人類的胃腸內有數萬億個微生物,包括細菌、真菌和病毒。它們大多分佈在大腸中,數量大致與全身的細胞數相當。在人體腸道細菌中,只有10%20%的細菌是與他人相同的

其它微生物群因人而異,多取決於飲食習慣、生活方式和基它因素。微生物群影響著人的健康和食慾、體重和心情。雖然對人類腸道的研究比較多,但要了解清楚還有很長的路要走。BBC未來(BBC Future)回顧了迄今為止的一些科學發現。

飲食習慣

飲食對腸道微生物群有非常大的影響。研究發現,西方飲食,通常是動物脂肪蛋白質含量高,纖維含量低,這與致癌化合物的產生和炎症的發生有一定的關係。另一種,以纖維含量高、紅肉含量低為特點的地中海飲食,經驗證糞便中的短鏈脂肪酸含量增加,而短鏈脂肪酸具有消炎和改善免疫系統的作用。

科學家希望能在全球範圍內進行研究,以便有更多的發現和成果。目前正在進行的美國腸道研究(American Gut Study)項目,收集和對比了生活在美國的數千人的腸道微生物群。截至目前,研究表明,飲食中植物性食物含量高的人,體內微生物群更多樣化,與那些不吃植物性食物的人「截然不同」,該項目的科學主任麥克唐納(Daniel McDonald)說:「我們還不能說哪個健康或是不健康,初部判定飲食中含大量水果和蔬菜的人,體內微生物群很健康。」麥克唐納補充說,目前還不清楚從植物性食物含量高的飲食轉向健康食物含量低的飲食,是否會從根本上改變微生物群,以及這種改變是如何發生的。

(Credit: Getty Images)

益生菌

近年來,大量炒作益生元和益生菌對健康的好處,它們被用來治療炎性腸道疾病,如克羅恩氏病和潰瘍性結腸炎。多篇論文認為,在有效的菌株和劑量方面還需要進一步研究。以色列魏茨曼科學研究院(Weizmann Institute of Science)的免疫學家伊萊納夫(Eran Elinav)最近也發現,一些人不受益生菌的影響。不過他的研究範圍相對較小,未來還需擴大研究規模得出具體的結果。伊萊納夫給25名健康的受試者注射了11株益生菌和安慰劑,並在干預前和干預後的3周,用結腸鏡和內鏡檢查測試他們微生物群和腸道功能。

他說:「受試者分為兩類,一類是益生菌受到體內微生物群的歡迎,在胃腸道內生長,能夠改變人體微生物群的;另一類是抵抗益生菌的。在第二類人中,益生菌無法在腸道生長,幾乎不起什麼作用。」透過研究人體內微生物群的特徵,能夠預測屬於哪一類。伊萊納夫說,有必要對益生菌進行高級的認定,以滿足不同個體的需求。

健康

腸道微生物群在胃腸道的健康和功能中發揮著重要作用。證據表明,大腸激躁症(IBS)等疾病常發生微生物群改變。同時,腸道微生物群在人類健康中扮演著很多角色,這取決於我們出生的最初幾年。人類一出生,微生物就開始在腸道中繁殖,腸道微生物群就形成了。

美國克德蘭生物科學研究所(Quadram Institute Bioscience)微生物群研究負責人霍爾(Lindsay Hall)研究發現:自然分娩的嬰兒因接觸了母親陰道和腸道細菌,他們腸道細菌數量高於剖腹產娩出的嬰兒。霍爾說:「經剖腹產娩出的嬰兒錯過了最初的預防接觸,他們接觸的微生物主要來自皮膚和環境。這對嬰兒發育自己的免疫系統非常重要。早期腸道微生物群被擾亂會對人的健康產生不利影響,剖腹產對健康的影響是長期性的,有明確的證據表明,剖腹產會導致過敏風險增加,生態系統的不健全,意味著更容易受外界變化的干擾,比如抗生素的影響。然而,還沒有找出這種差異對免疫系統有什麼特別的意義。」

母乳餵養和奶粉餵養的嬰兒體內的微生物群也存在差異。母乳餵養的嬰兒腸道中,通常會有健康的雙歧桿菌。霍爾說:「我們知道雙歧桿菌能夠幫助消化母乳。配方奶中沒有這種菌,這正是奶粉餵養的嬰兒體內雙歧桿菌少的原因。」

目前正在研究如何利用腸道微生物群治療疾病,科學家離答案越來越近。該領域的最新療法之一是糞便微生物群移植,將健康人的微生物群植入患者的腸道。用這種方法治療耐抗生素的腸道細菌艱難梭菌(clostridium difficile),這種細菌可感染腸道並引起腹瀉。治療機制暫時不清楚,但透過移植能讓患者體內重新出現各種不同細菌的微生物群,有助於對抗細菌。

圍繞移植最大的問題是,如何定義什麼是正常的腸道微生物群。倫敦帝國理工學院(Imperial College London)外科與癌症系,負責研究微生物群與飲食之間的關係,該學院商業發展與戰略負責人佩雷拉(Fiona Pereira)說:「我們不能定義什麼是正常的,也無法定義不同的個體什麼是正常的。因為這取決於人的種族、所處的環境和身體健康情況。

如果科學家能夠定義不同族群和年齡段的健康標凖,就能對個體的人進行基本概括,了解腸道微生物群的差異,造成這些差異的是飲食、環境或遺傳因素還是某些疾病。

注射

抗生素

抗生素能夠明顯改變人類腸道微生物群,這一點已經得到了證實。伯明翰大學(University of Birmingham)教授範沙伊(Willem van Schaik)是一項最新研究的首席研究人員,該研究在病原體中發現了6000多個新的耐抗生素基因。他說:「在腸道環境中,無害和有益的細菌與引起感染的機會病原體的接觸非常密切。」他發現,這些病原體與在細菌之間轉移的DNA無關。不存在這些基因從正常細菌擴散到病原體的直接危險。

然而,很多在特定細菌環境中固定不變的基因,因為過度使用抗生素而開始擴散,這會給鎖在單個細菌細胞內的耐藥基因造成壓力,導致它們開始活躍起來。範沙伊說:「我們過分強調了微生物群中的耐藥基因,以及可能被動員起來成為機會病原體。它們只應該視為一種警告,表明有大量不想調動的基因儲備。」

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大腦

大腦和腸道之間有一個強大的雙向交流系統,我們稱之為腸腦軸。大腦和腸道對彼此都至關重要。研究發現,如果沒有腸道微生物群,大腦發育就會不正常。最近的一篇評述文章指出,還沒有搞清楚究竟是哪種腸道細菌影響了大腦發育。牛津大學(University of Oxford)研究微生物群與腸腦軸的強森(Katerina Johnson)表示,進一步的研究正在揭示腸道與大腦之間的關係,包括我們的情緒和精神健康。

他說:「研究表明,如果我們提取人類憂鬱症患者的腸道細菌,並將其植入老鼠的腸道內,老鼠會表現出類似於憂鬱症特徵的行為和生理機能。」腸道微生物可以產生人類大腦中存在的神經遞質,包括在調節情緒方面發揮著關鍵作用的血清素。科學家們希望不久能夠掌握如何利用微生物產生神經遞質,來治療與微生物群失調造成的精神和神經疾病,包括帕金森病和多發性硬化症的。

行為

我們也開始了解腸道微生物是如何影響行為的。一些在動物身上進行的研究表明,某種類型的腸道微生物能夠影響大腦的化學物質,從而影響行為,讓動物表現得更活躍。另一方面,據強森介紹,沒有接觸過微生物的動物,在行為能力方面表現出了缺陷,這種缺陷可以透過添加特定類型的細菌,如優酪乳中常見的乳酸菌來彌補。

腸道微生物群進化理論認為,微生物群已經進化到了像寄生蟲一樣,操縱人類宿主,讓人類宿主變得更樂於交往,以便進行傳播,從而獲得自身的繁殖。然而這一理論不大可信,行為的改變能促進微生物在腸道中的生長和繁殖,比如發酵的副產品。前不久,一篇題為《微生物群為什麼會影響行為?》論文作者之一的強森說:「腸道微生物群非常多元,哪怕只有一種細菌能夠產生操縱人類行為的活性化學物質,如不投入能量來生產這種化合物質,這種細菌很快就會被其它的細菌打敗。」

未來

科學並未定義一個健康的微生物群是什麼樣的,我們離得出結論還有距離。但越來越多的人認為,環境因素,比如飲食和抗生素,對微生物群的影響大於基因,微生物群越多樣性越好。強森說:「雖然我們可以透過飲食改變微生物群,但有一個平衡點,它們往往會在短暫的干擾後回到這個平衡點。我們能夠做到的健康行為是增加纖維食品的攝入,以增強腸道微生物群的多樣性。」

近年來,儘管微生物群研究領域取得了很大進展,但也面臨一些挑戰。麥克唐納說:「其中一種依賴名為16S rRNA測序的方法,這種方法研究的是單個基因的特定區域,該區域存在於所有細菌中。大腸桿菌就是一個例子,表明這種方法太過寬泛。」

雖然有致病性的大腸桿菌,但也有在腸道中發揮中性或有益作用的大腸桿菌,用我們目前使用的方法難以區分。大腸桿菌數量的增加並不意味著是壞事。

麥克唐納建議我們,應該保持謹慎。

「微生物群的研究,會帶來很多驚人的發現,現在就有些激動人心的進展,不斷的進步會帶來健康的改善,但有些東西只限於基礎研究中,很多研究可以在老鼠身上做,但不能轉到人類身上,因為這很不安全。」

因此大部分科學家能夠給出的建議是,多吃綠色蔬菜。

作者Jessica Brown, 轉載自BBC

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