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腸道菌群：你所不知的那部分“自己” 已有3人參與
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腸道菌群：你所不知的那部分“自己” fengfeixue0219 2013-03-01 14:53 你是你自己么？拿這個問題去問別人，估計被問的到的人都會一愣，然后答道“我當(dāng)然是我自己啦！”。的確，在大多數(shù)時候，人總是被視作一個獨(dú)立、統(tǒng)一、完全的個體。然而，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究卻發(fā)現(xiàn)，其實人體并非是一個統(tǒng)一的整體，在人體內(nèi)部，還有一些與人體在生物學(xué)上截然不同，而又有緊密聯(lián)系的生物群體。這個生物群體，是由大量微生物共同組成的。其中最重要也是最有名的，就是腸道菌群。 圖片來自：http://www.nature.com/nature/jou ... s/4441009a-f1.2.jpg。 身體內(nèi)的另一個自己 在微生物學(xué)誕生后不久，人們就發(fā)現(xiàn)，在動物的消化道中存在有不少微生物。例如在牛、羊、兔等食草動物的胃或盲腸中，就存在大量以細(xì)菌為主的微生物群體。由于食草動物攝入的植食性飼料中，纖維素、半纖維素等多糖難以依靠動物體自身分泌的酶液消化，而微生物群體中包含的纖維素消化菌、半纖維素消化菌等可以較好的將多糖轉(zhuǎn)化為低聚糖和寡糖，從而促進(jìn)對這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。 隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們也注意到，在人類的腸道，尤其是結(jié)腸（也就是平常所說的大腸）中，也存在著大量微生物。這些以細(xì)菌為主的微生物種類極多，數(shù)量極大。據(jù)推測，一個正常成人體內(nèi)，腸道內(nèi)的細(xì)菌總重量可達(dá)1-1.5千克，包含的細(xì)菌數(shù)量則可以達(dá)到1014個[1]。而一個成年人自身的細(xì)胞數(shù)量為1013個，也就是說，居住在我們腸道內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量，是人體細(xì)胞總數(shù)的10倍！我們每天排出的糞便中，干重量的50%以上是由這些細(xì)菌及其“尸體”構(gòu)成的。因此有人風(fēng)趣的說，從數(shù)量上來看，我們?nèi)祟惒⒉粦?yīng)該被稱為人類，而應(yīng)被稱作細(xì)菌。如此龐大的細(xì)菌群體駐扎在腸道內(nèi)，構(gòu)成了一個極為復(fù)雜的集體。這個集體，就被稱作腸道菌群。（想欣賞人體內(nèi)細(xì)菌的藝術(shù)照，請看：我們=10%人+90%細(xì)菌 。） 腸道菌群并非是生來就有的，它們實際上是“外來戶”。在母體子宮內(nèi)，胎兒所處的是一個幾乎無菌的環(huán)境，因此胎兒腸道內(nèi)也是無菌的。當(dāng)胎兒出生之后的幾天內(nèi)，細(xì)菌通過分娩時陰道物質(zhì)攝入、哺乳時的口腔攝入以及空氣吸入等途徑進(jìn)入新生兒體內(nèi)，并在腸道內(nèi)定植，形成新生兒最初的腸道菌群。隨著嬰兒的成長，腸道菌群的種類結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定，最終形成成熟的腸道菌群。這些微小的生物的群體就這樣不知不覺的定居到人體之內(nèi)，悄無聲息的與主人相隨一生。 復(fù)雜但組織嚴(yán)密的群體 腸道內(nèi)如此之多的細(xì)菌，并非雜亂無序的駐扎在腸道內(nèi)。相反，對于一個正常人體來說，腸道菌群具有一定的組成結(jié)構(gòu)。據(jù)估計，人體腸道菌群可包括500-1000種細(xì)菌，不過種類雖多，但各種細(xì)菌的數(shù)量差別卻很懸殊：占細(xì)菌總數(shù)數(shù)量99%以上的細(xì)菌是由其中30-40種細(xì)菌構(gòu)成的，其他多種細(xì)菌則只占到很小的比例[2]。目前，已經(jīng)鑒定出的細(xì)菌類群有百余個，包括擬桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌、腸球菌、腸桿菌等。這些細(xì)菌根據(jù)其在腸道內(nèi)不同的生理功能被分為三大類：共生菌、條件致病菌和病原菌。 所謂共生菌，故名思議，它和我們?nèi)梭w是互利共生的關(guān)系。簡單的說，就是人體為細(xì)菌的生活提供生存場所和營養(yǎng)，而這些細(xì)菌則為人體產(chǎn)生有益的物質(zhì)和保護(hù)人類健康。前面說到的雙歧桿菌、乳酸菌、擬桿菌等，就是共生菌的典型例子。共生菌一般都是專性厭氧菌，從數(shù)量上說，它們占據(jù)了腸道菌群所有細(xì)菌數(shù)量的99%以上，是腸道菌群的主體[3]。 條件致病菌在腸道菌群內(nèi)數(shù)量較少。它們從功能上來說是腸道內(nèi)的“看客”。在正常條件下，由于大量共生菌的存在，這些“看客”并不容易繁殖開來造成危害。但若在一定條件下任由它們繁殖，那么就會對機(jī)體產(chǎn)生不良印象。腸道菌群中，常見的條件致病菌大多是腸球菌、腸桿菌等。 腸道內(nèi)的還有那么一小撮分子，它們在一般不常駐在腸道內(nèi)。但是若不慎攝入，則有可能在腸道內(nèi)大量繁殖，然后興風(fēng)作浪，導(dǎo)致疾病。這些就是致病菌。在致病菌的名單中，一些名字可以說臭名昭著，例如引起食物中毒的沙門氏菌、導(dǎo)致腹瀉的致病性大腸桿菌等。 從上面可見，正是由于共生菌占據(jù)了腸道菌群的主導(dǎo)地位，因此才能抑制條件致病菌不至于變?yōu)橹虏【�，并防止致病菌的侵�(jǐn)_。對于人體來說，維持腸道菌群處于正常的平衡之中，是保證機(jī)體健康的重要一環(huán)。若菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，則可能帶來很多潛在的健康問題。 腸道菌群——尚未被認(rèn)識的器官 早期研究中，腸道微生物更多的被認(rèn)為是和消化、營養(yǎng)作用聯(lián)系在一起的。在動物實驗中，無菌小鼠需要多攝取30%的碳水化合物，才能和正常有菌小鼠的體重相當(dāng)[4]。對人類來說，植物中的纖維素和半纖維素類多糖是無法消化的，而腸道菌群中的擬桿菌等細(xì)菌則具有一系列多糖消化的酶，來分解這些多糖，從而為人類提供能量。除此之外，腸道菌群通過發(fā)酵還能產(chǎn)生短鏈脂肪酸和維生素K供人體吸收，同時一些金屬離子，如鈣、鎂、鐵等，也可通過腸道菌群被重新吸收[5]。 然而隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，腸道菌群不只在消化過程發(fā)揮作用，它和人體健康有著極為密切的聯(lián)系。 首先，腸道菌群的存在能通過自身屏蔽和影響機(jī)體免疫系統(tǒng)，阻止病原菌入侵人體。腸道內(nèi)壁，是人體和外界環(huán)境接觸面積最大的地區(qū)（是的，你沒有看錯，腸管內(nèi)的空腔嚴(yán)格來說是“體外”環(huán)境）。腸道菌群附著在腸道內(nèi)壁表面的粘膜層之上，構(gòu)成了一層由細(xì)菌構(gòu)成的屏障。就如同前文所說，腸道菌群通過其中占主導(dǎo)作用的共生菌的活動，抑制致病菌的生長，同時阻止致病透過這層屏障進(jìn)入人體[6]。在進(jìn)行被動防御的同時，腸道菌群可以刺激機(jī)體在腸道形成更多的淋巴器官，并增加免疫球蛋白在血漿和腸粘膜中的水平，使得免疫系統(tǒng)處于一種適度的活躍狀態(tài)，以此對入侵體內(nèi)的病原菌保持有效的免疫作用。而腸道菌群的失調(diào)，則可造成免疫系統(tǒng)的過度活躍，從而產(chǎn)生自體免疫疾病[7]。 其次，腸道菌群對腸道自身具有調(diào)節(jié)和營養(yǎng)作用。有報道顯示，腸道菌群的存在，尤其是其產(chǎn)生的短鏈脂肪酸的營養(yǎng)作用，可以使得腸道上皮細(xì)胞的生長更為活躍。相比于無菌腸道，具有正常腸道菌群的腸粘膜絨毛下側(cè)會產(chǎn)生更多的可分泌粘液和酶的組織——隱窩，同時腸粘膜細(xì)胞更替更為迅速。此外，腸道菌群還可調(diào)控腸粘膜上皮細(xì)胞的分化[8]。這意味著，具有正常的腸道菌群可以使得腸粘膜更快的修復(fù)其破損。 再次，近期的多項研究表明，腸道菌群和人體的代謝疾病具有重要關(guān)系。腸道菌群失衡可能是造成肥胖、糖尿病等多種多種代謝異常的重要原因之一。造成代謝異常的主要原因，是失衡的腸道菌群產(chǎn)生的脂多糖等內(nèi)毒素進(jìn)入人體，被免疫細(xì)胞識別后產(chǎn)生多種炎癥因子，使得機(jī)體進(jìn)入低度炎癥狀態(tài)，從而產(chǎn)生代謝異常。例如，若長期進(jìn)食高脂、高糖食物，可造成腸道菌群中條件致病菌比例增加，而共生菌比例下降，從而使得食物中攝取的能量更容易轉(zhuǎn)化為脂肪累積于皮下，造成肥胖[9]。此外，低度炎癥還能促使機(jī)體對胰島素相應(yīng)程度下降，造成胰島素抵抗，進(jìn)而發(fā)展為糖尿病。 最后，腸道菌群與健康還有其他更多元的關(guān)系。比如，腸道菌群產(chǎn)生的類胡蘿卜素類物質(zhì)可一定程度上降低動脈粥樣硬化和中風(fēng)的風(fēng)險[10]。正常腸道菌群可通過對淋巴細(xì)胞的影響，調(diào)節(jié)機(jī)體對過敏原的反應(yīng)，從而影響過敏疾病的產(chǎn)生[11]。更令人驚奇的是，還有證據(jù)顯示，腸道菌群的結(jié)構(gòu)變化甚至可以影響機(jī)體的行為模式[12]。 從以上各方面可以看出，腸道菌群，這個陪伴我們一生的生物構(gòu)造，其功能更像是一個影響到機(jī)體各個方面的“器官”，這個器官的正常與否，對人體的健康程度有著重要影響，而我們對它的了解才剛剛起步。毫不夸張的說，腸道菌群，是我們體內(nèi)一個尚未被認(rèn)識的器官，而對它結(jié)構(gòu)和功能的研究，對治療疾病和開發(fā)新的治療方式具有重要的意義。 腸道菌群的未來：益生菌、益生元和宏基因組學(xué) 由于腸道菌群的主體是共生菌，因此腸道菌群失衡的主要表現(xiàn)為共生菌比例的下降。自然而然的人們想到可以通過直接補(bǔ)充共生菌，或通過補(bǔ)充促進(jìn)共生菌生長的物質(zhì)，來達(dá)到調(diào)節(jié)腸道菌群的目的。目前，人們最常作為共生菌補(bǔ)充的是乳酸桿菌和雙歧桿菌，同時也有少量鏈球菌等。在我們的生活中經(jīng)常聽到的名詞“益生菌”，主要指的就是這幾類細(xì)菌。通過適當(dāng)?shù)姆绞竭m度的補(bǔ)充這些益生菌，可以一定程度上達(dá)到調(diào)節(jié)腸道菌群組成、進(jìn)而改善健康狀況。 與“益生菌”這一概念相仿，最近一個新的名詞“益生元”（prebiotic）被大家所熟悉。所謂益生元，較為公認(rèn)的概念是指能夠不被消化而完整進(jìn)入腸道菌群環(huán)境、可被共生菌利用而增加共生菌數(shù)量和活力、并利于人體健康的物質(zhì)。目前，公認(rèn)的“益生元”物質(zhì)包括低聚半乳糖和菊糖[13]。一些證據(jù)也表明低聚果糖可能也是潛在的“益生元”之一，因為攝入一定果糖可增加人類腸道菌群中雙歧桿菌的比例[14]。不過值得注意的是，“益生元”是一個概念，而不是一個具體的產(chǎn)品。市場上很多打著“益生元”名義的產(chǎn)品，更多的是借用這個概念宣傳其保健作用。這些產(chǎn)品所含成分可能對腸道菌群有良性影響，但嚴(yán)格來說并非真正符合“益生元”的定義。 由于腸道菌群具有如此多樣和重要的功能，因此大批科研人員開始致力于對腸道菌群進(jìn)行更深入的研究。微生物的傳統(tǒng)研究手段是利用體外培養(yǎng)和分離培養(yǎng)，分析單獨(dú)菌株或菌群的生理功能。但是很多種類的腸道菌群只能在人體內(nèi)生存而不能被體外培養(yǎng)，因此傳統(tǒng)手段對腸道菌群如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)顯得捉襟見肘。不過，隨著測序技術(shù)的進(jìn)步，人們可以對整個腸道菌群作為一個整體，對它所包含的所有基因進(jìn)行分析。這個基因的大集合，就被稱作宏基因組。根據(jù)研究，這個基因組所包含的基因多達(dá)數(shù)百萬，是人類基因組的100倍之多，其中包含多個與物質(zhì)代謝、免疫、信號相關(guān)的基因群體[15]。通過對腸道菌群宏基因組的研究，有助于進(jìn)一步挖掘腸道菌群功能，更深層次的探究腸道菌群和人體健康的關(guān)系。 關(guān)于腸道菌群保健的一些Tips： 抗生素的使用可對腸道菌群產(chǎn)生嚴(yán)重影響，很容易造成菌群失調(diào)。因此使用抗生素一定需要按照醫(yī)囑使用，切勿濫用和過量使用。 高脂、高糖的飲食習(xí)慣會導(dǎo)致共生菌比例下降，從而造成腸道菌群失調(diào)。因此一定要注意合理飲食。 在使用標(biāo)注有“益生菌”、“益生元”等信息的產(chǎn)品時，要注意看清其成分和預(yù)期的保健功能，并合理、適度使用。對于相關(guān)藥品，應(yīng)咨詢醫(yī)師后服用。 更多健康討論，請加入健康朝九晚五小組。 參考資料： 1、Commensal host-bacterial relationships in the gut 2、Gut flora in health and disease 3、A dynamic partnership: celebrating our gut flora 4、Dietary intake, energy metabolism, and excretory losses of adult male germfree Wistar rats. 5、Effects of two fermentable carbohydrates (inulin and resistant starch) and their combination on calcium and magnesium balance in rats. 6、The ecology of the human intestine and its consequences for overgrowth by pathogens such as Clostridium difficile 7、Sex Differences in the Gut Microbiome Drive Hormone-Dependent Regulation of Autoimmunity. 8、Differential cell kinetics in the ileum and colon of germfree rats 9、An opportunistic pathogen isolated from the gut of an obese human causes obesity in germfree mice 10、Symptomatic atherosclerosis is associated with an altered gut metagenome 11、The Inhibitory Receptor PD-1 Regulates IgA Selection and Bacterial Composition in the Gut 12、The Intestinal Microbiota Determines Mouse Behavior and Brain BDNF Levels. 13、Prebiotics: The Concept Revisited 14、Short-chain fructo-oligosaccharide administration dose-dependently increases fecal bifidobacteria in healthy humans 15、An ecological and evolutionary perspective on human-microbe mutualism and disease 本文版權(quán)屬于果殼網(wǎng)（guokr.com） |
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