs)，用于糖苷的運(yùn)輸、降解和調(diào)節(jié)，這一比例僅略低于擬桿菌，顯示了它們?cè)谔欠执x中的專業(yè)性。

擬桿菌是利用糖的多面手，谷禾以往的文章有專門寫過，詳見：

腸道重要基石菌屬——擬桿菌屬

擬桿菌在腸道感染中的矛盾作用

正確認(rèn)識(shí)腸道內(nèi)脆弱擬桿菌——其在健康的陰暗面和光明面

腸道核心菌——副擬桿菌屬(Parabacteroides)，是否是改善代謝減輕炎癥的黑馬？

擬桿菌屬重要菌種——單形擬桿菌 （Bacteroides uniformis），控制好其穩(wěn)態(tài)很重要

人群檢出率較高的糞便擬桿菌(Bacteroides stercoris)，你了解它嗎？

腸道微生物群采用類似的策略來維持和分解復(fù)雜糖苷。

雙歧桿菌編碼一系列模塊化的葡聚糖酶復(fù)合體，通過跨膜結(jié)構(gòu)錨定在細(xì)胞表面。這些復(fù)合體包含編碼GHs的基因，用于在細(xì)胞外消化長(zhǎng)肽糖或糖苷，以及腺苷三磷酸(ATP)結(jié)合盒(ABC)運(yùn)輸系統(tǒng)的底物結(jié)合蛋白(SBPs)，用于捕獲在進(jìn)入細(xì)胞前消化的寡糖。目前尚未發(fā)現(xiàn)能利用所有糖苷的菌株；然而，特定類型的糖苷是被利用的。

不同雙歧桿菌與其他腸道微生物在可用糖苷的范圍、種類及利用策略方面存在代謝特異性，沒有任何一種雙歧桿菌能夠利用所有類型的糖分子，這促使它們發(fā)展出了一種巧妙的生存策略——"交叉喂養(yǎng)"，促進(jìn)雙歧桿菌在腸道的適應(yīng)性。

在這種關(guān)系中，一種微生物分解復(fù)雜糖分子后，會(huì)釋放一些中間產(chǎn)物到腸道環(huán)境中，而這些產(chǎn)物恰好可以被其他無法直接分解原始糖分子的微生物所利用。這是一種資源共享的微妙平衡。

例如，在嬰兒腸道中，長(zhǎng)雙歧桿菌和雙歧雙歧桿菌能夠分解母乳寡糖(HMO)，釋放出巖藻糖和短鏈脂肪酸等中間產(chǎn)物，這些物質(zhì)隨后被其他微生物（如嗜酸乳桿菌）所利用。這種交叉喂養(yǎng)策略不僅增強(qiáng)了整個(gè)腸道微生物對(duì)糖類的利用效率，也通過代謝產(chǎn)物的交換建立了微生物間的互惠關(guān)系，直接影響宿主的腸道穩(wěn)態(tài)和健康。

雙歧桿菌如何利用復(fù)雜糖苷

如人乳寡糖和植物糖苷

雙歧桿菌的定植優(yōu)勢(shì)依賴于特定營(yíng)養(yǎng)資源的可用性、需求和消耗率。雙歧桿菌在不同階段的碳水化合物代謝方式影響其對(duì)不同腸道環(huán)境的選擇性適應(yīng)。

由于營(yíng)養(yǎng)來源的差異，嬰兒的腸道環(huán)境與成人不同，特征是以雙歧桿菌為主，它們以母乳低聚糖為主要碳源，包括：

• 嬰兒雙歧桿菌(B. longum subsp. infantis)、
• 短雙歧桿菌(B. breve)
• 雙歧雙歧桿菌(B. bifidum)

然而，在斷奶后引入復(fù)雜飲食時(shí)，具有更強(qiáng)植物糖苷分解能力的雙歧桿菌，如下列菌更普遍：

• 長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum subsp. longum)
• 青春雙歧桿菌(B. adolescentis)
• 鏈雙歧桿菌(B. catenulatum)
• 假小鏈雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum)

雙歧桿菌對(duì)糖苷的分解依賴于分布于細(xì)胞外或細(xì)胞壁內(nèi)的大量的糖苷水解酶。雙歧桿菌進(jìn)化出幾種具有重疊但不同底物特異性的同源酶。不同的物種對(duì)不同的糖苷結(jié)構(gòu)具有不同的腸道適應(yīng)性。

復(fù)雜糖苷首先由細(xì)胞外的糖苷水解酶降解為單糖或低聚糖，其中一些通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白直接運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，而另一些被磷酸化。這些單糖、低聚糖以及其他簡(jiǎn)單碳水化合物進(jìn)入雙歧代謝途徑（果糖-6-磷酸磷酸酮酶中心發(fā)酵途徑）進(jìn)行代謝，并用于ATP的生產(chǎn)。

雙歧桿菌的代謝途徑與腸道中細(xì)胞外糖的類型和濃度緊密相關(guān)。雙歧桿菌通常根據(jù)可用糖的數(shù)量產(chǎn)生各種代謝物，包括乙酸、乙醇和甲酸；

當(dāng)細(xì)胞外****糖豐盛時(shí)，會(huì)生成乙酸和乳酸。因此，雙歧桿菌采取不同策略進(jìn)行定植，雙歧桿菌對(duì)糖苷的捕獲、降解和代謝能夠決定它們?cè)谀c道中的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位。

雙歧桿菌的主要聚糖利用策略

doi: 10.1038/s41522-024-00524-6

總結(jié)如下：

雙歧桿菌的糖苷利****用策略

到達(dá)結(jié)腸的復(fù)雜糖苷(如人乳寡糖和植物糖苷)被雙歧桿菌通過兩種主要方式利用：

• 直接通過轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)化；
• 或由胞外糖苷水解酶裂解為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)后再轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。

不同種類的雙歧桿菌具有不同的糖苷利用能力和策略。

主要雙歧桿菌種類的糖苷利用特點(diǎn)

B.infantis

可通過轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)化大多數(shù)人乳寡糖

B.bifidum

通過豐富的胞外酶降解人乳寡糖(包括巖藻糖化糖苷)進(jìn)行進(jìn)一步內(nèi)化和吸收

B.breve

利用有限的人乳寡糖(主要是2'-FL)

B.longum

擅長(zhǎng)利用含有阿拉伯糖結(jié)構(gòu)的植物糖苷

B.adolescentis

抗性淀粉的優(yōu)秀利用者

B.pseudocatenulatum和B.catenulatum

可消耗一些人乳寡糖和植物糖苷

1 嬰兒雙歧桿菌 (B. infantis)

嬰兒雙歧桿菌****主要利用人乳寡糖(HMOs)

嬰兒雙歧桿菌(B. infantis)在細(xì)胞內(nèi)利用大多數(shù)母乳寡糖(HMOs)的能力使其相較于其他利用HMO物種（如B. breve）具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而在母乳喂養(yǎng)期間在嬰兒腸道中占據(jù)主導(dǎo)地位。嬰兒雙歧桿菌對(duì)2?-富糖乳糖(2?-FL) 的加工依賴于ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化。

嬰兒雙歧桿菌包含幾種細(xì)胞內(nèi)酶，包括富糖酶、β-半乳糖苷酶、LNB磷酸化酶、N-乙酰-β-氨基己糖苷酶和唾液酸酶，以降解富糖化和唾液酸化的HMOs。

嬰兒雙歧桿菌的特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

嬰兒雙歧桿菌有專門的"接收器"（轉(zhuǎn)運(yùn)體）來吸收母乳中的特殊糖分。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種細(xì)菌有兩種特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)體，可以吸收母乳中的兩種巖藻糖基乳糖(2'-FL和3'-FL)。細(xì)菌體內(nèi)有酶能將這些復(fù)雜糖分解為巖藻糖，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，如1,2-丙二醇、乙酸和乳酸。

除了含巖藻糖的成分外，母乳中其他一些復(fù)雜糖分，如LNT、LNnT、LNB和N-乙酰葡萄糖胺，也能促進(jìn)嬰兒雙歧桿菌的生長(zhǎng)。

如上研究發(fā)現(xiàn)，一種特定的嬰兒雙歧桿菌株(EVC001)能利用LNT和LNnT這兩種母乳糖分，這與它擁有一個(gè)名為Blon2175-2177的特殊轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)有關(guān)。

這個(gè)系統(tǒng)位于一個(gè)稱為H5的基因簇中，包含了利用母乳寡糖所需的所有基因。沒有這個(gè)H5基因簇的菌株在以這些母乳糖分為食物源時(shí)，生長(zhǎng)就會(huì)受到限制。

這些發(fā)現(xiàn)說明了嬰兒雙歧桿菌如何專門適應(yīng)于嬰兒腸道環(huán)境，能高效利用母乳中的獨(dú)特成分作為營(yíng)養(yǎng)來源。

2 長(zhǎng)雙歧桿菌 (B. longum)

長(zhǎng)雙歧桿菌可以代謝阿拉伯木聚糖

長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum)是一種能在人體腸道中長(zhǎng)期存在的有益菌，從出生到老年，它都能在我們體內(nèi)穩(wěn)定生存。這種菌的數(shù)量多少與我們?cè)?strong>不同年齡段吃的食物有很大關(guān)系。當(dāng)我們的飲食發(fā)生變化時(shí)，這種菌會(huì)相應(yīng)調(diào)整自己的基因，改變獲取和分解復(fù)雜碳水化合物的能力。

長(zhǎng)雙歧桿菌之所以能如此成功地在人體內(nèi)定居，是因?yàn)樗袃蓚€(gè)特殊本領(lǐng)：

• 一是能利用嬰兒母乳中的特殊糖分（人乳寡糖）生長(zhǎng)；
• 二是能分解谷物中復(fù)雜的植物纖維（阿拉伯木聚糖）。這使它能適應(yīng)人類從嬰兒到成人的飲食變化。

長(zhǎng)雙歧桿菌有些種類能分解母乳中特定類型的復(fù)雜糖分，特別是名為LNT和2'-FL的成分，但不能分解帶有唾液酸的母乳糖分。它們還能利用腸道黏液中的某些糖鏈。這使得這些細(xì)菌在嬰兒早期就能在腸道中找到自己的"生態(tài)位"（即生存空間）。

日本東京大學(xué)2017年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一種特定的長(zhǎng)雙歧桿菌(JCM1217)能產(chǎn)生一種特殊的酶(LnbX)，這種酶可以把母乳中的LNT分解成更小的糖分子（LNB和乳糖）供細(xì)菌使用。另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)另一種長(zhǎng)雙歧桿菌(M12)含有一種叫做α-1-2-L-巖藻糖苷酶的酶，使它能夠利用2'-FL和LNT這兩種母乳糖分生長(zhǎng)。

長(zhǎng)雙歧桿菌——植物纖維分解專家

長(zhǎng)雙歧桿菌有一套專門的工具（酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）來分解植物中的復(fù)雜碳水化合物，特別是那些含有阿拉伯糖的復(fù)合物。這種能力讓它在成人和老年人的腸道中具有生存優(yōu)勢(shì)。

這種細(xì)菌擁有多種GH43家族的酶，就像一套精密的"分子剪刀"，可以協(xié)同工作來切斷植物纖維中的化學(xué)鍵。不同的長(zhǎng)雙歧桿菌菌株對(duì)不同類型的植物纖維有不同的偏好，這取決于纖維的具體結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度和復(fù)雜程度。

有些特別復(fù)雜的植物纖維（如阿拉伯半乳聚糖蛋白）對(duì)大多數(shù)腸道細(xì)菌來說太"難啃"了，但某些長(zhǎng)雙歧桿菌菌株進(jìn)化出了特殊的酶，可以至少部分地分解這些復(fù)雜物質(zhì)?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種名為GAfase的新型酶，它能去除阻礙其他酶工作的部分，就像是先"清理障礙"然后再進(jìn)行主要的分解工作。

不過，即使是長(zhǎng)雙歧桿菌也不能單獨(dú)完全****分解所有的復(fù)雜植物纖維，它需要與腸道中的其他細(xì)菌合作才能徹底利用這些物質(zhì)。此外，長(zhǎng)雙歧桿菌還能分解一些含氮的糖類結(jié)構(gòu)，通過多種酶****的協(xié)同作用釋放出甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺等更簡(jiǎn)單的糖分子。

這些能力使長(zhǎng)雙歧桿菌成為腸道中一個(gè)重要的"食物分解專家"，能夠適應(yīng)人類飲食中各種復(fù)雜的植物纖維。

3 短雙歧桿菌 (B. breve)

短雙歧桿菌在復(fù)雜的人乳寡糖上生長(zhǎng)有限

短雙歧桿菌處理母乳中復(fù)雜糖分的方式與嬰兒雙歧桿菌****很相似。它們都使用一種名為"ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)"的機(jī)制將完整的糖分子吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)部，然后在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行分解。

不過，短雙歧桿菌的能力有一定局限性。它不像嬰兒雙歧桿菌那樣擁有處理所有母乳糖分的完整工具箱。短雙歧桿菌主要能利用一些特定類型的母乳糖分，如LNT、LNnT和LNB，但對(duì)含有巖藻糖或唾液酸的更復(fù)雜糖分的處理能力有限。

短雙歧桿菌的基因組中主要包含用于分解乳糖、巖藻糖、唾液酸等物質(zhì)的基因。它有一種特殊的酶（外部唾液酸酶）可以從腸道粘液中釋放唾液酸并利用它生長(zhǎng)。另外，它還能分解某些含硫的糖分子。

菌株多樣性與交叉喂養(yǎng)：依賴微生物網(wǎng)絡(luò)的代謝策略

如上愛爾蘭和荷蘭團(tuán)隊(duì)研究了20種不同的短雙歧桿菌菌株，發(fā)現(xiàn)它們都有各種類型的酶來分解不同的糖類物質(zhì)，如麥芽糖、纖維二糖和半乳糖。

有趣的是，大多數(shù)短雙歧桿菌不能直接利用母乳中含巖藻糖的成分(如2'-FL或3'-FL)，但它們能利用其他細(xì)菌分解這些物質(zhì)后產(chǎn)生的巖藻糖。這說明腸道菌群中的細(xì)菌會(huì)相互協(xié)作，共同分解利用復(fù)雜的食物成分。

4 兩歧雙歧桿菌(B. bifidum)

兩歧雙歧桿菌****在細(xì)胞外降解HMOs和粘蛋白O-糖

兩歧雙歧桿菌與其他雙歧桿菌有個(gè)顯著不同：它有一套完整的"外部工具"（**胞外酶)**來處理母乳中的復(fù)雜糖分。這些酶可以在細(xì)菌細(xì)胞外直接分解復(fù)雜的母乳寡糖，將它們切成更小的部分，如乳糖、巖藻糖和唾液酸。

研究發(fā)現(xiàn)兩歧雙歧桿菌有一種特殊的酶(SiaBb2)，它不僅能分解糖分，還能幫助細(xì)菌附著在腸道內(nèi)壁上，這對(duì)細(xì)菌在腸道中的定居非常重要。

避免“內(nèi)卷”，找到自己的“生存路”

有趣的是，兩歧雙歧桿菌似乎專門"選擇"了一條與眾不同的生存之路。它不太擅長(zhǎng)處理一類叫做N-糖苷的物質(zhì)，而是專注于另一類叫做O-糖苷****的分子（主要存在于腸道粘液中) 。這種專業(yè)化讓它避免了與其他雙歧桿菌直接競(jìng)爭(zhēng)，找到了自己的生態(tài)位。

兩歧雙歧桿菌擁有特殊的酶來分解腸道粘液中的糖類結(jié)構(gòu)，還有一些特殊的"抓手"（碳水化合物結(jié)合模塊）能幫助這些酶更好地接觸到目標(biāo)物質(zhì)。研究還發(fā)現(xiàn)，它能分解粘液中特定的化學(xué)鍵以及含硫的糖分子，這些能力可能不僅影響它自己的生長(zhǎng)，還能影響其他腸道細(xì)菌的代謝活動(dòng)。

這些特性使兩歧雙歧桿菌成為腸道生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)特而重要的成員，它以自己的方式與其他細(xì)菌和宿主建立互利關(guān)系。

5 青春雙歧桿菌(B. adolescentis)

青春雙歧桿菌更喜歡降解淀粉

青春雙歧桿菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其對(duì)植物糖甘露聚糖（如抗性淀粉、甘露寡糖和菊粉）的利用上。

**抗性淀粉：**一種通常不被我們消化系統(tǒng)完全分解的淀粉，存在于冷卻的煮土豆、生香蕉等食物中

菊粉：一種存在于菊芋、洋蔥等植物中的天然糖類

甘露寡糖：存在于豆類和某些堅(jiān)果中的復(fù)雜糖類

青春雙歧桿菌含有α-淀粉酶、糖原支鏈酶、聚糖酶和特定的淀粉結(jié)合模塊，這些酶促進(jìn)了抗性淀粉的完全降解。

編碼其他糖甘露聚糖的酶，包括半乳糖苷酶、甘露糖苷酶、β-木糖苷酶和阿拉伯呋喃糖苷酶，也同樣反映了青春雙歧桿菌在降解膳食糖甘露聚糖****方面的偏好。

青春雙歧桿菌的寡糖代謝與短鏈脂肪酸產(chǎn)生能力

Mulualem等人從青春雙歧桿菌ATCC15703中鑒定了一種α-半乳糖苷酶(BgaC)，它通過轉(zhuǎn)糖基作用從乳糖中產(chǎn)生半乳寡糖(GOS)。值得注意的是，青春雙歧桿菌消耗寡糖，并且更傾向于在甘露寡糖(DP ≤ 4)和甘露糖上生長(zhǎng)，使用β-葡萄糖苷酶(GH1)和β-果糖呋喃糖苷酶(GH32)，而不是復(fù)雜的β-甘露聚糖。

Salas-Veizaga等人報(bào)道，青春雙歧桿菌代謝葡萄糖醛酸化的木寡糖(GXOs)和木寡糖(XOs)(DP 2-6)以產(chǎn)生短鏈脂肪酸。青春雙歧桿菌更喜歡(A)XOS而不是阿拉伯糖或木糖，并編碼一種能夠在小麥AX上生長(zhǎng)的內(nèi)切1,4-β-木糖酶基因。

6 假小鏈雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum)

假小鏈雙歧桿菌和B. catenulatum消耗宿主和植物糖元

假小鏈雙歧桿菌和B.catenulatum存在于嬰兒和成人的腸道中。它們的CAZyme基因在不同年齡的宿主中有所不同，這表明這兩種物種對(duì)宿主和植物糖類都有相對(duì)發(fā)達(dá)的降解系統(tǒng)。

消化母乳中的特殊糖分

假小雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum) MP80菌株有α-巖藻糖苷酶(GH29和GH95)這兩種特殊酶，能夠?qū)ｉT消化母乳中含巖藻糖的低分子量人乳寡糖，比如乳二巖藻四糖。這讓它能在嬰兒腸道中獲取獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)來源。

分解植物纖維的能力

這種細(xì)菌還擁有內(nèi)切-1,4-β-木聚糖酶(GH10)，能夠利用來自植物細(xì)胞壁的長(zhǎng)鏈木聚糖衍生物（聚合度2-4的木寡糖）。這是很特別的能力，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙歧桿菌分解木聚糖的能力都很有限。

這種酶像"剪刀"一樣切斷木聚糖主鏈，產(chǎn)生木寡糖和木糖。有趣的是，這種細(xì)菌不會(huì)獨(dú)占所有養(yǎng)分——部分產(chǎn)物自己吸收利用，其余則釋放到腸道環(huán)境中供其他細(xì)菌使用，形成一種"共享經(jīng)濟(jì)"。

其他消化能力

在MCC10289菌株中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了β-L-阿拉伯糖苷酶，這種酶幫助細(xì)菌消化阿拉伯半乳聚糖蛋白側(cè)鏈和L-阿拉伯糖，這些都是植物中常見的成分。

研究者Hosaka等人還發(fā)現(xiàn)JCM 1200菌株能產(chǎn)生蔗糖磷酸化酶和β-果糖苷酶，這些酶能分解蔗糖（普通食糖）和類似的二糖N-乙酰蔗糖胺。

總的來說，B. pseudocatenulatum擁有多種特殊的"消化工具"，使它能在腸道中高效利用不同來源的碳水化合物，無論是母乳中的特殊糖分還是植物纖維，這可能是它對(duì)人體健康有益的原因之一。

7 鏈狀雙歧桿菌 (B. catenulatum)

B. catenulatum的基因組中包含多種參與消化人乳寡糖、木聚糖、淀粉及其衍生低聚糖的糖苷水解酶基因，這讓它能夠適應(yīng)宿主飲食的變化。這種細(xì)菌能將人乳寡糖（包括2'-巖藻糖乳糖和乳-N-二巖藻己糖）轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，然后通過巖藻糖苷酶、β-半乳糖苷酶和乳-N-二糖苷酶的協(xié)同作用，將它們分解成N-乙酰葡萄糖胺和單糖。

此外，B. catenulatum的細(xì)胞外木聚糖酶能將阿拉伯木聚糖切割成木寡糖和阿拉伯木寡糖，這些產(chǎn)物隨后被細(xì)胞內(nèi)的阿拉伯糖苷酶和木糖苷酶進(jìn)一步分解成阿拉伯糖和木糖。

簡(jiǎn)單總結(jié)說，鏈狀雙歧桿菌和前面提到的假小鏈雙歧桿菌類似，都具有強(qiáng)大的消化能力。它能消化嬰兒母乳中的特殊糖分，也能分解植物中的復(fù)雜纖維，將這些難以吸收的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的糖分。這種多樣化的消化能力使它成為腸道中非常有價(jià)值的益生菌，能隨著人從嬰兒期到成人期飲食的變化而調(diào)整自己的代謝方式。

雙歧桿菌的主要聚糖利用策略

doi: 10.1038/s41522-024-00524-6

雙歧桿菌與其他腸道菌群之間****的交叉喂養(yǎng)關(guān)系如何形成？

腸道微生物的代謝網(wǎng)絡(luò)

腸道微生物群大多是輔助營(yíng)養(yǎng)型的，不同物種對(duì)糖復(fù)合物的同化可能相似（代謝冗余）。因此，它們?nèi)匀恍枰c其他物種競(jìng)爭(zhēng)或從腸道環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)。依賴于釋放代謝物到環(huán)境中的其他微生物，競(jìng)爭(zhēng)物種可以在平衡中共存；這些無成本的代謝物促進(jìn)了微生物之間的相互作用。

不同代謝物之間存在交叉喂養(yǎng)，特別是那些利用特定復(fù)雜化合物以釋放代謝副產(chǎn)物的物種，這些副產(chǎn)物進(jìn)一步被那些無法單獨(dú)在這些化合物上生長(zhǎng)的物種同化。雙歧桿菌依靠其酶降解和寡糖運(yùn)輸系統(tǒng)從宿主中消耗糖復(fù)合物，導(dǎo)致腸道的穩(wěn)定****定植，并促進(jìn)雙歧桿菌種群內(nèi)或與其他細(xì)菌（如擬桿菌和丁酸鹽生產(chǎn)者）之間的交叉喂養(yǎng)關(guān)系。

doi: 10.1038/s41522-024-00524-6

雙歧桿菌在整個(gè)生命周期中都存在交叉喂養(yǎng)。主要類別是基于母乳低聚糖(HMO)和基于植物多糖的交叉喂養(yǎng)。具體而言，當(dāng)同時(shí)培養(yǎng)于HMO上時(shí)，雙歧桿菌更可能將HMO降解產(chǎn)物交叉喂養(yǎng)給其他非HMO降解主導(dǎo)細(xì)菌和丁酸鹽生產(chǎn)者。當(dāng)在植物多糖上進(jìn)行交叉喂養(yǎng)時(shí)，雙歧桿菌更可能依賴于其他主導(dǎo)降解細(xì)菌的細(xì)胞外降解產(chǎn)物而繁榮生長(zhǎng)。

基于HMO的雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)使其在嬰兒腸道中占主導(dǎo)地位

基于人乳寡糖的雙歧桿菌與產(chǎn)丁酸菌的交叉喂養(yǎng)

B. infantis 代謝人乳寡糖，產(chǎn)生寡糖和代謝物（如 1, 2-丙二醇和乙酸），這些物質(zhì)通過與其他細(xì)菌（如 Eubacterium hallii 和 Anaerostipes caccae）的交叉喂養(yǎng)，在母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道中發(fā)揮重要作用。

Cheng 等人發(fā)現(xiàn)，B. infantis 利用 6?-唾液糖乳糖(6?-SL)進(jìn)行乙酸的生產(chǎn)，并與 Faecalibacterium prausnitzii 進(jìn)行交叉****喂養(yǎng)以轉(zhuǎn)換為****丁酸，這導(dǎo)致 B. infantis 增殖。這可能與 F. prausnitzii 分泌細(xì)胞外唾液酶以促使 B. infantis 中唾液酶的表達(dá)，從與增加乙酸的生產(chǎn)有關(guān)，并且這種交叉喂養(yǎng)活動(dòng)的發(fā)生依賴于人乳寡糖的分子結(jié)構(gòu)。

兩種雙歧桿菌物種之間的合作性HMO降解

在細(xì)胞外降解人源低聚糖(HMOs)時(shí)，雙歧桿菌(包括B. bifidum和B. longum)產(chǎn)生的產(chǎn)物部分釋放到公共環(huán)境中，誘導(dǎo)與其他利用HMOs能力較弱****的雙歧桿菌種類進(jìn)行交叉喂養(yǎng)。

例如，B. longum降解LNnT產(chǎn)生的產(chǎn)物可以被B. pseudocatenulatum交叉喂養(yǎng)，而B. pseudocatenulatum降解2?-FL產(chǎn)生的低聚糖支持B. longum的生長(zhǎng)。

B. bifidum并不是嬰兒腸道中的主要物種；然而，作為HMOs的細(xì)胞外降解者，它通過釋放HMO衍生物與其他物種進(jìn)行交叉喂養(yǎng)，從而影響腸道微生物組的組成。B. bifidum與B. breve之間的人源低聚糖代謝是互補(bǔ)的，這也促進(jìn)了這兩種菌株之間的交叉喂養(yǎng)。B. bifidum利用巖藻糖酶和FL轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞外釋放乳糖和巖藻糖，這些產(chǎn)物交叉喂養(yǎng)給B. breve。這表明B. bifidum容易與缺乏**細(xì)胞外巖藻糖酶的其他巖藻糖消費(fèi)者交叉喂養(yǎng)。

然而，B. bifidum更傾向于在乳糖上生長(zhǎng)而不是巖藻糖，這表明無私是其主要功能。除了合作外，B. breve可以與B. bifidum競(jìng)爭(zhēng)乳糖；共存的關(guān)鍵在于B. bifidum通過上調(diào)相關(guān)酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)釋放更多乳糖。類似的現(xiàn)象也在粘蛋白和唇糖的共培養(yǎng)中觀察到了。

研究人員證明B. bifidum從唾液酸化聚糖中釋放唾液酸和乳糖，這支持了B. infantis和B. breve的生長(zhǎng)，作為交叉喂養(yǎng)的次級(jí)代謝產(chǎn)物。

B. bifidum不吸收巖藻糖、半乳糖、唾液酸和N-乙酰氨基葡萄糖-6-磺酸，因此，粘蛋白O-糖鏈的降解可能與其他物種合作完成，例如B. breve，后者利用這些源自粘蛋白的碳水化合物片段。

HMO基礎(chǔ)上雙歧桿菌與其他腸道細(xì)菌的互喂養(yǎng)

建立在雙歧桿菌與其他腸道細(xì)菌之間的交叉喂養(yǎng)關(guān)系可以幫助完善早期生活中腸道微生物群內(nèi)的相互作用網(wǎng)絡(luò)。程等人表明，通過發(fā)酵阿拉伯糖產(chǎn)生的代謝物1,2-PD可以促進(jìn)重組腸道無菌小鼠中Limosilactobacillus reuteri的定植。

Nogacka等人研究了B. bifidum和Lactobacillus gasseri之間基于2-?FL的代謝相互作用，發(fā)現(xiàn)B. bifidum IPLA20048通過交叉喂養(yǎng)細(xì)胞外降解產(chǎn)物（半乳糖、阿拉伯糖和乳糖）促進(jìn)了L. gasseri IPLA20136的增殖，并且在B. bifidum中與碳水化合物運(yùn)輸相關(guān)的α-阿拉伯糖苷酶編碼基因上調(diào)，從而增加了碳水化合物的生產(chǎn)。

母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道微生物群在斷奶前后會(huì)因飲食而發(fā)生顯著變化，從而促進(jìn)更復(fù)雜的微生物相互作用，并誘導(dǎo)腸道微生物群的結(jié)構(gòu)和成分逐漸穩(wěn)固和成熟。

基于聚糖利用的雙歧桿菌交叉飼養(yǎng)策略

doi: 10.1038/s41522-024-00524-6

斷奶后基于植物聚糖的雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)使其能在腸道中持久存在

基于植物糖苷的雙歧桿菌與產(chǎn)丁酸菌的交叉喂養(yǎng)

乙酸和乳酸是雙歧桿菌對(duì)寡糖代謝的最終產(chǎn)物，是雙歧桿菌與丁酸菌之間交叉喂養(yǎng)的重要底物。當(dāng)在AXOS上生長(zhǎng)時(shí)，除了將乙酸轉(zhuǎn)化為丁酸外，產(chǎn)丁酸菌消耗AXOS以生產(chǎn)阿拉伯糖和木糖，這些糖可以作為B. longum的底物。

Bhattacharya等人調(diào)查了基于半乳糖取代的β-甘露聚糖寡糖的B. adolescentis和Roseburia之間的交叉喂養(yǎng)。

Moens等人證實(shí)雙歧桿菌可以輕易地在FOS和菊粉型果聚糖上進(jìn)行交叉喂養(yǎng)，以產(chǎn)生雙歧桿菌的生長(zhǎng)與丁酸產(chǎn)生效應(yīng)，并且乙酸轉(zhuǎn)化為丁酸的程度與雙歧桿菌種之間的糖苷酶降解能力差異密切相關(guān)。具體來說，當(dāng)與F. prausnitzii共同培養(yǎng)時(shí)，B. breve只能利用果糖，不能消耗FOS和ITF，并依賴F. prausnitzii產(chǎn)生的單糖降解果聚糖以進(jìn)行生長(zhǎng)。

B. adolescentis更喜歡短鏈FOS而非ITF，使其能夠**將乙酸交叉喂養(yǎng)給F. prausnitzii，并利用其FOS繼續(xù)生長(zhǎng)。相反，B. longum或B. angulatum在ITF上與F. prausnitzii競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致共培養(yǎng)系統(tǒng)中丁酸合成效率最低。

基于植物多糖的雙歧桿菌物種之間的交叉喂養(yǎng)擴(kuò)大了碳源的可用性

當(dāng)共培養(yǎng)時(shí)，無法降解植物糖苷的雙歧桿菌種類依賴于能夠降解的其他種類。例如，Centanni等人報(bào)告稱，當(dāng)在高玉米淀粉培養(yǎng)時(shí)，B. pseudolongum通過產(chǎn)生1型外源性蒲白酶和α-淀粉酶釋放葡萄糖、麥芽糖、麥三糖，這些產(chǎn)物交叉饋送給B. animalis。更重要的是，具有相似營(yíng)養(yǎng)代謝的雙歧桿菌種類可以通過交叉饋送相同的底物來擴(kuò)展其營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位，而不是競(jìng)爭(zhēng)。

例如：B. bifidum PRL2010缺乏利用植物糖苷的降解系統(tǒng)，如淀粉和木聚糖；然而，當(dāng)與其他菌共培養(yǎng)時(shí)，如B. adolescentis 22 L、B. breve 12 L、B. thermophilum JCM1207，它可以利用其他雙歧桿菌釋放出的簡(jiǎn)單碳水化合物生長(zhǎng)，并促進(jìn)其糖利用基因的表達(dá)。

當(dāng)與其他雙歧桿菌共培養(yǎng)時(shí)，B. adolescentis在參與木糖代謝的基因表現(xiàn)出最顯著的變化，反映了這些菌株的遺傳適應(yīng)性增強(qiáng)，這可能有助于宿主在特定飲食變化期間擴(kuò)展碳水化合物的利用潛力。

雙歧桿菌與其他腸道細(xì)菌協(xié)作降解復(fù)雜的植物糖苷

復(fù)雜糖類的降解產(chǎn)物在腸道微生物群中的交叉喂養(yǎng)取決于目標(biāo)糖類的復(fù)雜性。由于缺乏完整的降解和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，雙歧桿菌對(duì)難以降解的植物糖類（包括木聚糖、長(zhǎng)鏈菊粉和甘露聚糖）具有有限的能力；因此，它們依靠其他細(xì)菌將可溶性短糖類物質(zhì)作為交叉喂養(yǎng)底物（如AXOS、XOS、FOS和甘露糖）在細(xì)胞外釋放。一些擬桿菌屬和乳酸菌屬的成員是主要的糖類降解細(xì)菌，能夠與雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)，包括B.longum、B.animalis、B. adolescentis。

當(dāng)在簡(jiǎn)單的木聚糖（如葡萄糖醛酸木聚糖和小麥阿拉伯木聚糖）上培養(yǎng)時(shí)，B. adolescentis ATCC 15703依賴于來自Bacteroides ovatu**s ATCC 8483產(chǎn)生的AXOS，在缺乏木聚糖酶(GH98）降解系統(tǒng)的情況下生長(zhǎng)。

果聚糖的交叉喂養(yǎng)與糖鏈的取代基和長(zhǎng)度密切相關(guān)，復(fù)雜的果聚糖（即含有蔗糖單元的果聚糖）被主要降解者降解以產(chǎn)生短鏈化合物，供次級(jí)消費(fèi)者利用。B. longum傾向于使用短鏈菊粉，促進(jìn)與Lactobacillus paracasei的合作，完全降解長(zhǎng)鏈菊粉并產(chǎn)生果糖、乳酸和乙酸。

B. longum與擬桿菌之間基于木聚糖、II型各糖苷和AGP存在交叉喂養(yǎng)關(guān)系。Wang等報(bào)告稱，當(dāng)與Bacteroides caccae ATCC 43185共同培養(yǎng)時(shí)，B. longum NCC 2705依靠B. caccae降解的落葉松木AG的碳水化合物片段生長(zhǎng)良好。

Vega-Sagardía等報(bào)告稱，B. ovatus HM222降解木聚糖并通過釋放XOS和細(xì)胞外酶促進(jìn)B. longum PT4的生長(zhǎng)，并且B. longum PT4中α-L-阿拉伯糖苷酶、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶和木酮糖異構(gòu)酶的分泌量增加。然而，由于擬桿菌在****pH <5.5時(shí)生長(zhǎng)不良，B. longum發(fā)酵產(chǎn)生乙酸和乳酸，導(dǎo)致擬桿菌基質(zhì)轉(zhuǎn)化（從琥珀酸轉(zhuǎn)化為丙酸）的效率降低，進(jìn)而導(dǎo)致琥珀酸積累。因此，交叉喂養(yǎng)擬桿菌受到****pH限制，用于降解復(fù)雜AG或木聚糖的聯(lián)菌種****需要其他物種的參與，例如Prevotella*、Roseburia intestinalis*。

值得注意的是，B. longum與擬桿菌之間的交叉喂養(yǎng)關(guān)系是互惠的，B. longum的植物糖苷代謝的次級(jí)產(chǎn)品可以交叉喂養(yǎng)某些糖苷代謝系統(tǒng)較差的擬桿菌。例如，B. longum降解的與AGP相關(guān)的低聚糖可以與Bacteroides vulgatus交叉喂養(yǎng)，這促進(jìn)了后者菌株中木糖苷酶的表達(dá)。

B. longum在與植物糖苷共同培養(yǎng)時(shí)促進(jìn)了Bacteroides thetaiotaomicron中甘露糖苷酶和木糖苷酶的功能。

考慮到數(shù)據(jù)有限，雙歧桿菌的交叉喂養(yǎng)互動(dòng)是否對(duì)整個(gè)腸道群落內(nèi)碳水化合物利用的平衡產(chǎn)生積極貢獻(xiàn)仍有待確定。

這些交叉喂養(yǎng)關(guān)系對(duì)****宿主健康有何影響？

協(xié)同組合

雙歧桿菌產(chǎn)生的交叉喂養(yǎng)活動(dòng)凸顯了它們?cè)讷@取或提供其他細(xì)菌的底物方面的關(guān)鍵生態(tài)作用。這種相互依賴的互動(dòng)也可以增強(qiáng)參與者的代謝功能，從而擴(kuò)展它們?cè)械?strong>營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位。補(bǔ)充含有雙歧桿菌的多菌株共生菌可以幫助腸道微生物群在早期生活中成熟和穩(wěn)定，并增加有益代謝物（如丁酸）的分泌，最終預(yù)防與腸道微生物群失衡相關(guān)的慢性疾病。

這種菌株的協(xié)同組合協(xié)同調(diào)節(jié)腸道微生物群和健康穩(wěn)態(tài)，并且比單一菌株更不易受到內(nèi)源性微生物的影響。然而，目前對(duì)多菌株共生菌調(diào)節(jié)健康的研究?jī)H停留在現(xiàn)象描述層面，對(duì)組合的基本原因、配方基礎(chǔ)和有效機(jī)制的明確解釋仍然稀缺。

因此，應(yīng)基于益生菌對(duì)糖苷的偏好及其交叉喂養(yǎng)關(guān)系探索這種多菌株共生菌的可能性和必要性。腸道微生物群常常受到年齡、飲食習(xí)慣和抗生素的影響，因此需要根據(jù)不同宿主的需求，使用適當(dāng)和個(gè)性化的策略來調(diào)節(jié)菌群穩(wěn)態(tài)。

doi: 10.1038/s41522-024-00524-6

宿主的雙歧桿菌從出生起受多種因素影響。母乳喂養(yǎng)以及益生菌和益生元的使用有助于建立腸道微生物群的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，包括交叉喂養(yǎng)。這種交叉喂養(yǎng)關(guān)系可以促進(jìn)多菌株合生元的配制，這對(duì)改善腸道穩(wěn)態(tài)和緩解因剖腹產(chǎn)和抗生素使用而導(dǎo)致的相關(guān)疾病，包括菌群失調(diào)、代謝綜合征和免疫缺陷，是有效的。

嬰兒早期生命中交叉喂養(yǎng)的益處

○ 促進(jìn)嬰兒腸道微生物組的早期定植和多樣性

○ 增強(qiáng)免疫系統(tǒng)發(fā)育和功能

○ 減少致病菌定植的風(fēng)險(xiǎn)

○ 緩解剖腹產(chǎn)和抗生素使用導(dǎo)致的微生物組變化

成人生命中交叉喂養(yǎng)的益處

○ 維持腸道微生物組的多樣性和穩(wěn)定性

○ 改善腸屏障功能

○ 增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生

○ 減輕代謝性疾病的風(fēng)險(xiǎn)

○ 調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)

老年期交叉喂養(yǎng)的益處

○ 延緩腸道微生物組多樣性的年齡相關(guān)下降

○ 減輕炎癥性疾病

○ 改善認(rèn)知功能

○ 增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能

生命早期——雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)的有益效應(yīng)

改善剖腹產(chǎn)和抗生素使用導(dǎo)致的微生物定植的不良后果

出生方式（剖腹產(chǎn)）和抗生素治療對(duì)嬰兒期腸道微生物群產(chǎn)生負(fù)面影響，這表現(xiàn)為致病菌****的積累，雙歧桿菌和擬桿菌的減少，以及增加嬰兒代謝、炎癥和免疫紊亂的風(fēng)險(xiǎn)。

補(bǔ)充具有廣泛人乳寡糖代謝能力的雙歧桿菌菌株（如嬰兒雙歧桿菌），益生菌和能夠刺激雙歧桿菌生長(zhǎng)的益生元，已被用來逆轉(zhuǎn)由分娩方式引起的腸道微生物群失調(diào)。

——補(bǔ)充R. gnavus可以促進(jìn)B. breve的增殖

B. breve利用前者從2′-FL中釋放的乳糖，并有助于將早產(chǎn)兒微生物組轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓p歧桿菌的群落。

——由Lactobacillaceae rhamnoides、B.breve 、Propionibacterium freundenreichii與FOS結(jié)合的混合物

該混合物促進(jìn)了雙歧桿菌的定植，并減少了腸球菌科、梭菌科和韋榮球菌科的豐度，最終糾正了由剖腹產(chǎn)和抗生素誘導(dǎo)導(dǎo)致的腸道微生物組的不良變化。

一項(xiàng)宏蛋白質(zhì)組分析顯示，雙歧桿菌中用于HMO降解的酶（包括β-半乳糖苷酶和β-半乳糖基N-乙酰己糖胺磷酸化酶）表達(dá)顯著，而鼠李糖乳桿菌可能從HMO降解釋放的單糖中受益。這些研究表明，與腸道居住菌種（特別是雙歧桿菌）作為盟友一起施用益生菌和/或益生元在恢復(fù)嬰兒腸道微生物群失調(diào)方面是有效的；這種具有協(xié)同作用的多菌株和益生元組合可作為嬰兒配方食品的補(bǔ)充。

促進(jìn)雙歧桿菌的優(yōu)勢(shì)地位和完善腸道菌群構(gòu)建

基于HMO的代謝相互作用可以塑造嬰兒腸道微生物群的組成。雙歧桿菌（尤其是B. infantis）在母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道定植中被優(yōu)先考慮，這取決于它們吸收HMO的優(yōu)越能力。

雙歧桿菌在出生后不久基于HMO代謝發(fā)揮優(yōu)先效應(yīng)，消耗腸道中大部分碳源，從而阻止后來物種的定植，促進(jìn)嬰兒腸道穩(wěn)態(tài)的建立，并抑制病原體（如艱難梭菌和沙門氏菌）的生長(zhǎng)。

B. breve的腸道定植是優(yōu)先效應(yīng)的一個(gè)例子。

考慮到B. breve對(duì)HMO的有限利用能力，其優(yōu)勢(shì)地位的形成不僅僅與HMO消耗的表型相關(guān)，而是依賴于與其他雙歧桿菌的交叉喂養(yǎng)。

雙歧桿菌中涉及的交叉喂養(yǎng)活動(dòng)在腸道微生物群的組裝中起著關(guān)鍵作用。

B.infantis Bg2D9促進(jìn)了Prevotella copri Bg131在營(yíng)養(yǎng)不良小鼠腸道中的定植，并促進(jìn)了含有阿拉伯聚糖的飲食中阿拉伯糖的釋放，這通過交叉喂養(yǎng)促進(jìn)了腸道中其他物種的增殖，包括B. catenulatum、Blautia obeum。這可用作嚴(yán)重急性營(yíng)養(yǎng)不****良兒童的飲食干預(yù)。

總之，腸道微生物群在出生后具有高度可塑性，可以通過引入含有適當(dāng)協(xié)同生物的飲食來促進(jìn)腸道穩(wěn)態(tài)。確定這些相互作用的過程和結(jié)果可用于飲食干預(yù)，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)。

成年期間——雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)的有益效應(yīng)

重建腸道微生物群結(jié)構(gòu)和腸道穩(wěn)態(tài)

內(nèi)源性雙歧桿菌的普遍存在程度在成年期低于早期生命階段；然而，由于飲食多樣性的增加，雙歧桿菌參與的交叉喂養(yǎng)活動(dòng)，促進(jìn)了與腸道微生物群和宿主之間的更多相互作用。

多菌株合生元的膳食補(bǔ)充有助于促進(jìn)雙歧桿菌的增殖并重建穩(wěn)定的腸道菌群。抗生素暴露可能破壞腸道微生物群的豐度和多樣性，而引入已刪除的核心微生物群可以通過互營(yíng)關(guān)系幫助重建腸道免疫穩(wěn)態(tài)。

一種人乳寡糖和嬰兒型雙歧桿菌****的合生元，通過促進(jìn)乙酸鹽和丁酸鹽****的產(chǎn)生，來改善腸道微生物群的不平衡并影響腸桿菌科細(xì)菌的生長(zhǎng)。

后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，這種依賴于人乳寡糖的雙歧桿菌策略，可以增加乳酸攝取者（韋榮氏菌屬）的豐度，并通過減少促炎代謝物對(duì)甲酚硫酸鹽來緩解抗生素誘導(dǎo)的腸道微生物群失調(diào)。

對(duì)甲酚詳見：對(duì)甲酚——自閉癥輔助診斷和干預(yù)的關(guān)鍵指標(biāo)

刺激有益代謝物分泌，改善2型糖尿病、肥胖等

由于與產(chǎn)丁酸菌的交叉喂養(yǎng)關(guān)系，雙歧桿菌豐度的變化與糞便中乙酸鹽和丁酸鹽濃度密切相關(guān)，它們的代謝相互作用可以調(diào)節(jié)如2型糖尿病(T2D)和肥胖等代謝綜合征。

丁酸鹽在調(diào)節(jié)血糖水平方面發(fā)揮著重要作用。一種含有Akkermansia muciniphila、嬰兒雙歧桿菌(B.infantis)、三種產(chǎn)丁酸菌和菊粉的合生元，以改善2型糖尿病，并確定粘液噬菌菌和嬰兒雙歧桿菌與丁酸鹽生產(chǎn)菌的交叉喂養(yǎng)活動(dòng)促進(jìn)了丁酸鹽的產(chǎn)生，這需要體內(nèi)驗(yàn)證。

擴(kuò)展閱讀：AKK菌——下一代有益菌

多菌株合生元也被用于改善肥胖個(gè)體的能量代謝、免疫功能和腸道微生物群。

引入了一種由GOS、長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum)和B. bifidum組成的合生元來調(diào)節(jié)肥胖，并確定瘤胃球菌(Ruminococcus)的增加可用于丁酸鹽的生產(chǎn)。

Nguyen等人148通過共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析使用阿拉伯木聚糖治療肥胖，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)雙歧桿菌通過降解阿拉伯木聚糖釋放寡糖，與擬桿菌屬、考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)和Subdoligranulum進(jìn)行協(xié)同和相互作用，促進(jìn)乙酸鹽的產(chǎn)生并緩解肥胖。

擴(kuò)展閱讀：腸道核心菌屬——考拉桿菌屬（Phascolarctobacterium），與減肥相關(guān)？

飲食改變和合生元干預(yù)可用于增加腸道中雙歧桿菌的豐度并促進(jìn)有益代謝物的分泌，從而緩解代謝紊亂；然而，其臨床意義仍有待確定。

未 來 展 望

不同階段營(yíng)養(yǎng)——驅(qū)動(dòng)雙歧桿菌的適應(yīng)性演化

腸道中雙歧桿菌的種群動(dòng)態(tài)與宿主的營(yíng)養(yǎng)階段密切相關(guān)。從嬰兒期的母乳（富含人乳寡糖等簡(jiǎn)單糖苷）到成年期的復(fù)雜植物糖苷（如阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖），飲食結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變直接塑造了雙歧桿菌的糖苷代謝偏好。

這種代謝適應(yīng)性使其能夠通過調(diào)整糖苷水解酶(GHs)和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，在不同年齡段維持腸道定殖優(yōu)勢(shì)。然而，相比擬桿菌等腸道菌群，目前對(duì)雙歧桿菌胞內(nèi)外GHs酶系及其底物轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的認(rèn)知仍存在顯著空白，尤其是底物識(shí)別能力如何影響其與其他菌群的互作，亟待深入研究。

交叉喂養(yǎng)機(jī)制：協(xié)同互作與科學(xué)挑戰(zhàn)

雙歧桿菌通過糖苷偏好性與其他腸道微生物（如擬桿菌、乳酸桿菌）建立交叉喂養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)。例如，其**分解阿拉伯木聚糖(AX)或阿拉伯半乳聚糖(AG)**的代謝產(chǎn)物可被擬桿菌二次利用，而β-葡聚糖、果聚糖等糖苷的協(xié)同代謝機(jī)制尚未明確。

種間協(xié)作的未知領(lǐng)域：現(xiàn)有研究多聚焦單一菌種，而雙歧桿菌屬內(nèi)（如長(zhǎng)雙歧桿菌與假鏈狀雙歧桿菌）及跨屬（如與乳酸桿菌）的代謝分工機(jī)制亟待闡明。

研究范式局限：當(dāng)前對(duì)多菌株協(xié)同效應(yīng)的研究偏重健康干預(yù)的終點(diǎn)指標(biāo)（如菌群豐度變化），卻忽視對(duì)互作過程的動(dòng)態(tài)解析（如底物傳遞路徑、酶系統(tǒng)互作），導(dǎo)致協(xié)同組合設(shè)計(jì)缺乏理論依據(jù)。

未來研究方向與轉(zhuǎn)化應(yīng)用策略

機(jī)制層面：闡明雙歧桿菌（如長(zhǎng)雙歧桿菌與假鏈雙歧桿菌）間的種內(nèi)協(xié)同機(jī)制，以及其與乳酸桿菌等菌的種間互作規(guī)律；

技術(shù)層面：結(jié)合多組學(xué)手段，揭示GHs酶系與轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的底物特異性，明確關(guān)鍵代謝節(jié)點(diǎn)；

應(yīng)用層面：基于年齡或營(yíng)養(yǎng)階段特征，開發(fā)靶向雙歧桿菌交叉喂養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化菌群配方，并優(yōu)化干預(yù)時(shí)機(jī)。

個(gè)性化精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)與功能性食品開發(fā)

基于雙歧桿菌的糖苷偏好設(shè)計(jì)靶向性膳食補(bǔ)充劑或功能性食品。

可能的應(yīng)用方向：

□ 開發(fā)含特定糖苷（如LNT、阿拉伯木聚糖）的“益生元+益生菌”組合產(chǎn)品，定向激活雙歧桿菌的代謝通路；

□ 例如將B. infantis與丁酸產(chǎn)生菌和特定益生元(如人乳寡糖或阿拉伯木聚糖)結(jié)合，形成基于交叉喂養(yǎng)原理的協(xié)同生物產(chǎn)品；

□ 開發(fā)基于腸道菌群特征的“糖苷-菌株匹配算法”，優(yōu)化益生元/益生菌組合方案；

□ 針對(duì)老年人腸道菌群特征，設(shè)計(jì)富含雙歧桿菌偏好糖苷的老年?duì)I養(yǎng)配方（如抗性淀粉微膠囊）；

□ 利用雙歧桿菌的唾液酸代謝缺陷，設(shè)計(jì)不含唾液酸化糖苷的嬰幼兒配方奶粉，抑制致病菌定殖。

□ 基于不同雙歧桿菌菌株之間以及與其他微生物的交叉喂養(yǎng)關(guān)系，開發(fā)新型發(fā)酵食品，優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和健康效益。

代謝疾病干預(yù)與菌群療法

通過調(diào)控雙歧桿菌的交叉喂養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)治療肥胖、糖尿病等代謝疾病。

可能的應(yīng)用方向：

□ 篩選能高效分解膳食纖維（如β-葡聚糖）的雙歧桿菌工程菌株，用于改善胰島素抵抗；

□ 構(gòu)建“雙歧桿菌-乳酸桿菌”共生菌群膠囊，通過協(xié)同降解果聚糖緩解腸道炎癥；

□ 開發(fā)靶向雙歧桿菌GH43酶的小分子激活劑，增強(qiáng)植物纖維代謝能力以控制血糖。

跨學(xué)科健康管理工具開發(fā)

整合雙歧桿菌研究數(shù)據(jù)構(gòu)建健康預(yù)測(cè)與干預(yù)平臺(tái)。

可能的應(yīng)用方向：

□ 建立“腸道糖苷代謝圖譜”數(shù)據(jù)庫，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)更精細(xì)化的個(gè)體菌群失衡風(fēng)險(xiǎn)；

□ 整合腸道菌群多組學(xué)數(shù)據(jù)與飲食記錄，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)特定雙歧桿菌菌株對(duì)宿主代謝的影響閾值；

□ 開發(fā)便攜式腸道糖苷檢測(cè)設(shè)備（如生物傳感器試紙），實(shí)時(shí)指導(dǎo)飲食調(diào)整。

□ 建立母乳低聚糖（HMO）與嬰兒糞便中****雙歧桿菌豐度的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)母乳喂養(yǎng)不足時(shí)的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充。

通過將菌群營(yíng)養(yǎng)研究提升至分子互作水平，可推動(dòng)微生物組治療向“分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)”轉(zhuǎn)型，例如設(shè)計(jì)特定糖苷底物激活雙歧桿菌的靶向代謝通路，或利用協(xié)同菌群組合重塑宿主-菌群互惠關(guān)系，從而為代謝疾病防治提供新策略，是微生物組治療的未來趨勢(shì)。

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