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肠道菌群,一个被遗忘的器官

浏览: 发布日期:2018-08-13
肠道菌群,一个被遗忘的器官 
 
 
小编最近拜读完M.Nesse和C.Williams两位的大作《我们为什么会生病》,有些鸡冻,为此提炼一份缩微不动脑筋的论点精华。本书的思想基础源自达尔文的自然选择理论,通过“演化生物学”这种新的理论的提出,为人类生物体中所有功能设计提供了新的解释。譬如疾病的许多方面,就是演化过程中产生的副作用。
 
好吧,上述文字可能依旧生僻,我举个例子来验证演化生物学的价值。譬如人类从古至今,和我们认为的病毒、细菌和寄生虫等等这些敌人,不断上演着一场又一场战争和军备竞赛,但结局如何?今时往日,我们如何看待青霉素的发明?任何一种抗生素都会筛选出耐药细菌,世界卫生组织已经把耐药性列为威胁当今人类健康的重大威胁之一。寻找新的策略对抗耐药性,是否需要演化的思考方式。
 
今天小编不荐书,也不是谈演化生物学,只想借演化生物学中的“失调”、“妥协”等观点来认知肠道菌群,来解释什么是人菌共生,天人合一,更重要的是提高我们理解、预防、治疗疾病的能力。
 
自从19世纪以来,人类一直在与细菌作战,抗生素、疫苗和良好的卫生习惯等,都是我们使用的作战工具,但是作战结果成败参半。
 
在过去的几十年间,人类对体内和体表的微生物和病毒的看法有了根本的改变,而且,在最近的十几年,为人体勤劳工作的微生物彻底获得了人们迟到的尊重。
 
1958年诺贝尔生理学或医学奖获得者乔舒亚·里德伯格(Joshua Lederberg)在2000年4月的《科学》(Science)杂志上撰文,呼吁摒弃以往推动我们对微生物开展战争的“我们好,它们坏”的想法。他写到:“我们应该把每个宿主和其寄生者当作一个超级生物体,这个超级生物体是由各个基因组结合成的某种嵌合体” (We should think of each host and its parasites as asuperorganism with the respective genomes yoked into a chimera of sorts)。
 
>肠道菌群,后天形成的功能“器官”
 
你是你自己么?拿这个问题去问别人,估计被问的到的人都会一愣,然后答道“我当然是我自己啦!”。的确在大多数时候,人总是被视作一个独立、统一、完全的个体。然而,生物学和医学研究却发现,其实人体并非是一个统一的整体,在人体内部,还有一些与人体在生物学上截然不同,而又有紧密联系的生物群体。这个生物群体,是由大量微生物共同组成的。其中最重要也是最有名的,就是肠道菌群。
 
小编记得《科学》杂志就曾经发表过文章,指出肠道菌群是提供人体营养、调控肠道上皮细胞、先天性隐约的不可缺少的器官。我们应把肠道菌群视为人体的一个器官,它是人体重要的组成部分,影响着人们的体重、消化能力、抵御感染的免疫能力,还能控制人体对癌症治疗药物的反应等功能。
 
1990年,随着“人类基因组计划”的开展,人类对基因的认知逐渐加深。基因影响着人体的细胞、组织、器官和系统,今天,我们依旧很难改变这与生俱来的“天赋”,但这后天形成的功能“器官”,我们却值得好好说道说道。
 
>肠道菌群,如何在人体内被建立
 
我们先听个故事,一位选择剖腹产生子的产妇,在剖腹产前1小时,医生将一块无菌纱布置入产妇的阴道,婴儿出生后,立即用沾满阴道分泌液和微生物的纱布涂抹口腔、脸部和身体其他部位。我们说剖腹产破坏了顺产时新生儿与母体产道微生物的接触,通过在出生时对剖腹产婴儿的口、脸及全身擦拭母亲的产道分泌物,帮助重塑新生儿的肠道、口腔和皮肤菌群。
 
当胎儿出生之后的几天内,细菌通过分娩时阴道物质摄入、哺乳时的口腔摄入以及空气吸入等途径进入新生儿体内,并在肠道内定植,形成新生儿最初的肠道菌群。随着婴儿的成长,肠道菌群的种类结构逐渐趋于稳定,最终形成成熟的肠道菌群。这些微小的生物的群体就这样不知不觉的定居到人体之内,悄无声息的与主人相随一生。
 
>肠道菌群,是个复杂但组织严密的群体
 
肠道内如此之多的细菌,并非杂乱无序的驻扎在肠道内。相反,对于一个正常人体来说,肠道菌群具有一定的组成结构。据估计,人体肠道菌群可包括500-1000种细菌,不过种类虽多,但各种细菌的数量差别却很悬殊:占细菌总数数量99%以上的细菌是由其中30-40种细菌构成的,其他多种细菌则只占到很小的比例。目前,已经鉴定出的细菌类群有百余个,包括拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌、肠球菌、肠杆菌等。这些细菌根据其在肠道内不同的生理功能被分为三大类:共生菌、条件致病菌和病原菌。
 
所谓共生菌,故名思议,它和我们人体是互利共生的关系。简单的说,就是人体为细菌的生活提供生存场所和营养,而这些细菌则为人体产生有益的物质和保护人类健康。前面说到的双歧杆菌、乳酸菌、拟杆菌等,就是共生菌的典型例子。共生菌一般都是专性厌氧菌,从数量上说它们占据了肠道菌群所有细菌数量的99%以上,是肠道菌群的主体。
 
条件致病菌在肠道菌群内数量较少。它们从功能上来说是肠道内的“看客”。在正常条件下,由于大量共生菌的存在,这些“看客”并不容易繁殖开来造成危害。但若在一定条件下任由它们繁殖,那么就会对机体产生不良印象。肠道菌群中,常见的条件致病菌大多是肠球菌、肠杆菌等。
 
肠道内的还有那么一小撮分子,它们在一般不常驻在肠道内。但是若不慎摄入,则有可能在肠道内大量繁殖,然后兴风作浪,导致疾病。这些就是致病菌。在致病菌的名单中,一些名字可以说臭名昭著,例如引起食物中毒的沙门氏菌、导致腹泻的致病性大肠杆菌等。
 
从上面可见,正是由于共生菌占据了肠道菌群的主导地位,因此才能抑制条件致病菌不至于变为致病菌,并防止致病菌的侵扰。对于人体来说,维持肠道菌群处于正常平衡状态之中,是保证机体健康的重要一环。若菌群结构发生异常,则可能带来很多潜在健康问题。
 
>肠道菌群,与各类疾病的关联
 
早期研究中,肠道微生物更多的被认为是和消化、营养作用联系在一起的。譬如,肠道菌群通过发酵产生短链脂肪酸和维生素K供人体吸收,同时也促进钙、镁、铁等也可通过肠道菌群被重新吸收。然而随着研究的深入,人们逐渐发现,肠道菌群不只在消化过程发挥作用,它和人体健康有着极为密切的联系。
 
首先,肠道菌群的存在能通过自身屏蔽和影响机体免疫系统,阻止病原菌入侵人体。肠道内壁,是人体和外界环境接触面积最大的地区。肠道菌群附着在肠道内壁表面的粘膜层之上,构成了一层由细菌构成的屏障。就如同前文所说,肠道菌群通过其中占主导作用的共生菌的活动,抑制致病菌的生长,同时阻止致病透过这层屏障进入人体。在进行被动防御的同时,肠道菌群可以刺激机体在肠道形成更多的淋巴器官,并增加免疫球蛋白在血浆和肠粘膜中的水平,使得免疫系统处于一种适度的活跃状态,以此对入侵体内的病原菌保持有效的免疫作用。而肠道菌群的失调,则可造成免疫系统的过度活跃,从而产生自体免疫疾病。
 
其次,肠道菌群对肠道自身具有调节和营养作用。有报道显示,肠道菌群的存在,尤其是其产生的短链脂肪酸(丁酸、丙酸等)的营养作用,可以使得肠道上皮细胞的生长更为活跃。相比于无菌肠道,具有正常肠道菌群的肠粘膜绒毛下侧会产生更多的可分泌粘液和酶的组织——隐窝,同时肠粘膜细胞更替更为迅速。此外,肠道菌群还可调控肠粘膜上皮细胞的分化。这意味着,具有正常的肠道菌群可以使得肠粘膜更快的修复其破损。
 
再次,近几年的太多研究表明,肠道菌群和人体的代谢疾病具有重要关系。肠道菌群失衡可能是造成肥胖、糖尿病等多种多种代谢异常的重要原因之一。造成代谢异常的主要原因,是失衡的肠道菌群产生的脂多糖等内毒素进入人体,被免疫细胞识别后产生多种炎症因子,使得机体进入低度炎症状态,从而产生代谢异常。例如,若长期进食高脂、高糖食物,可造成肠道菌群中条件致病菌比例增加,而共生菌比例下降,从而使得食物中摄取的能量更容易转化为脂肪累积于皮下,造成肥胖。此外,低度炎症还能促使机体对胰岛素相应程度下降,造成胰岛素抵抗,进而发展为糖尿病。
 
>肠道菌群的未来:益生菌、益生元和宏基因组学
 
由于肠道菌群的主体是共生菌,因此肠道菌群失衡的主要表现为共生菌比例的下降。自然而然的人们想到可以通过直接补充共生菌,或通过补充促进共生菌生长的物质,来达到调节肠道菌群的目的。目前,人们最常作为共生菌补充的是乳酸杆菌和双歧杆菌,同时也有少量链球菌等。在我们的生活中经常听到的名词“益生菌”,主要指的就是这几类细菌。通过适当的方式适度的补充这些益生菌,可以一定程度上达到调节肠道菌群的组成、进而改善健康状况。
 
益生元低聚糖在调节肠道菌群方面一直发挥着重要的作用。越来越多的研究数据、临床实验结果和报告表明益生元低聚糖在预防和干预治疗肠易激综合征、糖尿病、肥胖症等慢性代谢和免疫系统疾病方面均具有有益的效果。纵观精准营养的发展趋势,可以预见益生元将对新兴的微生态健康医疗产业产生重要影响。精准益生元将是基于人群个体遗传背景、生活特征(膳食、运动、生活习惯等)、代谢指征、肠道微生物特征和生理状态(营养水平、疾病状态等)等因素基础上的综合分析与精准使用。相信伴随对益生元的物理化学性质、成分、结构、生理作用机制的深入研究和深刻理解,精准益生元在微生态营养、健康医疗产业发展上将发挥更重要的作用。
 
由于肠道菌群具有如此多样和重要的功能,因此大批科研人员开始致力于对肠道菌群进行更深入的研究。微生物的传统研究手段是利用体外培养和分离培养,分析单独菌株或菌群的生理功能。但是很多种类的肠道菌群只能在人体内生存而不能被体外培养,因此传统手段对肠道菌群如此复杂的结构显得捉襟见肘。不过,随着测序技术的进步,人们可以对整个肠道菌群作为一个整体,对它所包含的所有基因进行分析。这个基因的大集合,就被称作宏基因组。根据研究,这个基因组所包含的基因多达数百万,是人类基因组的100倍之多,其中包含多个与物质代谢、免疫、信号相关的基因群体。通过对肠道菌群宏基因组的研究,有助于进一步挖掘肠道菌群功能,更深层次的探究肠道菌群和人体健康的关系。
 
以上各方面可以看出,肠道菌群,这个陪伴我们一生的生物构造,其功能更像是一个影响到机体各个方面的“器官”,这个器官的正常与否,对人体的健康程度有着重要影响,而我们对它的了解才是万里长征走完了第一步。