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肠道细菌 掌控你健康的“幕后老板”
2022-12-06

什么?肠道微生物不是帮肠道打工的“小弟”,而是真正影响身体健康的“幕后老板”?没错。肠道菌群与个人健康状况密切相关,还能通过对激素分泌的控制,间接对大脑和神经系统产生影响,进而影响人的心情和行为。快来围观:小小微生物怎会有如此大作为?

我们生活的地球有一个复杂而又绚烂多彩的生物圈,各种生物在自己的生态位置上发挥着作用,共同维护着这个生态系统的平衡,而这个系统内最庞大的群体莫过于微生物。什么是微生物?广义而言,就是人的肉眼不能直接看到的微小生物。起初,人类狭隘的视界只能看到花草鱼虫、飞禽走兽,或者众多微生物聚成的菌落,直到列文虎克通过显微镜第一次真正观察到了微生物的存在。微生物体积小,但能量却不小,随着人类科学的进步,它们的巨大作用已经慢慢被人们认识。

无处不在的微生物

显微镜的发明,同时也为微生物学科的诞生拉开了序幕。刚刚接触到微生物这个“新世界”的人们充满了好奇,开始四处寻觅这些微小的生命:在空气里、水流中甚至尘埃里都能发现它们的身影。随着对微生物认识的深入,人类开始明白:在人类社会的发展和演变过程中,微生物与我们日常生活紧密联系、息息相关。它们可以帮助农作物生长,如豆科植物固氮所需要的根瘤菌;它们可以帮助食物发生转化,如把葡萄变成美酒、将牛奶变成奶酪。当然,不是所有的微生物都有好的一面,还有许多细菌可以导致各种各样的疾病,例如沙门氏菌、致病性大肠杆菌和各类致病病毒等。

总而言之,我们所处的这个偌大的世界里充斥着各种微生物,它们包围着我们,与我们的生活息息相关,难以分割。但是很多人没有意识到,除了我们所处的地球这个大世界外,人类的身体小世界中,同样有着各种各样的微生物,其种类之多和数量之大远远超过了一般人的想象:人体内微生物的细胞总数近乎是人体细胞总数的10倍,微生物所能表达的基因种类更远远超过了人类本身的基因种类,高达100倍。有句玩笑话可以很生动地描述这一事实:在微生物学家眼里,人类不过是个会走路会说话的微生物“培养基”而已。如果按照来源对人类这个大“培养基”上的微生物进行划分,我们会发现它们绝大多数来源于肠道,即科学家所言的肠道微生物,也是近年来科学研究领域的大明星:肠道细菌。

人体肠道细菌

早在微生物学创立之初,研究者就在许多生物的消化道内讶异地发现了微生物的踪影:大到牛羊等反刍动物、小到白蚁等昆虫,这些动物的肠道或消化道内都有大量微生物群体存在。后续研究发现,这些微生物可以帮助宿主处理难以消化的食物,比如纤维素及半纤维素,微生物可以将其变为更容易吸收的低聚糖或者寡糖,为宿主和自己提供能量与营养。这样的共生例子在自然界有很多,人类也不例外。

我们不禁会问:人类的肠道细菌从何而来?人类个体由受精卵发育而来,胚胎发育时处于母体内一个严格无菌的环境,大部分婴儿第一次接触到的肠道细菌来自母亲的馈赠。当婴儿穿越产道真正来到这个世界时,身上残余的母亲阴道物质中就包含细菌。出生后的几天里,母亲的轻吻、哺乳等接触都将自己携带的细菌传递给孩子,这些细菌会逐渐在孩子体内安家,甚至与他们一起走向成熟、相伴一生。

对一个成年人而言,肠道内的微生物主要聚集在结肠部位,也就是我们平时所说的大肠,那里的微生物数量极其巨大,细菌总数可达1x1014个。健康人体内肠道细菌的干物质重量大概有1~1.5千克;而我们每天排出的粪便中,有50%的干物质就是由这些肠道细菌构成的。

根据对人类的生理影响,肠道细菌可以分成三大类,即共生菌、病原菌以及条件致病菌。病原菌臭名昭著,常常通过本身毒力或对机体的侵袭导致人类的各种疾病,比如引发胃溃疡的幽门螺旋杆菌和引发霍乱的霍乱弧菌等等。条件致病菌,指的是本来不具有毒性或者危害性的细菌,因为不正常的扩张生长会给宿主带来健康问题,比如大肠杆菌。本文探讨的主角——共生菌,顾名思义,是与我们互利共生的细菌,包括耳熟能详的双歧杆菌、乳酸菌和拟杆菌等等,它们是肠道细菌的最主要成员,占整个菌群数量的99%以上,也是当今科学研究关注的重点。之前我们对人类肠道微生物功能的认知主要集中在帮助消化一些难以消化的物质、合成人体所需的维生素和短链脂肪酸,以及协助吸收重金属离子等方面。随着针对肠道微生物研究的不断深入,人们惊讶地发现,肠道微生物并非帮肠道打工的“小弟”,而是真正影响身体健康的“幕后大老板”。

在体外对肠道细菌的分离培养进行研究

肠道“社会”

人体内的肠道细菌种类繁多,总数可达1100余种,构建肠道菌群的常见总类就有30~40种,这么多细菌是怎样在人体内生存的呢?其实人体肠道就是一个微小的社会,这个社会就是由各种肠道细菌作为成员构成的生态系统,我们称之为肠道菌群。一个稳定的社会结构中,好的成员占多数,各司其职努力工作;捣乱分子虽不能完全杜绝,也要保持在很低的水平上。人如果要保持健康,肠道菌群作为一个生态系统,道理是不是同样呢?

华盛顿大学医学院的研究人员做了一项长达数年的跟踪研究,他们持续观测同一批人几年内的肠道菌群变化,得出的结论是:健康人肠道菌落的菌种构成非常稳定。一个正常人的肠道内大概有160种肠道细菌,其中70%的菌株种类能在肠道保持1年以上的稳定存在,有60%的菌株种类时隔5年依然可以被检测出。研究者通过对这一种类细菌更替速率的研究,推断大多数菌株种类可以在人类体内稳定存在几十年甚至一辈子。

这说明正常情况下,人的肠道“社会”是稳定健康可持续发展的,但在特定情况下,比如人的健康出现了问题,人体内肠道菌群的种类就会快速发生变化。在这项研究的进展期间,他们同时做了一个实验:通过改变饮食结构,短时间内使志愿者的体重发生显著变化。结果发现,肠道菌群竟然闹起了“革命”,细菌的种类也开始快速更替,直到宿主的身体状况趋于稳定,肠道“社会”的“政变风波”才得以平息。

你的身体它做主

上述研究给了我们一个很好的提示:肠道菌群的种群结构与宿主的健康状况有极大的关联,菌群种类的变化可以作为衡量个人健康状态的一个重要指标。如果肠道“社会”经历了急剧动荡,就会导致人体肠道内的细菌种类减少,换句话说,肠道菌群种群多样性的减少,常常与健康问题相伴出现。

肠道菌群多样性减少,会带来怎样不利的影响呢?研究表明:肠道菌群不仅能帮助消化食物和吸收营养,还可以帮助调节机体免疫系统,阻止病原菌入侵。简单来说,当前文所提的共生菌占多数时,留给有害菌的生长空间就小,同时共生菌可以刺激机体分泌更多的免疫球蛋白来杀死有害菌;当肠道菌群多样性降低时,会导致免疫系统失调、免疫能力下降。相关动物研究也证明了这一观点。研究人员对新生小鼠使用抗生素后,发现小鼠体内的微生物种类开始减少,这种小鼠对细菌病毒的抵抗力会减弱很多,更易患病。

肠道菌群的种类多样性不仅仅影响宿主的免疫力,还可以掌控宿主体态的胖瘦。正常状态下,肠道菌群可以通过影响肠道上皮细胞来调控人体对能量的吸收。在菌群失衡时,肠道菌群中就有可能出现“肥胖细菌”,这些细菌会使肠道吸收更多的能量。有研究人员把肥胖者的肠道微生物移植到小鼠肠道内,结果发现小鼠竟然会迅速增肥。而正常情况下,瘦人肠道菌群的多样性要高于胖人。

图中两只小鼠,一只为正常小鼠,一只基因敲除的db肥胖小鼠,两只小鼠的体重体脂含量差异极其明显,有报道显示两者的肠道菌群有着不同。

既然增加肠道菌群的多样性有利于新陈代谢和免疫系统的加强,那么我们该如何主动对肠道菌群的多样性产生有益的影响呢?爱尔兰的研究人员给了我们一种解决方案,那就是多运动。在对几十位专业运动员进行跟踪研究后,人们发现除了运动对应的饮食习惯外,运动还是连接肠道菌群多样性、人体代谢状态和免疫状态三者之间的重要桥梁,经常运动的人会拥有更多的肠道微生物种类,而这些新增的微生物有一部分被认为与肥胖等代谢疾病的发生率呈负相关关系。

你的思想它“掌控”

其实肠道系统不仅是主要的消化器官,而且是人体内最大的内分泌器官,能分泌绝大多数激素,参与身体对免疫、营养甚至神经系统的各类调节过程。在肠道中,有益的细菌帮助消化,无害的细菌维持肠道菌群的生态平衡,维持肠道的正常运转,这是对肠道细菌最基本的认知。但是,日渐增多的研究证据揭示了一个很有趣的现象,那就是肠道细菌可以通过对激素分泌的控制,间接对大脑以及神经系统产生影响,进而影响一个人的心情和行为。

5-羟色胺就是一个典型的例子,它是脑部最重要的神经递质,人体内5-羟色胺总量的90%在肠道中合成。为了研究肠道微生物是不是对其生成有影响,科学家培育了一种肠道无菌的小鼠,检测时发现其血液中5-羟色胺的含量比正常小鼠低60%;而将菌落移植到无菌小鼠肠道后,5-羟色胺的含量明显上升,这说明肠道菌群可以参与到人体5-羟色胺的代谢过程。

这些研究说明肠道菌群对调控人类情感的激素和神经递质确实有影响,那么它们的存在是否可以影响人类的行为呢?利用实验动物,科学家做了一些很有意思的研究。麦克马斯特大学的研究人员将有焦虑抑郁倾向小鼠的肠道细菌移植到相对正常小鼠的体内,结果发现后者开始出现焦虑抑郁的倾向;同时接受这些细菌移植的肠道无菌小鼠,它们的焦虑抑郁更加明显,简直是生无可恋。这一研究结果说明:肠道菌群的改变真的可以很明显地影响动物的行为。

看到这里,我们是不是可以发散思维,思考一个普遍的健康问题:过度肥胖的本质是摄取过度的能量,除了某些遗传因素以外,常常与过度饮食以及不健康的饮食偏好有关,在某种情况下,肠道菌群是否可以影响我们的摄食偏好呢?科学家给出了肯定的答案。在人体内,迷走神经是一个非常重要的调控枢纽,负责支配呼吸系统和消化系统的绝大多数器官,可以连接大脑与肠道,也控制了人们摄食的欲望和需求。通过对一系列研究结果的分析,研究人员推断:肠道微生物可以通过调节迷走神经中的神经信号来控制宿主的摄食倾向。比如:缺乏营养时,肠道微生物分泌的毒素会刺激迷走神经,进而激活味觉感受器,使宿主对高能量食物(如高糖高脂食物)更加感兴趣。宿主对此类食物的摄入过多,自然就会造成能量过盛、脂肪增加,出现肥胖征状。

肠道微生物虽然微小、生活在暗无天日的地方,但是对人类来说却非常重要。在某种程度上,肠道微生物就是决定我们健康状态的“幕后老板”。但是,肠道微生物也很脆弱,几包垃圾食品就可以轻松地击垮它们,更别说我们生活中日益泛滥的抗生素了。为了自身的健康,我们一定要呵护好这群“幕后老板”,它们的欣欣向荣是我们幸福生活的保证。

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