人體健康狀況晴雨表——腸道菌群
人體中最多的成分是什么？細(xì)胞？基因？都不對，是微生物！
它們的數(shù)量與人體細(xì)胞的比例達(dá)到10∶1。僅在我們?nèi)梭w腸道中，就含有超過100萬億個(gè)細(xì)菌，這些細(xì)菌有助于人體消化食物，產(chǎn)生維生素以預(yù)防食物中細(xì)菌所誘發(fā)的疾病，同時(shí)刺激免疫系統(tǒng)。腸壁中的所有這些細(xì)菌與身體的其余部分分離，腸壁的功能為選擇性屏障，旨在只允許有用的物質(zhì)通過，并在體內(nèi)被吸收。
隨著研究深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腸道微生物在許多慢性疾病和癥狀中，如炎癥、肥胖等也起了關(guān)鍵作用。最近， 丹麥技術(shù)大學(xué)，國家食品研究所的一個(gè)博士生項(xiàng)目考察了腸道細(xì)菌組成的調(diào)整是否會(huì)影響腸道的完整性。國家食品研究所博士生Ellen Gerd Christensen研究了腸道細(xì)菌組成的變化是否會(huì)影響腸道的完整性。
結(jié)果表明，全谷物小麥的攝入量會(huì)增加雙歧桿菌的數(shù)量，雙歧桿菌被認(rèn)為有利于人體健康。此外，研究表明，雙歧桿菌可能對腸完整性產(chǎn)生負(fù)面影響。大鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也顯示，直接給與活的雙歧桿菌，大鼠腸道的完整性沒有發(fā)生任何變化。
此外，大鼠實(shí)驗(yàn)表明：抗生素會(huì)導(dǎo)致腸道細(xì)菌組成發(fā)生巨大變化，其對腸道完整性的正向或負(fù)向作用取決于具體的抗生素種類。
這個(gè)博士項(xiàng)目的研究結(jié)果，可用于闡明腸道自然細(xì)菌群落的組成變化是如何影響腸功能和腸道完整性的。
現(xiàn)在，越來越多的研究表明，腸道細(xì)菌通過影響它們寄主的信號通路可能引發(fā)癌癥、代謝綜合征、甲狀腺病變等疾病。近年來，在該研究領(lǐng)域也出現(xiàn)了不少亮點(diǎn)研究和突破性成果：
Science：腸道微生物與宿主共同進(jìn)化
《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱腸道微生物群落與它們的宿主是共同進(jìn)化的，并且受到宿主食物的強(qiáng)烈影響。
研究人員對范圍廣泛的哺乳動(dòng)物的糞便進(jìn)行了取樣，這些哺乳動(dòng)物包括從大鼠到熊貓到人類。通過對每一樣本中所分離出的微生物的某些基因序列的分析，研究人員對存在于每種動(dòng)物腸道中的屬于不同門類的細(xì)菌和其它微生物進(jìn)行了梳理分析。在同一種系的哺乳動(dòng)物中，其腸道微生物群落相互之間沒有多大的差別，這與它們是生活在野外或是在動(dòng)物園中沒有關(guān)系，就人類而言，其腸道微生物群落與那個(gè)人是吃肉或是素食者也沒有關(guān)系。但是，不同種系動(dòng)物的腸道微生物群落確實(shí)存在差別。一般來說，那些食肉動(dòng)物的腸道微生物的差異最小，而食草動(dòng)物之間的腸道微生物的差異則最大。研究人員報(bào)告說，人類腸道微菌群中存在的多樣性在雜食性靈長類中是相當(dāng)?shù)湫偷摹＿@些結(jié)果表明，腸道微菌群的進(jìn)化是哺乳類動(dòng)物在適應(yīng)以植物為基礎(chǔ)食物的成功進(jìn)化過程中的一個(gè)重要部分。
Science：人類腸道微生物群有多穩(wěn)定?
研究人員研發(fā)出了一種改進(jìn)了的、用來分析在我們腸道中和平相處的細(xì)菌群落的技術(shù)，這使得他們能夠?qū)@些細(xì)菌群落隨著時(shí)間的推移而呈現(xiàn)的穩(wěn)定性有所了解。對于為了長期的健康干預(yù)而用這些多樣的微生物作為標(biāo)靶而言，定義人類腸道微生物群落的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。然而，科學(xué)家們對有關(guān)這些微生物株在我們腸道中是多么難以撼動(dòng)卻知之甚少。
現(xiàn)在，Jeremiah J. Faith及其同事研發(fā)出了一種測序方法來準(zhǔn)確追蹤這些菌株。他們用這種被稱作LEA-seq的方法對37人的糞便中的微生物群落進(jìn)行了采樣，他們中有4人當(dāng)時(shí)正在參加一個(gè)為期32周的進(jìn)食流質(zhì)飲食的項(xiàng)目，而其余的人則按其喜好進(jìn)食。Faith及其同事發(fā)現(xiàn)，在采樣者中有60%的細(xì)菌菌株在長達(dá)5年的時(shí)間中仍然保持著穩(wěn)定。研究人員估計(jì)，某些菌株甚至?xí)掷m(xù)不變幾十年。通過評估這些人的微生物株的隨著時(shí)間的推移而改變及/或當(dāng)那些吃特別飲食而減肥的人的微生物株的改變，研究人員發(fā)現(xiàn)，體重減輕對微生物株組成的改變比時(shí)間的推移要有更明顯的影響。這表明，腸道微生物群的改變可作為宿主健康及功能的標(biāo)志物。
追蹤肥胖之謎——腸道微生物
網(wǎng)絡(luò)出版的Nature雜志上發(fā)表了耶魯大學(xué)科學(xué)家的研究成果。研究者發(fā)現(xiàn)一類蛋白質(zhì)可以改變胃里的微生物數(shù)量，從而引發(fā)肥胖和慢性肝病，而且研究還表明這具有傳染性。從而擴(kuò)展了早前耶魯?shù)难芯俊活惖鞍讓?dǎo)致的相似微生物群落失調(diào)，增加腸道疾病如結(jié)腸炎的風(fēng)險(xiǎn)。
耶魯研究人員杰出的發(fā)現(xiàn)是，腸道環(huán)境的改變會(huì)導(dǎo)致肥胖和肝臟疾病，并且這種改變在小鼠群體里具有傳染性?！爱?dāng)健康的小鼠和改變內(nèi)臟微生物環(huán)境的小鼠放在一起時(shí)，健康的小鼠患有肝病和肥胖的敏感度增加，” 論文的資深作者Richard A. Flavell說道，Richard A. Flavell是耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫生物學(xué)教授和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究人員的研究人員。
研究中的蛋白質(zhì)被稱為inflammasomes，Inflammasomes負(fù)責(zé)開啟免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，并且起到腸道細(xì)菌的傳感器和調(diào)控者的作用。
耶魯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)2種特定的inflammasomes的一種成分缺乏會(huì)導(dǎo)致與細(xì)菌數(shù)量增加相關(guān)的微生物群落的變化。這決定了小鼠非酒精性脂肪肝（NAFLD）和肥胖的嚴(yán)重程度。
Flavell說，下一步把這項(xiàng)研究延伸到人類，更準(zhǔn)確地鑒別出肝臟疾病發(fā)展中的有關(guān)細(xì)菌?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了靶向抗體治療，可使小鼠身上細(xì)菌構(gòu)成恢復(fù)正常，從而解除肝臟疾病。我們希望我們的研究成果最終能夠?yàn)槿祟愓业街委煼椒ā?/span>
Nature immunology：調(diào)節(jié)腸道微生物或可治療肥胖相關(guān)性疾病
根據(jù)一項(xiàng)新的關(guān)于飲食，腸道細(xì)菌和免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，疫苗和抗生素可能在某一天能作為一種限制熱量或治療肥胖癥手術(shù)的一種新的方法來控制體重的增加。
腸道細(xì)菌在食物消化中發(fā)揮了重要的作用。他們能提供許多營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的酶類，合成一定的維生素和促進(jìn)食物熱量的吸收。五十年以前，農(nóng)民通過混合微生物與低劑量的口服抗生素喂養(yǎng)牲畜，發(fā)現(xiàn)這樣能夠加速增加牲畜重量。而最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，即使在高脂肪的飲食下，無菌環(huán)境中培養(yǎng)的，并因此缺乏腸道微生物的老鼠，不會(huì)增加額外的重量。
自然免疫學(xué)雜志的一篇文獻(xiàn)或許能夠揭示其中的一些機(jī)制。他們研究的重點(diǎn)是免疫系統(tǒng)、腸道細(xì)菌、消化和肥胖之間的關(guān)系。研究表明，體重的增加不僅需要增加熱量，而且需要更微妙的腸道微生物和免疫反應(yīng)。
為了測試微生物和免疫功能的作用，研究人員比較了正常小鼠和具有遺傳缺陷且無法產(chǎn)生淋巴毒素（一種分子，有利于調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和腸內(nèi)細(xì)菌之間的相互作用）的小鼠。他們發(fā)現(xiàn)，即使經(jīng)過長時(shí)間消耗高脂肪的飲食，缺乏淋巴毒素的小鼠不增加額外的體重。
標(biāo)準(zhǔn)飲食中，這兩組小鼠體重保持穩(wěn)定。但九周的高脂肪飲食后，正常小鼠的體重增加了三分之一，增加的體重大部分是脂肪。缺乏淋巴毒素的小鼠吃的一樣多，但不增加體重。
高脂肪飲食引起兩組老鼠的腸道微生物發(fā)生改變。與以前相比，正常小鼠增加了大量的一類細(xì)菌（erysopelotrichi），這類細(xì)菌與肥胖和健康問題都有關(guān)。缺乏淋巴毒素的小鼠無法清除分段絲狀菌——這類細(xì)菌先前被發(fā)現(xiàn)能引起某些腸道免疫反應(yīng)。
研究人員將實(shí)驗(yàn)小鼠的腸內(nèi)容物移植到在無菌的環(huán)境生長，并因此缺乏它們自身腸道微生物的正常老鼠體內(nèi)，通過此舉證明了腸道微生物的作用。獲得共生細(xì)菌（這種細(xì)菌能產(chǎn)生淋巴毒素）的老鼠，體重快速增加。而那些缺乏淋巴毒素細(xì)菌的老鼠在三周后體重增加較少，直到它們自我的免疫系統(tǒng)開始恢復(fù)正常的細(xì)菌菌群，體重才會(huì)增加。
調(diào)節(jié)腸道微生物或可治療糖尿病
丹麥科技大學(xué)的科學(xué)家日前確定了此前未知的500種人體腸道微生物以及多達(dá)800種能夠感染人體腸道細(xì)菌的病毒(噬菌體)。研究人員稱,隨著更多的腸道微生物被發(fā)現(xiàn)以及各個(gè)菌落之前的關(guān)系被理清,未來科學(xué)家將有望通過增加或刪除某些細(xì)菌的方式來治療糖尿病、哮喘和肥胖等疾病。
研究人員表示如果能夠更多地了解病毒和細(xì)菌之間誰攻擊了誰,則有望將噬菌體制造成特定的生物抗菌藥物,用于對抗細(xì)菌感染。
腸道微生物可以“指揮”我們的大腦？
人體的腸道世界太過于神秘，寄居在人體腸道內(nèi)的微生物們影響了人體的對食物的消化、吸收，甚至影響人體的免疫力以及對藥物的吸收和抗藥性。而最新科研發(fā)現(xiàn)腸道內(nèi)的微生物居然可以“指揮”我們的大腦進(jìn)行工作。寄居在我們腸道內(nèi)的微生物能幫助解釋“發(fā)自肺腑”這一古老的詞語嗎？（注：小腸和大腸均屬六腑之一）目前有越來越多的證據(jù)證明腸道細(xì)菌真的可以影響我們的思維。
來自加州大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)學(xué)和神經(jīng)病學(xué)的Emeran A. Mayer教授在2011年7月的Nature Review Neuroscience上發(fā)表了一篇關(guān)于腸道與大腦對話的綜述。
這篇文章中指出我們消化系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)菌可能在我們生理生長的同時(shí)幫助塑造大腦的結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)我們成年時(shí)可能影響我們的情緒、行為、感覺。這一觀點(diǎn)開辟了一條嶄新的方法來認(rèn)知大腦的功能和健康與疾病的關(guān)系。Emeran Mayer教授曾用MRI掃描來查看數(shù)以千計(jì)志愿者的大腦來比較大腦的結(jié)構(gòu)和腸道內(nèi)不同細(xì)菌的類型的關(guān)系。他發(fā)現(xiàn)大腦區(qū)域間的連接是不同的，是依哪類細(xì)菌主導(dǎo)性地寄生一個(gè)人的腸道中而定的，所以他推斷出特定的某些不同微生物混合在我們腸道中可能幫助塑造了大腦的某些類型。生物谷推薦原文：MayerEA. Gut feelings: the emerging biology of gut-brain communication. Nat Rev Neurosci. 2011;12(8):453-66.
人以腸道微生物群分？
我們每個(gè)人都是獨(dú)特的個(gè)體，這一點(diǎn)還表現(xiàn)在棲息于我們腸道的數(shù)以千萬計(jì)的微生物群落上——由于飲食習(xí)慣、身體狀況和基因等原因，人與人之間的腸道微生物群落各不相同。
一年前Nature上發(fā)表的一篇熱門文章中，研究者們根據(jù)人體腸道微生物的群落結(jié)構(gòu)將人群分為了三大類型，各以一種占優(yōu)勢地位的腸道微生物類群（屬水平）為特征：擬桿菌屬 (Bacteroides), 普雷沃菌屬 (Prevotella)和瘤胃球菌屬 (Ruminococcus).該文章之所以熱門是因?yàn)檠芯空邆兺ㄟ^這種像血型一樣的簡潔分類將問題大大簡化,在個(gè)體醫(yī)療和疾病診斷方面具有重大意義。
根據(jù)腸道微生物分成三大類型
然而最近在巴黎舉行的人體微生物基因組國際代表會(huì)議（IHMC, International Human Microbiome Congress）上發(fā)布的數(shù)據(jù)對于這一分類結(jié)果有所爭議.
事實(shí)上,這種分型的確有一定的風(fēng)險(xiǎn).首先,該分型的提出是基于39個(gè)樣品的數(shù)據(jù)分析得出,在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上仍有所欠缺.其次,文章沒有對樣品進(jìn)行時(shí)間系列上的分析,而時(shí)間以及不同的飲食變化對腸道微生物均有極大影響,因此不確定研究中提出的三大分型是否會(huì)隨著時(shí)間變化而相互之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化.
那篇Nature文章的第一作者M(jìn)animozhiyan Arumugam在該會(huì)議上公布的新數(shù)據(jù)對以上的分型進(jìn)行了一定的改動(dòng)。該研究小組將樣品補(bǔ)充至663個(gè)并進(jìn)行了同樣的分析,發(fā)現(xiàn)Ruminococcus分型中出現(xiàn)了新的標(biāo)志性古菌類群（屬水平）Methanobrevibacter；而在Ruminococcus和Bacteroides分型之間的界限不再像以前所定義的那樣清晰,盡管這兩大類型與Prevotella分型之間仍有明顯差異。
而人體微生物基因組研究領(lǐng)域中的另一大研究組（隸屬科羅拉多大學(xué)波德爾分校,以Rob Knight為首）的生物信息學(xué)家Dan Knights將這一分型的藩籬打破得更徹底：他認(rèn)為這種分型或許根本就不存在.Knights所在的研究組已經(jīng)對超過1200位成人的腸道微生物進(jìn)行了測序并發(fā)現(xiàn)了一系列連續(xù)的群落組成現(xiàn)象,從Bacteroides主導(dǎo)的一端到Prevotella主導(dǎo)的另一端均有所分布.他的結(jié)果已發(fā)表在期刊PLoS Computational Biology上。
我們能吃出健康的腸道微生物菌群嗎？
文章上面已經(jīng)提到腸道微生物可能和大腦進(jìn)行“對話”，引申出“腹腦”的概念。然而通過我們的日常飲食可能培養(yǎng)出健康微的生物菌落（包括身體上和體內(nèi)）嗎？
我們現(xiàn)在知道了許多食物與健康的關(guān)聯(lián)，當(dāng)然也知道了食物與微生物、微生物與健康之間的一部分關(guān)聯(lián)。但是目前，科學(xué)家們還不明確如何將所有的關(guān)聯(lián)放在一起整體展示。
某些蔬菜對健康有益是因?yàn)樗麄儗ξ覀兊奈⑸镉蟹e極的影響嗎？或者是對我們的新陳代謝有更直接的影響呢？有些食物可能會(huì)成為我們研究此領(lǐng)域的敲門磚，例如膳食纖維。正如之前楊月欣教授的文章中提到，膳食纖維可作為我們很多腸道細(xì)菌的食物。攝入膳食纖維過少會(huì)使我們想要的腸道細(xì)菌挨餓?？赡苓@些細(xì)菌挨餓的時(shí)候就要“吃”我們了，一個(gè)例子就是他們會(huì)吃大腸粘液外膜上的粘蛋白。
來自美國“人類食物工程”（Human Food Project）的Jeff Leach教授也建議多吃蒜和蔥，因?yàn)樗麄兒攀忱w維很豐富。這些食物富含一類叫菊淀粉（inulin）的膳食纖維, 而菊淀粉可以作為腸道放線菌（actinobacteria）的食物。事實(shí)上，菊淀粉被認(rèn)為是一個(gè)益生元，因?yàn)樗梢浴拔桂B(yǎng)”寄居在我們體內(nèi)好的細(xì)菌或者是益生菌。
大蒜實(shí)際上有抗微生物的特性，這個(gè)矛盾點(diǎn)可能對我們身體的微生物來講是件好事。在Phytomedicine 2012 7月份的一篇文章中展示了大蒜可以毀損一些有害的細(xì)菌，而有益的細(xì)菌會(huì)是安然無恙的。
全谷物是另一個(gè)好的膳食纖維的來源。但是評估全谷物的好處確實(shí)很難衡量。Jeff Leach教授在多篇文章中提過，全谷物的攝取看上去與大數(shù)量普氏菌屬（prevotella）相關(guān)。而普氏菌屬已被證實(shí)與HIV病人的炎性和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有關(guān)。所以就健康的腸道微生物來講，是否讓全谷物“入隊(duì)”還需進(jìn)一步研究。
另一個(gè)培養(yǎng)健康的微生物的方法可能是通過飲食來天然培育益生菌。發(fā)酵食物，像泡菜、酸奶可能會(huì)是更有保證性的益生菌的來源。而科學(xué)家們還不是很明確這些食物對于我們微生物的構(gòu)成有長期的還是暫時(shí)性的影響，但是很多的研究中，確實(shí)是長期有了幫助。
從流行病學(xué)的角度看，似乎有些證據(jù)表明吃發(fā)酵食物總體是有益的，但是科學(xué)家們還在努力研究其原理。
回過頭來，大的問題還是我們能否通過改變飲食真正的重塑我們的微生物。但我們目前知道的是短期的膳食干預(yù)不會(huì)產(chǎn)生顯著的效果，而且輕微的變化也不可能會(huì)有很大改善。
那么我們到底要改變我們的飲食到什么程度才能做到重塑微生物呢？Jeff Leach教授在他的文章中提到，拿膳食纖維為例，從每天10-15g變到每天40或50g就有可能看到效果。
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