精品文檔人體微生物與健康 編者按：人體內(nèi)外存在著大量微生物，它們幫助人類消化吸收營養(yǎng)、合成維生素、參與代謝調(diào)節(jié)、調(diào)控免疫機能、甚至影響著我們的情緒和認(rèn)知行為。每個人都攜帶著具有其個體特征的微生物群體，對個體微生物的研究將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供許多新的治療和診斷途徑。陳紫微 編譯微生物在我們生活的環(huán)境中無處不在，但長久以來，它們總是作為致病源而引起人們的注意。實際上，我們的體表和腸道中也生活著大量微生物，它們并不會使我們生病，反而對我們的健康起著重要作用，然而，這些小生物與人類關(guān)系的密切程度卻鮮為人知。大量居住在人體的微生物都是人類的好朋友人體微生物的種類有數(shù)千種，其數(shù)量是我們自身細(xì)胞總數(shù)的1到10倍。我們常說人體寄生著大量微生物，而更確切的說法是，它們與我們共生。早在人類在地球上行走之前，動物與微生物就建立起各種互利共生關(guān)系動物體為微生物提供保護及營養(yǎng)豐富的生存環(huán)境，作為回報，微生物則發(fā)揮其基因優(yōu)勢，幫助動物分解營養(yǎng)物質(zhì)、合成維生素等。在漫長的進(jìn)化過程中，向微生物“借基因”是動物獲得新技能的一條捷徑。有科學(xué)家把人體的微生物群落看做是一個新近發(fā)現(xiàn)而尚待探索的“器官”，因為它們參與著我們賴以生存的各項生理過程。比如，居住在大腸中的一些微生物能合成人類自身無法合成的B族維生素。維生素B1、B2、B7是細(xì)胞能量代謝所需的輔因子，維生素B6在氨基酸合成中扮演重要角色，維生素B9參與核酸的合成這些生化反應(yīng)對于微生物和人類來說都至關(guān)重要，所以，B族維生素是微生物和人類共同所需的。然而，還有一些微生物基因卻是全心全意地為人類服務(wù)，比如，腸道微生物合成的維生素K可以幫助人類凝血，對微生物自身卻用處不大，這也可以看做是一個微生物和人類共同進(jìn)化的證明。小腸中的微生物可以分解人類無法消化的營養(yǎng)物質(zhì)，使其易于被人體吸收。腸道微生物們是分解淀粉、纖維素、蔗糖等碳水化合物的好手，據(jù)估計，人體吸收的卡路里中約有10%是在微生物的協(xié)助下完成的，如果沒有它們，這些營養(yǎng)物質(zhì)就只能穿腸而過。腸道微生物還會分泌信號分子到人體血液中，參與大范圍的代謝調(diào)控。從腸道微生物釋放的信號分子不僅參與調(diào)節(jié)肝臟和肌肉細(xì)胞對能量的儲存和利用，還能影響人體對胰島素的反應(yīng)性，甚至參與調(diào)控我們的食欲和體重。一個具體的例子是我們大腸的細(xì)菌在分解食物中的纖維素時，會產(chǎn)生蟻酸，蟻酸通過血液系統(tǒng)到達(dá)腎臟，調(diào)節(jié)鹽代謝，從而影響我們的血壓。腸道微生物不僅幫助我們消化吸收營養(yǎng)、參與身體的代謝調(diào)控，它們甚至影響著我們身體的免疫機能。微生物影響人體免疫功能的方式有很多：首先，微生物生長時會分泌抑制其他微生物生長的物質(zhì)，所以，人體正常菌群的平衡可以幫助我們抑制其他病菌的侵入。另外，微生物在免疫系統(tǒng)發(fā)育的過程中起著一定作用。實驗發(fā)現(xiàn)，在無菌環(huán)境中長大的小鼠小腸周圍的淋巴組織發(fā)育紊亂，沒有正常小鼠所具有的毛細(xì)血管系統(tǒng)，體內(nèi)的抗體也很少。不僅如此，微生物還會不斷地“訓(xùn)練”我們的免疫系統(tǒng)有益的腸道微生物能增強我們體內(nèi)的抗體合成，同時能提高宿主免疫系統(tǒng)對自身微生物和自身細(xì)胞的識別容忍，從而降低自身免疫疾病的發(fā)生。此外，腸道微生物還能合成一些抗炎物質(zhì)，抑制過度的免疫反應(yīng)。值得一提的是，研究發(fā)現(xiàn)，炎癥發(fā)生率低的個體，患癌癥的風(fēng)險也較低。腸道微生物還會影響大腦發(fā)育、調(diào)節(jié)我們的情緒。一些微生物能合成大腦發(fā)育所需的不飽和脂肪酸ARA和DHA，這些物質(zhì)是神經(jīng)元生長和維持所需的重要成分，人類自身無法合成，只能從食物攝取或依賴腸道微生物的幫助。另外，我們的腸道周圍有很多神經(jīng)結(jié)，它們通過迷走神經(jīng)與大腦相連，形成腦-腸神經(jīng)軸。腸道微生物可以合成GABA、5-羥色胺、褪黑激素、乙酰膽堿等神經(jīng)遞質(zhì)，參與我們中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響我們的情緒和認(rèn)知行為。圖1：腸道微生物合成的信號分子（如5-羥色胺）可能通過體液系統(tǒng)或迷走神經(jīng)連接參與調(diào)節(jié)激素分泌和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的情緒認(rèn)知。除了腸道，我們的皮膚和粘膜表面也居住著大量微生物，它們同樣具有重要的生理功能。皮膚表面的正常菌群除了分泌抗生素，幫助我們抵御病原菌外，還可將皮脂腺的分泌物轉(zhuǎn)化為一種具有保濕作用的油脂，滋潤我們的皮膚。另外，皮膚和粘膜表面的微生物代謝會調(diào)節(jié)體表局部的酸堿性。一個特別的例子是女性陰道中的乳酸菌，其代謝過程中產(chǎn)生的乳酸使陰道環(huán)境的pH值在4左右，這樣的酸性條件使得許多病原性的細(xì)菌、真菌和病毒都無法生存。研究發(fā)現(xiàn)，艾滋病通過陰道傳播的最低病毒濃度比通過血液傳播的最低濃度高一萬倍，這與我們陰道中居住的微生物不無關(guān)系。個體微生物的分布及變化從微生物的角度來看，我們每個人都是一個生態(tài)系統(tǒng)。我們身體的不同部位具有不同的生存條件，包括溫度、濕度、光照、營養(yǎng)源、酸堿度、富氧程度、生長的基質(zhì)等，因此，不同身體部位的微生物種類也不相同。與此同時，每個人所攜帶的微生物種類及其相對數(shù)量也是具有個體差異的，我們的“微生物譜”受性別、飲食、氣候、年齡、職業(yè)、衛(wèi)生習(xí)慣乃至個體基因差異的影響。但總的來說，微生物種群在不同身體部位的差異性大于在不同個體間的差異性。生活在同一個屋檐下的家庭攜帶著種群和數(shù)量相似的微生物組群，科學(xué)家甚至可以通過微生物譜來判斷個人及物品所屬的家庭，而這一技術(shù)很有可能在未來應(yīng)用于法醫(yī)鑒定。在同一個實驗中，研究者還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中的微生物組成受居住者的影響，而非相反。據(jù)悉尼大學(xué)的微生態(tài)學(xué)家Andrew Holmes解釋，該結(jié)果表明我們生活環(huán)境中的微生物具有“生態(tài)惰性（ecologically inert）”，它們并不會主動生長，家居物品的表面只是被動地接受居住者帶來的微生物，也就是說“是我們接種了屋子”。每個人攜帶的微生物譜并非是一成不變的。嬰兒在母體中的發(fā)育環(huán)境是無菌的，但出生時就會接觸到母親產(chǎn)道中和皮膚上的微生物。非常小的嬰兒不同身體部位的微生物并沒有區(qū)域化，微生物種類也較少，但出生后幾周，他們就會從環(huán)境中獲得各種微生物，不同身體部位的微生物也開始出現(xiàn)差異化。從6個月到3歲，孩子身上的微生物種類會持續(xù)增加，3歲時，孩子的微生物譜與成人的差別就不大了，但一些發(fā)育事件，如青春期、懷孕、停經(jīng)等，還是會引起微生物種群的較大變化。65歲后，人體微生物的種類減少，微生物譜的個體差異性降低?？偟膩碚f，人體微生物的種類在幼年時最為豐富，而隨著年齡的增加，微生物的豐富性降低。一些個體事件，如發(fā)燒、抗生素的使用、飲食結(jié)構(gòu)的改變等，也可引起微生物譜的變化，這些變化可能持續(xù)數(shù)年乃至終身。想照顧好這些生活在我們身體內(nèi)外的小伙伴，除了不能濫用抗生素，調(diào)整我們的飲食習(xí)慣也是可行之法。實驗表明，大量攝入糖類和脂質(zhì)以及膳食纖維、水果、蔬菜攝入量的減少會引起腸道菌群的結(jié)構(gòu)及其代謝活動的改變，這一變化被認(rèn)為是腸道炎癥發(fā)生概率的升高的原因之一。也就是說，高纖低糖低脂的飲食會促進(jìn)有益腸道菌群的生長。個體微生物研究的應(yīng)用隨著關(guān)于微生物與人類健康的研究報道的增加，科學(xué)家和醫(yī)生們逐漸深入地了解到人體微生物菌群結(jié)構(gòu)與各種疾病的關(guān)系，重建和調(diào)整菌群生態(tài)平衡也為很多疾病的治療展開了新的途徑。近期一個引人注目的研究課題是腸道微生物與肥胖之間的關(guān)系。研究者發(fā)現(xiàn)，肥胖者和瘦人的腸道中生活著不同的微生物群體，肥胖者所具有的腸道菌群更擅長從食物中獲取能量，而且它們會分泌信號促使身體將能量儲存為脂肪。實驗證明，從超重小鼠腸道中轉(zhuǎn)移微生物到瘦鼠體內(nèi)，會使瘦鼠體重增加。高糖、高脂和單一碳水化合物的飲食習(xí)慣造成肥胖的原因不僅是由于能量的過度攝取，還可能是因為這樣的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)會使那些促成我們肥胖的腸道菌繁榮昌盛。肥胖是遺傳因素和生活習(xí)慣共同作用的結(jié)果，我們的基因是確定的，生活習(xí)慣也很難改變，而腸道微生物菌群的移植則可能為肥胖治療另辟蹊徑。早在1930年，賓夕法尼亞大學(xué)的皮膚學(xué)教授John H. Stokes及同事Pillsbury就根據(jù)實驗證據(jù)和臨床觀察提出了“腦-腸-皮膚理論”。他們在論文中提出，抑郁焦慮的精神狀態(tài)可能引起腸胃功能的紊亂，進(jìn)而影響腸道微生物的平衡，而腸道微生物的失衡可能促進(jìn)局部及系統(tǒng)炎癥的發(fā)生，包括皮膚炎癥。根據(jù)生活經(jīng)驗，我們知道便秘、口臭、腸胃不適的人比較容易有皮膚問題。與之相應(yīng)的研究顯示，有40%的痤瘡患者都有胃酸不足的問題，而這是導(dǎo)致腸道菌群紊亂的重要因素。Stokes和Pillsbury在當(dāng)時就提出通過補充乳酸桿菌和魚肝油來改善由精神壓力所引發(fā)的腸道和皮膚問題的惡性循環(huán)。有意思的是，他們研究完成不久，就有另一名研究者報道了在53名精神病人的體內(nèi)檢測到嗜酸乳桿菌水平的降低。圖2：在一般性痤瘡中可能存在的腸-腦-皮膚相互作用模型：心理壓力1與高脂低纖的飲食2結(jié)合，引起腸胃功能的紊亂3，進(jìn)而引起腸道微生物的改變4。腸道菌群失調(diào)會導(dǎo)致腸壁滲透性的變化，一些內(nèi)毒素隨即進(jìn)入血液5，這會導(dǎo)致機體系統(tǒng)炎癥和氧化壓力增加，在一些痤瘡易感個體中，這些連鎖反應(yīng)會使皮脂分泌增加、痤瘡惡化6，進(jìn)而增加精神壓力。與人體微生物平衡有關(guān)的可能性疾病還有很多，包括營養(yǎng)不良、齲齒、糖尿病、胃腸潰瘍、抑郁癥、癌癥、哮喘、過敏以及一些自