综述 | 整个生命周期内真菌菌群在营养和代谢健康中的作用
编译：小鹿同学，编辑：小菌菌、江舜尧。
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人的胃肠道是一个包含多种原核微生物和真核微生物的生态系统。肠道真菌由于具有调节宿主免疫的能力，最近已发展的备受关注。肠道内真菌定植是通过母体真菌菌群的垂直传播以及环境与饮食暴露的结合而发生的。来自人类和动物研究的数据表明，营养成分能够强烈地影响真菌的组成，而真菌群落的变化会加剧代谢性疾病。
真菌菌群通过真菌-真菌的相互作用、真菌-细菌的相互作用以及免疫交流等方式对宿主健康、病理学以及胃肠道群落产生影响的相关机制逐渐受到科研人员的关注，从而为微生物群与宿主之间的相互作用开辟了新的篇章。在本文中，研究者调查了胃肠道及营养性真菌群落的形成、成熟和饮食调节，并考察了它们对人类代谢性疾病的影响。
论文ID
原名：From Birth and Throughout Life: Fungal Microbiota in Nutrition andMetabolic Health
译名：从出生到终生：营养和代谢健康中的真菌菌群
期刊：Annual Review of Nutrition
IF：10.897
发表时间：2020年7月17日
通讯作者：Iliyan D. Iliev
作者单位：美国康奈尔医学院琼-桑福德医学系消化内科；威尔·康奈尔医学院吉尔·罗伯茨炎症性肠病研究所
文章要点
1.人体胃肠道中的真菌群落（或真菌菌群）是宿主内真核生物和原核生物中较大微生物群落的一个不同方面。
2. 随着现代测序技术的出现，越来越多的人开始关注真菌菌群在生命早期的获取及其在整个生命中的可变性。
3. 真菌的营养来源（如发酵食品和植物群落）以及一般的饮食选择似乎能够操纵肠道菌群。
4. 食物来源的真菌污染，通过产生肝毒性、肾毒性和致癌性的真菌毒素，从而对人类和牲畜的健康产生影响。
5. 胃肠道真菌菌群广泛地影响免疫力和生理机能，从而加剧肥胖症和其它代谢性疾病。
6. 真菌-真菌、真菌-细菌的相互作用会影响肠道菌群，进而影响宿主的免疫力和疾病。
7. 需要进一步的研究，以了解肠道真菌菌群的多个成员是否可以通过分泌酶、毒素或代谢物来直接调节宿主的免疫、代谢和癌症的发展。
结果
前言
真菌的各种群落在肠道中与微生物群的其它成员共存。在人类和小鼠中，肠道菌群主要由子囊菌门的成员组成，其中最常见的分类包括念珠菌属和酿酒酵母菌属。越来越多的研究正在揭示肠道共生真菌是如何影响几种免疫介导疾病的宿主免疫。然而，最近一些发现表明肠道真菌的影响不仅限于它们对宿主免疫反应的直接作用。全面理解肠道真菌在健康和疾病中的作用，需要努力整合其与宿主免疫、肠道菌群和宿主代谢之间相互作用的不同方面。本文中，研究者回顾了真菌和人类营养之间相互影响的最新发现和历史观点，重点关注了真菌菌群对胃肠道代谢疾病进程的影响能力。
早期人类的真菌菌群：妊娠、母乳以及向副食品的过渡
虽然在生命早期建立稳定的细菌菌群与生命后期的健康息息相关，但关于儿科真菌菌群来源的移植以及疾病发展背景下肠道真菌重要性等关键问题的相关研究才刚刚开始。与剖宫产相比，有研究观察到顺产婴儿的真菌18S核糖体RNA（rRNA）存在一个增加的趋势，而该趋势一直持续到分娩后大约1年。基于18S rRNA测序的主坐标分析显示，阴道分娩的儿童中念珠菌属的相对丰度较高，这表明分娩方式在属的水平上确定婴儿体内真菌菌群多样性的方面发挥了作用。在极低出生体重的新生儿（易患胃肠道念珠菌病）中，阴道分娩的方式与出生后1周内白色念珠菌定植的三倍风险相关。此外，这些早期定植婴儿的母亲中有76％自身已存在白色念珠菌的定植（而其他婴儿的母亲中有56％存在定植），这表明真菌直接通过母体转移。通过DNA指纹图谱，研究者在出生时的早期定植病例中确认了65％的垂直传播，而在出生后2周时该数据下降到总定植数的41％，这表明母体可以作为真菌菌群垂直转移的载体，而环境传播在分娩后的几周内发挥着越来越重要的作用。随后的工作已经证实了专性厌氧细菌具有相似的垂直传播，这为母体微生物的转移建立了一条常见且经过验证的途径。
出生后，母乳或配方奶将为婴儿提供首选营养，这为婴儿移植包括真菌在内的微生物提供了另一个机会（图1）。几项研究已经调查了母乳中的真菌，并基于非培养测序法和真菌培养物对母乳真菌的组成提供了不同的见解。Callado及其同事报告了牛奶的真菌菌群（由马拉色氏菌属、Davidiella、Sistotrema和Penicillium组成），其在四个采样国家（芬兰、南非、中国和西班牙）中的变化很小。此外，真菌负荷的18S定量在地理上是一致的。菌属的这种聚集与该实验室较早的研究结果形成对比，该实验室在母乳样品中鉴定的最高丰度菌属分别为念珠菌属、马拉色氏菌属和酵母菌属。一项对早产儿母亲的最新研究证实了部分结果，研究者通过ITS2扩增和测序的方法发现占优势的菌属是念珠菌属（C. albicans、C.parapsilosis、C. krusei和C. glabrata）和酿酒酵母。母乳中不含游离的真菌DNA，这表明分离的序列代表了真菌细胞衍生的菌落。这项研究的样品中完全不包括常见的皮肤共生真菌——马拉色氏菌属，表明研究中不同供体人群或采样技术上的差异可能会影响马拉色氏菌属从皮肤上脱落的程度，因为真菌在皮肤上十分丰富。此外，从培养母乳中获得的真菌分离菌株主要是C. parapsilosis和Rhodotorula mucilaginosa。尽管马拉色氏菌属具有很高的丰度，但通过非培养鉴定法，研究人员仍无法从母乳样品中分离出该菌。这说明母乳中不存在活的马拉色氏菌属，或可能需要反思一下所实施的培养和采样条件，但是后者的可能性不大，因为马拉色氏菌属的培养技术在过去已经发展的很成熟了。对照研究还需要进行，以比较不同培养基和温度条件下的母乳、乳头和乳晕的真菌群，从而进一步从偶然的真皮携带生物和游离DNA中描述出真正的哺乳期菌属。对于真正的哺乳期菌属而言，关于真菌是否可利用生物培养基的碳源和氮源；如何获得母体免疫系统的识别；以及孕期、分娩后以及断奶后真菌增殖的时间进程等这些问题仍然未知。
在营养、代谢和免疫力快速变化和发展期间，真菌菌群从新生儿到幼儿的过渡发生在形成期。研究者在幼儿1个月~5个月大时观察到大量的马拉色氏菌目发展为酵母目的增加，这也是幼儿开始接触软、非牛奶食品的常见时限。就细菌种群而言，在同一时期肠杆菌科和双歧杆菌科都会减少，而毛螺旋菌科则在增加，这表明发生了协调一致的改变。研究者在新生儿中发现了具有较高念珠菌属丰度的独特肠道菌群状态，这与2岁时过敏原特异性的免疫球蛋白E（IgE）浓度的增加相关。这一发现表明，有利于或包含念珠菌属扩增的新生儿肠道可能会影响先天性过敏症的严重性以及生命后期哮喘的发展，这也是先前研究发现的肠道细菌能力。这些发现通过小鼠实验得到了进一步地证实，实验表明真菌性稳态失调和特定真菌的定植会对生命早期和晚期的过敏性气道炎症产生负面影响。另一个队列研究显示了从10天到2岁期间幼儿的真菌α多样性出现稳定增加。在这段时间内相对丰度最高的操作分类单位（OTU）从德巴利酵母属（在配方奶或母乳喂养期间）过渡至酿酒酵母菌属（在断奶以及副食期间）。真菌DNA的检测与成对的母子相关，真菌-阳性母亲的孩子更可能也呈阳性。这可能表明母体细菌群落的转移更有利于生命后期的真菌定植。对于这个关键过渡期的进一步检查需要进行额外的纵向研究，尤其要注意物种/菌株的采集和持续性。
成年期肠道真菌的饮食调节
与个体之间的相似性和细菌微生物群的纵向一致性不同，成年肠道的真菌菌群非常独特且易变，这通过地理上的多样性和粪便的纵向测序得以证实。队列中饮食和营养的差异可以解释个体间的某些差异。在同一地理区域的成对研究中，Hallen-Adams及其同事通过常规饮食（西方饮食）和植物性饮食评估了健康个体的真菌菌群。尽管常规饮食似乎支持了核心真菌菌群的存在，其组成包括Debaryomycetaceae（德巴利酵母属和酿酒酵母菌属）、Dipodascaceae（Galactomyces spp.和Geotrichum spp.）、Davidiellaceae（芽枝霉菌属）和Malasseziasae（Malassezia spp.），而素食主义者的真菌菌群倾向是更丰富的孢子形成真菌和饮食类真菌（镰刀菌属、青霉菌属、曲霉菌和芽枝霉菌属）。这种改变可以通过肠道中类似酵母的真菌负荷减少，从而能够观察到占主导的饮食和环境真菌，胃肠道中丝状真菌的真正扩增，或植物性饮食中异源真菌摄入量的增加来解释。Turnbaugh及其同事进一步探讨了植物性饮食或动物性饮食所引起的人类真菌菌群的变化。在动物性饮食（富含奶酪、肉和鸡蛋）的2~3天后，青霉菌属的物种似乎生长旺盛，而德巴利酵母属和念珠菌属的相对丰度大大降低。相比之下，植物性饮食（主要是水果、谷物和蔬菜）表现出饮食相关的念珠菌属的相应增加。尽管这项研究在饮食来源的真菌和粪便真菌菌群之间建立了有趣的联系，但由于缺乏饮食控制且真菌的组分较低，因此对丰度变化的解释让人感到困惑。Lewis及其同事们进行了开创性研究，他们研究了健康个体中细菌与饮食之间的相互作用，从而研究胃肠道微生物群中的古细菌和真菌成员。具体而言，他们揭示了近期饮食中碳水化合物的摄入与念珠菌属物种之间存在正相关，而饱和性脂肪酸则会导致负相关。当扩展到长期的饮食选择时，这些模式造成了同方向的趋势但却不具有统计学意义，这可能反映了饮食中的细微变化（但没有在志愿者饮食调查表中体现），同时也突出了长期开展和实施营养控制相关研究所面临的挑战。
检查控制性治疗饮食对肠道真菌菌群的影响，能够提供一个独特的优势来评估这些生物体对选择患者人群的潜在治疗益处或危害。最近针对儿科炎症性肠病患者进行的一项调查发现，克罗恩病（CD）患者开始专有肠内营养（EEN）（该疾病的一线饮食治疗方式）与白色念珠菌、葡萄牙棒孢酵母、Cyberlindnera jadinii（在CD患者中通常会增加的菌属）的相对丰度之间存在显著的负相关。尽管该队列中真菌的相对丰度无法预测患者对抗肿瘤坏死因子治疗的反应，但饮食调节后的8周内，在接受EEN治疗的患者体内，这些真菌的丰度出现显著降低。肠内营养是一个广泛的术语，既包括元素饮食（基于氨基酸）又包括非元素饮食（基于分离的蛋白质，如酪蛋白），在过去的研究中已确定它们在治疗CD方面具有同等效果。值得注意的是，饮食中通常不含复杂的碳水化合物和纤维源，这与念珠菌属的以往营养研究密切相关。这些初步研究的观察结果是由于真菌营养素的直接消耗还是由于宿主免疫力的间接介导或细菌微生物群的改变，这尚待确定。展望未来的研究，诸如较低的FODMAP（针对IBS患者）等治疗性饮食以及区域性饮食或文化性饮食的影响，可能会促进深入了解饮食中不同元素改变胃肠道真菌菌群的确切机制。
为了便于在一个更可控的环境中评估真菌菌群的变化，并揭示引起这种变化的独特饮食成分，鼠类的饮食控制实验为人类营养研究提供了一种具有吸引力的替代方法。Gale及其同事评估了小鼠高脂饮食后真菌的ITS2丰度变化。在饮食调控8周后，与饲喂常规饮食的小鼠相比，高脂饮食小鼠表现出酵母菌属（特别是酿酒酵母）的显著减少，而念珠菌属没有变化。两种饮食的定量聚合酶链反应显示，鼠粪中的物种绝大多数（80-90％）都不存在于饮食中，仅由瞬时的微生物就能有效地控制其变化。重要的是，酿酒酵母在饮食中仅占饮食序列的<0.01％（而在粪便中占> 80％），这支持了以下观点：高脂饮食会导致鼠类胃肠道中该物种的真正生长。Ludwig及其同事进行的另一项研究对西方饮食（高糖、胆固醇和脂肪）和热量限制与常规鼠类饮食的影响进行了比较。尽管他们只观察到不同方案间β多样性的边际变化，但Wallemia spp.和担子菌属掷孢酵母菌分别随着西方饮食和热量限制而扩增。念珠菌属在常规饮食条件下的丰度要高于另外两种饮食处理的丰度。重要的是，在未来的研究通过控制日趋复杂的饮食成分（如纤维、酚类化合物、植物甾醇和萜烯的来源）的能力可能有助于观察到全营养食物在人类饮食中的作用，从而产生新的机理性认识。
饮食中的真菌与微生物群的改变
正如营养和饮食可能影响哺乳动物的真菌菌群一样，真菌膳食成分也可以调节预制食品和胃肠道中的细菌和真菌群落。早期对拮抗性饮食中的真菌-真菌共生体相互作用的调查显示，汉逊德巴利酵母（一种奶酪等发酵产品中常见的真菌）和粪便中的念珠菌属之间存在负的序列相关性（Spearman相关系数为-0.31）。从44种不同的奶酪中得到的分离株，与各种念珠菌属共培养后，研究者发现了几种汉逊德巴利酵母菌株，它们可以产生肽类抗真菌天然产物或酵母致死性毒素（YKTs）。YKTs，也称为霉菌素，是几种真菌产生的抗真菌肽，与细菌产生细菌素的方式相似。其抑制活性在很大程度上取决于温度（最有效的温度为25°C）和酸度（pH为4.5）。尽管这些特性使人怀疑汉逊德巴利酵母衍生的YKTs在小肠和大肠中的作用，但它们的确表明了一种合理的机制，即发酵产物通过内部的相互作用来排除了念珠菌属，从而减少了饮食中这些机会性致病菌的接种量。此外，来自异常威克汉姆酵母菌株（以前在正常鼠类真菌群中发现的酵母）的YKTs在广泛的生理相关酸度（pH为3~6）和温度（5~40°C）范围内均能有效地对抗Candida mesorugosa，这增加了YKTs在哺乳动物肠道内指导真菌与真菌菌群互作中发挥作用的可能性。白色念珠菌的YKT易感性会因Hog1的缺失而加剧，该基因编码丝裂原活化蛋白激酶磷酸化途径的一个成员。Hog1-缺失突变体对刚果红和荧光增白剂具有更强的抵抗力，这些试剂与酵母和丝状真菌中的几丁质结合，这表明真菌细胞壁的改变增加了其对来自汉逊德巴利酵母成孔YKTs的敏感性。另一项研究确定了毕赤酵母（在味增汤和酒精性饮料等发酵产品中发现的常见菌属）与艾滋病患者口腔中念珠菌属的相对丰度呈负相关。来自真菌库的毕赤酵母菌株（MRL1458，推定为P. farinosa）的废培养液对念珠菌属、镰刀菌属和曲霉的生长具有抑制作用。这种病原物是一种对蛋白酶K敏感，但对热和碱不敏感的可扩散性分子，推测其可能是抗真菌肽。这一结果与30年前的文献研究相吻合，该文献报道了从P.farinosa中发现盐介导的致死性毒素，并阐明了其对多种真菌的抑制活性。总之，这些研究强调了YKT肽在发酵过程中防止真菌污染和变质的重要性，并暗示了真菌直接通过饮食调节真菌菌群的潜在机制。
肠道中的真菌菌群不仅有可能控制其自身的群落，而且还可能影响大量相邻的细菌，并可能在此过程中间接地影响哺乳动物宿主。研究者们对粪便微生物菌群移植（FMT）用于治疗各种微生物相关疾病的兴趣日益浓厚，这突显了肠道内跨物种相互作用的复杂性。在艰难梭菌的感染（CDI）中，念珠菌属的高负荷与FMT的负面结果相关，否则在这种情况下，FMT的疗效很显著。相比之下，高水平的念珠菌属与溃疡性结肠炎患者中的反应性增强相关。在艰难梭菌为优势细菌的CDI中，念珠菌属和艰难梭菌似乎具有一种共生关系，使其能在促炎环境中发展旺盛，并且针对FMT变得难以治愈。在溃疡性结肠炎（这种疾病保留了复杂的微生物群落）患者中，念珠菌属的高负荷与FMT治疗后持续存在的细菌多样性增加相关。在这些患者中，FMT治疗后念珠菌属负荷的减少与疾病严重程度的改善相关，尽管其潜在的机制尚不清楚，但这再次表明念珠菌属具有促炎性作用。近期的研究表明，念珠菌属对不同细菌物种的定植和持久性的影响受肠道内预先存在疾病的影响很大。
Bushman及其同事的研究报告了，念珠菌属的存在（在来自健康志愿者的57%的粪便样本中检测出的）与拟杆菌属之间存在显著的正相关。这一发现被随后的多项独立研究证实了。为了试图探索细菌群落修饰的真菌特性，Pu及其同事对一株酿酒酵母进行了研究，使其可以在刚断奶的猪中产生益生菌。家畜通常在幼年就断奶，随后通过补充抗生素的饲养方式来促进其快速生长，并避免因肠道微生物群发育不足而导致的机会性致病菌感染。不幸的是，这导致耐药细菌通过农业牲畜的直接选择以及放牧场和动物饲养场中的废水溢出间接影响等方式而快速进化。仔猪使用单独添加酿酒酵母的饮食、酿酒酵母和发酵蛋清的饮食以及对照饮食分别处理，且它们在断奶期间均不使用抗生素。断奶后在包含酵母饮食的情况下，两组由酿酒酵母饲喂的仔猪中粪便细菌群落的β多样性发生了改变，其中拟杆菌属有所增加，而几种厚壁菌门（包括罗氏菌属、费氏杆菌属和厌氧弧菌属）出现减少。令人惊讶的是，这些发现与高脂饮食小鼠饲喂几丁质-葡聚糖所获得的结果形成了鲜明对比，Delzenne及其同事从中观察到了戏剧性的逆转结果，即高脂饮食诱导的厚壁菌门罗氏菌属和真杆菌属出现了枯竭，与此同时加剧了拟杆菌属的减少。这种明显的差异表明，与真菌细胞壁的成分相比，活真菌对胃肠道微生物群的影响可能发生了改变，甚至具有相反作用。仔猪补充酿酒酵母可以增加仔猪的日增重，从而提高进食量，同时大大降低了仔猪的腹泻率和死亡率。另外，具有增强致病潜能的真菌也可能影响哺乳动物的真菌菌群。鼠胃肠道暴露于卷枝毛霉菌（酸奶中毒的食物污染物和元凶）会引起细菌α和β多样性的显著变化，从而导致拟杆菌属和Butyricimonas菌属的扩增，并使Akkermansia菌属以及疣微菌科出现减少。显然，肠道暴露于常驻性、益生性和致病性真菌会广泛影响宿主的肠道细菌群落及其对疾病和治疗的响应能力。因此，这种效应的影响以及宿主内肠道生态景观改变的潜在机制已成为未来研究的新兴领域。
饮食中的霉菌毒素及其对宿主的影响
真菌（尤其是丝状的产孢真菌）不仅是有益生物，还长期存在着臭名昭著的食品污染历史，通过其有毒的次级代谢产物对人类和家畜造成伤害。尽管在过去的一个世纪中已报道了数百种霉菌毒素，但本研究关注的是三种最常见的次级代谢物：黄曲霉毒素、双环聚酮类毒素和单端孢菌毒素（图2）。这些有毒的小分子由曲霉、青霉和镰刀菌属通过复杂的专业酶机制合成，并通过多种机制展示其毒性。为了获得来自链格孢菌和其它霉菌的大量霉菌毒素的更多信息，研究者邀请读者探索有关该主题的广泛文献。
从1930年代开始，研究者从青霉菌和曲霉菌中分离出一系列简单的双环聚酮类产物。橘霉素是第一种这样的毒素，由Hetherington和Raistrick在1931年从一种典型的黄色霉菌（柠檬青霉）中发现的。结晶的金色橘霉素的碳骨架是通过迭代的非还原性聚酮化合物合酶[citS(pksCT)]构建的。成熟的烯酮中间体会经历一系列酶催化的氧化和还原反应，最终经环化作用以及脱水作用形成quinomethide毒素。橘霉素的生产者通常会感染坚果、谷物、水果、大米和大豆，这对牲畜和人类健康均构成风险。橘霉素被摄入后会在哺乳动物的肾脏中作为有效的肾毒素而积聚，通过破坏线粒体的呼吸链导致机体的氧化损伤，然而这其中确切的作用机理仍在研究中。
棒曲霉素是一种由青霉菌属和曲霉菌属生产的天然产物，在1928年亚历山大·弗莱明爵士（Alexander Fleming）阐明青霉素以及第二次世界大战的来临引发的真菌抗生素复兴中被发现的。1938年至1942年间，多达四个独立的实验室应该被记入史册，他们首次获得了衍生自未知的青霉菌属（P. claviforme和A. clavatus）的抗生素物质。Woodward和Singh破译了棒曲霉素的双环不饱和内酯结构，它是由一种真菌的非还原性聚酮化合物合酶产生的，该酶可产生6-甲基水杨酸。至关重要的是，Birch等人在灰黄青霉中对这一确切过程的研究构成了聚酮类天然产物化学的基础。该产物进行脱羧反应，然后进行一系列生物合成的氧化和环化步骤，从而产生霉菌毒素——棒曲霉素。由于其二烯酸酯部分的内在亲电子性质，棒曲霉素对迈克尔供体具有反应性。谷胱甘肽和半胱氨酸的巯基能够有效地形成棒曲霉素加合物，并且能够消除该分子的毒性。急性棒曲霉素真菌中毒症的确切病因仍存在争议，但研究发现了粘膜紧密连接的破坏和细菌易位。苹果、其它水果和果汁是棒曲霉素的主要贮藏库，从而导致大多数西方国家严格控制这些消费产品中的霉菌毒素水平。
赭曲霉毒素A最初是从赭曲霉菌（K-804菌株）的玉米粉培养物中分离出来的，它对年幼的小鼠、大鼠和小鸭有急性毒性。活性追踪分离产生了纯的氯酚，它导致小鸭猝死，中位致死剂量为500 mg/kg。肝脏的组织学分析揭示了在整个器官的总体结构中，实质细胞出现了脂肪浸润。赭曲霉毒素A的3,4-二氢异香豆素结构由I型聚酮化合物合酶提供。该烯酮中间体随后进行苄基氧化，然后进行腺苷酸化、硫醇化作用，并通过非核糖体肽合成酶的催化与苯丙氨酸缩合，进而生成赭曲霉素B。最后，专有的卤化酶安装了芳基氯部分，从而生成了赭曲霉毒素A。赭曲霉毒素A在多种机制中主要起肾毒性作用，但其重要性尚不清楚，并且其已与1950年代巴尔干诸国的人类地方性肾病的历史案例联系在一起。可能带有污染的食品库存种类繁多，包括植物性产品（如谷物、葡萄酒、蔬菜、咖啡、花生）和动物性产品（如乳制品、肉类），它们为赭曲霉毒素生产真菌提供了适宜的基质。
1960年春季和夏季，英格兰遭受了大规模的农业疾病爆发（被称为土耳其“X”疾病），该疾病影响了家养的火鸡并破坏了家禽市场。动物表现出典型的肝脏疾病，导致肝窦隙受压以及具有均匀细胞质的嗜酸性细胞区域的颗粒状外观丧失，这表明了损伤以及可能的致癌作用。人们发现该病的起源是从巴西供应的落花生开始，家禽的原料迅速改变，从而节省了家禽一半的加料。在接下来的五年中，Wogan及其同事阐明了病原体：黄曲霉毒素，黄曲霉毒素是由黄曲霉的次级代谢产生的一系列极强的霉菌毒素。四个高度不饱和骨架的鉴定揭示了两个蓝色（黄曲霉毒素B1和B2）和两个绿色（黄曲霉毒素G1和G2）荧光化合物。它们的四环骨架是由两种脂肪酸合酶（aflA和aflB）和I型非还原性真菌聚酮化合物合酶[aflC(pksA)]的连续作用而产生的，从而导致去甲鸟氨酸蒽酮的形成。蒽酮氧化酶（hypC）催化需氧转化为蒽醌去甲鸟氨酸，后者经过一系列聚酮化合物合酶的加工步骤，生成成熟的黄曲霉毒素。构巢曲霉和杂色曲霉仅通过另外的同源途径产生蒽醌类葡萄球菌毒素，其是黄曲霉毒素生物合成中的有毒中间体。产黄曲霉毒素的曲霉菌属因其污染花生、谷物（如玉米、小麦和亚麻子）和乳制品的能力而臭名昭著，它们对人类和牲畜均构成风险。黄曲霉、A. nomius和A. parasiticus产生的黄曲霉毒素在肝脏中通过细胞色素P450的环氧化作用被生物激活，从而形成基因毒素（如黄曲霉毒素B1 exo-8,9-环氧化物）。这些高度亲电子的环氧化物由于其不饱和的平面骨架以及N7-鸟嘌呤残基的快速烷基化而插入DNA内。反过来，这可能会导致DNA加合物的复制或修复错误，从而导致肝脏致癌。
单端孢烯天然产物的大家族通常来自镰刀菌属和木霉菌属等丝状真菌的集合。单端孢烯次级代谢产物最初是从粉红单端孢菌中分离出来的，粉红单端孢菌是一种常见的植物病原体，存在于甜瓜、苹果和葡萄等水果中。1968年，Prentice和Dickson调查镰刀菌属与小麦疾病（一种称为疮痂病的疾病）相关的偶然事例。研究者发现摄入镰刀菌感染的饲料后，牛会出现呕吐以及无缘无故的进食后死亡。霉菌毒素中毒症的相似病例在近一百年已有报道。在苏联初期的一次事件中，黑麦面包中掺入的谷物污染导致了人中毒，其表现出虚弱、眩晕、头痛和恶心。Prentice和Dickson从几种镰刀菌属感染的玉米中分离出了催吐剂，而Strong及其同事揭示了T-2毒素和HT-2毒素的结构（分别以T-2菌株识别码和前者的脱乙酰基羟基衍生物命名）。在这些发现的同一时期，两个密切相关的含环己烯酮的天然产物从雪腐镰刀菌和F. roseum中分离出来，分别被命名为雪腐镰刀菌醇和脱氧雪腐镰孢烯醇。总的来说，这些真菌的次级代谢产物来自萜烯的生物合成，包括法呢基二磷酸的阳离子环化作用，进而形成倍半萜类烯前体。这种固定的中间体经过一系列复杂的氧化、环化和不同程度的酰化反应，形成了来自同一生物合成来源的一系列多样化的毒素。这些化合物的毒性取决于其复杂骨架上的亲核环氧化物部分，因为化学酶法的消化会使其细胞毒性急剧丧失。该家族许多成员的毒性中枢机制涉及了核糖体蛋白合成的抑制。继续研究它们激活天然免疫和影响肠道稳态的能力可能是未来研究的有趣方向。
肠道真菌菌群和代谢性疾病
无论是通过霉菌毒素、细菌调节还是营养代谢，多项研究表明挑选的真菌菌株具有影响宿主代谢的能力。这种影响可能是对所选营养素代谢的直接影响，也可能是对宿主微生物群的间接调节。肠道中的微生物群落不可避免地相互连接，这些微生物网络对于各种宿主的代谢途径至关重要。尽管存在这种持续的相互影响，最近的研究表明肠道真菌可能独立于肠道细菌的相互作用而直接参与疾病的发展。研究者在患有β细胞自身免疫的儿童中发现了高水平的念珠菌属和酵母菌属，这些儿童在生命早期发展为临床1型糖尿病。患有β细胞自身免疫的儿童还表现出细菌的稳态失调，但其与1型糖尿病的早期发展无关。在高脂饮食引起的肥胖小鼠模型中，施用含有高水平酵母（包括念珠菌属）的益生菌饮料可以改变小鼠肠道细菌的组成，并降低肝脏损害以及胆固醇和白介素6（IL-6）的血清水平。在瘦体素抗性（db/db）小鼠（具有与严重肥胖症和2型糖尿病相关的脂肪肝）中使用布拉氏酵母菌进行强管饲法可改变小鼠肠道细菌的微生物群，并导致体重减轻、脂肪量减少、改善肝脂肪和炎症状态。酿酒酵母还可以降低急性肝损伤的小鼠和大鼠模型中的肝损伤水平，并改变细菌微生物群的组成。真菌衍生的糖分可能有助于这些代谢变化。研究者对化学诱导的急性血脂症小鼠施用真菌衍生的甘露聚糖可降低动脉粥样硬化的低密度脂蛋白、胆固醇和甘油三酯的水平。甘露聚糖还会引起溶酶体膜的通透化以及高脂血症的小鼠体内脂质微滴体积的减少。在遗传性和高脂饮食引起的啮齿动物肥胖模型中，真菌来源的β-葡聚糖可减少肠道上皮中的钠/葡萄糖共转运蛋白1（SGLT-1）的表达，并改善葡萄糖的控制和脂肪肝。除了具有免疫学作用外，β-葡聚糖还可以通过减缓胃排空、阻碍甘油三酯和胆固醇的吸收来充当膳食纤维，进而降低胆固醇的水平。真菌调节宿主摄取关键营养成分（对肥胖症发展至关重要）的能力为今后研究其对肥胖相关疾病的影响打开了大门。
类似于整个胃肠道吸收的营养素，肠道来源的微生物产物（包括代谢物和毒素）会不断地通过门脉循环系统输送到肝脏，在进入系统循环之前它们可能会进行代谢（图3）。这种持续地暴露于免疫反应性底物有可能会诱导有效的免疫反应。在健康的肝脏中，此类反应可通过独特的调控机制被有效地抵消，如调控的可溶性介体和局部致耐受性的抗原呈递细胞。这种免疫耐受性对于避免不必要的反应至关重要，因为不必要的反应可能通过有害的炎症响应而导致肝脏疾病的发展。在大多数情况下，这些疾病的病因似乎包括在遗传易感的宿主中环境触发因素引起的免疫耐受性失效。这些环境诱因可能包括外源性物质、饮食和微生物群的组成部分。重要的是，近期的研究证据表明，肠道真菌可能会影响肠-肝轴，并可能在肝脏病理的发展中发挥关键作用。
据报道，患有丙型肝炎病毒、酒精相关性肝病和非酒精性脂肪肝（NAFLD）的肝硬化患者存在真菌的稳态失调。具体来说，肝硬化患者的念珠菌属负荷增加，而晚期和感染性肝硬化患者的担子菌与子囊菌比率较低。在肝硬化患者中，这种念珠菌负荷的增加据报道与死亡率的增加相关，而最近的研究证据表明，肠道真菌有助于酒精相关性肝病的发展。同样，据报道酒精相关性肝病患者的粪便中念珠菌属（包括白色念珠菌）的负荷增加了。抗酿酒酵母抗体——IgG（响应念珠菌属时产生）在酒精性肝炎患者中增加了，并与死亡率的增加相关。在小鼠中，白色念珠菌的定植导致乙醇诱导的肝病恶化，而抗真菌两性霉素的处理会减轻肝损伤、炎症和肝脂肪变性。最近的一项分析表明，有30%酒精性肝炎患者的粪便样本中存在携带有念珠菌素表达基因EEC1的白色念珠菌菌株，而对照患者中未检测到ECE1。重要的是，这些患者的疾病严重程度增加，且死亡率更高。念珠菌素是一种细胞溶解酶，它通过形成孔状结构来破坏宿主的细胞膜，从而导致乳酸脱氢酶的释放以及钙离子流入细胞质中。这些作用触发了一个危险的响应信号通路，该通路激活了上皮细胞的免疫以及巨噬细胞分泌的IL-1β。在小鼠中，白色念珠菌对酒精性肝病的恶化取决于ECE1的表达，通过念珠菌素的释放导致肝脏中IL-1β和炎性趋化因子的水平升高。几种模式识别受体能够识别真菌细胞壁表面的碳水化合物，这对于启动免疫调节反应至关重要。具体来说，C型凝集素受体（CLRs）（如Dectin-1、Dectin-2）和巨噬细胞诱导型C型凝集素（Mincle）通过酪氨酸激酶（Syk）/胱天蛋白酶募集结构域蛋白9（Card9）途径发出信号，从而诱导核因子(NF)-κB的激活。在肠道中，真菌的识别和响应是通过一部分骨髓细胞（以趋化因子受体CX3CR1的表达为特征）介导的。尽管这些细胞和途径是否影响宿主响应肠道真菌时的代谢状态还有待确定，但造血细胞中缺乏Dectin-1的小鼠模型没有出现乙醇诱导的肝损伤。全身性β-葡聚糖注射可促进IL-1β在肝脏中的局部升高，在体外试验中β-葡聚糖促进库弗氏细胞释放IL-1β。然而，这种体外释放并不依赖于Dectin-1，而Dectin-1似乎对于白色念珠菌诱导的肝损伤是可有可无的。这种差异可能是由于肠道内白色念珠菌系统性释放的β-葡聚糖水平不足或由于β-葡聚糖的信号传导通过了其它的促炎性途径（如Toll样受体2（TLR2）和TLR4）。
真菌定植可能导致肝脏损害的另一种机制是通过诱导适应性的T细胞响应。肠道内的真菌定植可在局部和全身性诱导强烈的T辅助型17（Th17）的响应。已有研究报道，Th17细胞参与免疫介导的肝病发展。在这些疾病中，原发性胆汁性肝硬化、原发性硬化性胆管炎（PSC）和自身免疫性肝炎是肝移植中最常见的适应症。与健康个体的细胞相比，从PSC患者中分离出的外周血单核细胞在白色念珠菌的刺激下Th17的响应增强。有报道称PSC患者出现了胆道念珠菌的感染，且这与疾病预后的恶化相关，这为T细胞相互作用的起源提供了一个合理的场所。目前尚不清楚肠道内的念珠菌属是否也可以促进免疫介导的肝病发展。
CLR中的Mincle是先天性免疫应答在响应系统性白色念珠菌时的重要组成部分，其在自身免疫性肝炎（AIH）患者的肝脏先天性炎症细胞和内皮细胞中高度表达。AIH患者也表现出SYK磷酸化水平的升高，其是CLR信号通路下游的一种酪氨酸激酶。这些发现也可以在伴刀豆球蛋白A诱发的肝炎小鼠模型中重复，并且Mincle途径的化学和遗传阻滞都可以防止该疾病的发展。但是，SAP130（是唯一一种内源性的、非病原性的Mincle配体）也增加了，这表明Mincle在自身免疫性肝病发展中的作用可能与真菌菌群无关。
NAFLD的临床表现与酒精性肝病患者中观察到的病理频谱相似。疾病的表现范围从单纯的脂肪变性和非酒精性脂肪肝炎到肝硬化和肝细胞癌的发展。NAFLD的特征是脂肪在肝细胞中的积累。此外，NAFLD与肥胖症相关，并伴随着2型糖尿病、高血压和血脂异常的高风险。无菌小鼠免受饮食诱导的肥胖和胰岛素抗性，这支持了肠道菌群在疾病发病机理中的作用。此外，微生物群移植将高脂饮食小鼠的NAFLD特征转移至无菌小鼠中，而肠道内的微生物群似乎调节肝脏中的脂质代谢，而这与肥胖症无关。在人类中，妊娠期体重的增加与婴儿微生物群的代谢潜能变化相关，包括婴儿微生物群中维生素合成和碳水化合物利用途径的异常情况。以上数据表明这些代谢失衡可能受到肠道菌群的影响。尽管尚未研究真菌在NAFLD发育中的作用，但肠道真菌群落的测序结果已证明了在真菌种类较少的肥胖受试者中存在真菌的稳态失调，其特征是子囊菌门和酵母菌类的丰度增加。这些个体中真菌菌群的组成也与各种代谢指标相关，包括空腹时的甘油三酯和高密度脂蛋白胆固醇的水平，这表明肠道真菌和脂质代谢之间存在潜在的联系。如上所述，真菌组成的差异可能是由肥胖患者摄入不同的饮食而引起的，但仍需要进一步的研究来阐明这些变化背后的驱动力。
真菌还分泌各种可能影响宿主代谢的消化酶和小分子。降解酶的分泌是真菌的一种独特特征，因为真菌是没有消化器官的真核生物，需要从生态环境中获取营养。对健康志愿者施用布拉氏酵母菌从而导致肠道刷状缘上检测的乳糖酶、α-葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶活性的增加。这些特性已被用于治疗蔗糖酶-异麦芽糖酶缺失患者的酶缺乏症，这是一种可遗传的双糖酶缺乏症，其阻碍了蔗糖的消化，从而导致腹泻和腹部绞痛。肠道细菌将未吸收的蔗糖转化为氢，导致呼吸中氢的浓度升高，这可用于诊断。布拉氏酵母菌可以通过产生蔗糖酶来缓解这种酶缺乏症，其可减少食用含蔗糖饮食的患者中胃肠道内氢气的产生和临床症状。研究者认为布拉氏酵母菌对药物引起的双糖酶抑制和海藻糖不耐症患者的保护作用是因为相似的机制。机械损伤引起的上皮表面损伤也可以严重影响营养物质的吸收。在小鼠中，肠道切除术会导致肠壁周长的增加、黏膜增生和酶活性降低。几项研究已表明，布拉氏酵母菌可以恢复肠道相关的酶活性（包括双糖酶、蔗糖酶、乳糖酶和麦芽糖酶的活性），同时通过增加刷状缘膜中SGLT-1的表达来挽救D-葡萄糖的摄取水平。这种作用很可能是由布拉氏酵母菌释放的多胺介导的，它们能够直接促进肠道糖蛋白、营养转运蛋白和消化酶的合成。布拉氏酵母菌的研究强调了肠道真菌及其酶机制作为肠道代谢活性的直接调节剂而发挥的尚未探索的作用。
结束语
肠道真菌菌群包括栖息在人类胃肠道中的各种真菌群落。肠道真菌的这种集合在人类营养的多个方面起着关键作用。出生时和通过母乳喂养方式的接种都会给新生儿引入基础的胃肠道真菌菌群。随着婴儿开始过渡到软食品和固体食品，到后来适应成人的饮食选择，该真菌群体都会发生变化。真菌菌群内的变化与更大的细菌群落动态相关，进而导致专性厌氧菌属（如拟杆菌）的增加。另外，真菌是发酵过程中的核心元素。定植真菌不仅提供独特的营养来源，还可以通过产生选择性的抗真菌肽来改变这些预制食品的真菌菌群，从而为胃肠道的接种提供独特的选择机制。就不利方面来说，丝状真菌对农产品、谷物和青贮饲料的感染给牲畜和人类都带来了挑战。由镰刀菌属、曲霉菌属、青霉菌属和其它霉菌生物合成的霉菌毒素，其复杂的结构各不相同，可引起遗传毒性、肾毒性和肝毒性影响。
胃肠道的真菌菌群被先天性免疫和适应性免疫广泛识别，可防止机会性致病菌引起的全身感染。粘膜真菌免疫还与广泛的代谢疾病和肝脏病理的发生和恶化相关。真菌促进这些疾病状态的确切机制以及真菌在其它代谢性疾病病因中的作用仍在研究当中。
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