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人体肠道菌群十问十答

发布时间:2021-04-19 09:12:24【作者:佰草通源】人气:

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人体携带有远远超乎人体细胞数量的微生物,包括细菌、真菌、酵母和病毒等,广泛分布在人体表面的皮肤、口腔、消化道、呼吸道和生殖道等部位以及人体脏器内部和血液神经等系统中,其编码的基因在数量上也远远超乎人类自身编码的基因,仅仅在肠道中就有近千种微生物寄宿或通过。人类与这些微生物通过彼此间协同进化形成互惠互利的共生复合体,肠道为微生物提供最佳的生存环境,包括天然的厌氧条件,丰富的营养物质,以及适宜的温度和pH 等,形成世界上生物种群密度以及遗传多样性单位面积最大的场所。同时这些微生物及其代谢产物也直接或间接的影响到人体的营养物质加工、消化吸收、能量平衡、免疫功能、胃肠道发育和成熟及其他多种重要的生理活动。双方的互惠互利能够维持人类肠道微生态系统的稳定和动态平衡。

 

人体肠道菌群十问十答

一个健康的微生物群落的状态是功能的多样性和组成的平衡。然而在当今社会,日益恶化的环境中,除抗生素以及各种药物的滥用外,食物防腐剂、食品保鲜剂、食品色素等都严重破坏着人类与微生物共生的动态平衡。同时人们饮食的不规律、偏食、过多食用带有杀虫剂的蔬果,以及工作生活压力导致的紧张焦虑等都会破坏肠道微生物的平衡,最终导致各种各样的生理和心理疾患的发生。

1、什么是人体肠道菌群?

人体肠道菌群是存在于我们的胃肠道中的一个十分多样而复杂的微生物群落,被称为一个被遗忘的代谢“器官”。据估计,在我们的整个胃肠道中有100万亿个微生物,代表了近千种不同的物种,它们的数量比人类自身细胞的数量还要多。人体肠道菌群由古细菌、细菌、真菌、病毒等组成,是地球上最复杂的生态系统之一。

2、肠道菌群如何以及为什么会成为人们关注的焦点?

绝大多数的肠道微生物生活在结肠。传统的研究肠道菌群的方法通常建立在体外共培养技术之上,通过对微生物的选择性培养,再进行鉴定和分类,该方法智能定量检测体外可培养的微生物,然而大多数厌氧的肠道微生物在目前的培养技术下难以进行体外培养,因此我们对肠道菌群的了解一直很有限,往往低估正常菌群的数量和多样性。近年来,随着科学技术的发展,大量分子生物学技术在该领域里迅速地渗透和广泛运用,逐渐突破了传统技术和方法的局限性,使我们对肠道菌群有了更深入的理解和完整的评价,肠道菌群在人类疾病和健康中的作用也成为了人们关注的焦点。

 

人体肠道菌群十问十答

上个世纪,人类基因组计划曾经预言人类将有10万个以上的基因被解析,届时所有的疾病与健康的原因将一目了然。然而,人类基因组详细图谱构建完成之后,仅仅发现了大约2万个基因,科学家们仍然无法完全解释癌症、糖尿病以及很多人类生理现象。人体的生理代谢和生长发育不仅仅受自身基因控制,有许多现象,比如对疾病的易感性、药物反应等,无法全部用人体基因的差异来解释。随着对肠道菌群更深入的了解,肠道菌群在调节人体生理代谢和生长发育中的作用也日益凸显,这些微生物的基因组所编码的基因作为人体自身基因组的补充也发挥着非常重要的作用。据估计,肠道微生物所编码的基因有大约300万个,是人类自身基因组的约150倍,被称为人类“第二基因组”。研究人类肠道菌群与人类健康的关系,对于阐明人类生长发育、生老病死的机理具有十分重要的意义,有助于更好地破解人类疾病的发生发展机制,并将对疾病的预防和治疗起重要作用。因此,肠道菌群如何在健康和疾病中发挥作用以及如何维持健康的肠道菌群也就成为了研究关注的重点。

3、肠道菌群有什么功能?

健康的肠道菌群表现为高多样性以及具有在生理压力下抵抗变化的能力。对肠道菌群作为健康和疾病不可或缺的一部分的理解来自于对肠道菌群所具有的多种代谢和生理功能的认识。这些包括:通过营养提取和发酵难消化的食物成分来获取能量,合成关键物质比如维生素B12和K,神经递质比如5-羟色胺,维持肠道屏障,免疫功能比如防止感染,系统免疫和自身免疫性疾病的保护。

肠道微生物能够帮助我们消化食物、保持肠壁的完整性、赶走有害细菌以及训练我们的免疫系统区分朋友和敌人。它们还能将糖转化为给肠道细胞提供能量的短链脂肪酸,还能合成许多我们自己无法合成的酶、维生素和激素。如果没有这些基本的肠道微生物,食物就不能被正确地分解,其食物组分也不能被完全吸收,这也就意味着即使你吃的是超级健康的食物,如果没有足够健康的肠道细菌,你可能也无法吸收食物中的所有维生素和营养物质。肠道细菌还能帮助身体吸收钙和铁等营养物质,保持pH平衡,代谢药物,调节基因,清除致癌物质等等。肠道细菌还可以合成某些重要的神经递质,比如5-羟色胺和多巴胺,因此在调节大脑功能和行为方面也发挥重要作用。

 

人体肠道菌群十问十答

4、什么是肠道菌群失调?

健康的肠道菌群按照一定的比例组合,各菌间互相制约,互相依存,在质和量上形成一种生态平衡,表现为物种多样性高和有益微生物占优势。相比之下,疾病状态下的肠道菌群表现为物种多样性较低、有益微生物减少以及有害微生物增多,这就是肠道菌群失调,也就是肠道菌群平衡被破坏,数量和质量的变化导致致病性和有害的微生物在肠道内的异常增加或定植。一旦机体内外环境发生变化,特别是长期应用广谱抗生素,一些敏感的肠道细菌被抑制,未被抑制的细菌则趁机大量繁殖,从而引起菌群失调。肠道菌群失调对健康和多种慢性疾病状态具有重大影响,肠道菌群失调被认为是许多疾病发生的原因,同时疾病状态也可以影响肠道菌群的组成。

5、什么因素导致肠道菌群失调?

肠道菌群的动态变化可以归因于许多因素,比如饮食、日常用药、生活和工作压力等等都可以影响我们的肠道菌群:

A. 如果给食物一个简单的定义,那就是能够滋养我们的东西,这意味它也应该滋养我们的肠道细菌。肠道细菌除了需要生存所需的基本营养物质以外,还需要保护自己不受食物中的毒素和化学物质的侵害,不受错误类型的食物的侵害。高脂高糖的西式饮食会促进肠道中错误类型的细菌的生长,膳食纤维摄入不足也会减少肠道中有益细菌的数量。大多数高度加工和超级加工食品都含有食品添加剂,人工甜味剂和食品乳化剂等都被证明可以导致肠道菌群失调。

B. 药物有时确实能解决我们的一些困扰,但是当谈到菌群失调时,它们往往就是问题的根源。抗生素就不用说了,它们会不加选择的杀死致病菌和有益菌。其它很多药物,比如抑酸药、非甾体类抗炎药和激素类药物等等,也会通过杀死有益细菌、改变肠道pH值,从而促进一些有害细菌的过度生长,严重破坏我们的肠道菌群,导致菌群失调,或着破坏肠道黏膜屏障,导致细菌进入它们本不该进入的地方,引发感染和炎症。胃肠道感染本身也会破坏肠道菌群。

C. 压力不仅对我们有害,也对我们的肠道细菌有害。压力会影响胃中黏液的分泌量,从而改变肠道细菌的组成、多样性和数量。压力也会导致潜在有害细菌的数量增加,这也会增加我们对于感染的易感性。这也是为什么当我们疲惫不堪、压力山大时,我们更容易生病的原因。

 

人体肠道菌群十问十答

6、肠道菌群的共生理论是什么?

肠道菌群是一个复杂而动态的微生态系统,共生理论为我们了解肠道菌群与健康和疾病之间的动态相互作用提供了新的认识。共生是指两种不同生物之间所形成的紧密互利关系。动物、植物、微生物以及三者中任意两者之间都存在“共生”。在共生关系中,一方为另一方提供有利于生存的帮助,同时也获得对方的帮助。两种生物共同生活在一起,相互依赖,彼此有利。肠道菌群与宿主之间是互惠共生的关系,肠道内不同种类的微生物之间也存在共生的关系。任何破坏肠道菌群与宿主之间以及肠道细菌物种之间的共生关系的行为都可能破坏人体身心健康,造成疾病的发生。正常的人体肠道中既有有益菌,也有有害菌,它们都是我们的共生菌。有益菌和有害菌必须找到共生共存的方式,才能最终进化,当有益菌和有害菌和谐共生时,有益菌就不会让有害菌大量繁殖,有害菌也不会对我们造成伤害。但是,由于饮食、药物等因素导致肠道环境发生变化时,这种共生关系就可能被破坏,有害菌也可能压倒有益菌而占据主要地位,从而引发感染,导致疾病的发生。比如,艰难梭菌感染就是由于抗生素的使用杀死了肠道中的有益菌,从而导致艰难梭菌失去控制而大量繁殖。所以,很多时候我们生病可能并不是因为感染了某些新的细菌,而是肠道中本身存在的某些细菌失去控制而大量繁殖所导致的。

当肠道共生菌在肠道的定植位置和生态位发生变化时,即使是有益菌也可能对宿主造成伤害。例如,导致腹泻和尿路感染的大肠杆菌与正常肠道共生的大肠杆菌就不在同一个生态位。肠道菌群的共生理论让我们对细菌有了新的理解,细菌不是让我们生病的坏人,而是我们不可或缺的朋友。肠道菌群失调就是肠道保护性细菌和致病性细菌之间的平衡被破坏,这也是现代社会许多疾病越来越高发的根源。当我们感染或生病时,我们不应该使用药物试图去杀死那些有害的细菌,而是应该通过大量引入有益微生物,来抑制有害微生物的大量繁殖,重建有益菌与有害菌之间的共生平衡。

7、哪些因素创造并维持健康的肠道菌群?

要创造一个健康的生物群落有许多因素。生物群落的状态不是静态的,生物群落的行为对于外部环境(例如,饮食或药物)或内部环境(例如,年龄)的变化具有一定的弹性。

 

人体肠道菌群十问十答

A. 获得

一直以来,新生儿的胃肠道被认为是无菌的,但最近有研究发现婴儿胎粪中存在少量细菌,所以肠道菌群最初的获得可能发生在子宫。第一次大规模的肠道菌群获得发生在分娩期间,顺产的婴儿在通过母亲产道时会获得大量来自母亲阴道的微生物,这也是我们肠道菌群获得的第一个主要决定因素。而剖腹产的婴儿获得的主要是来自母亲皮肤上的微生物。母婴菌群的转移与婴儿的免疫和健康息息相关。剖腹产的婴儿在儿童时期发生过敏性鼻炎、哮喘和1型糖尿病等的风险更大。

初乳的免疫益处是众所周知的,初乳中也含有大量的有益微生物,这也是新生儿获得有益微生物的另一个重要来源,可以在新生儿肠道中播下大量有益微生物的“种子”。随后,我们不断地从环境中获得大量微生物,到大约2-3岁时我们的肠道菌群逐渐发育完善。肠道菌群在青春期继续发育,然后在30岁到70岁之间稳定下来。随着年龄的进一步增长,肠道菌群的多样性减少,稳定性降低。

B. 多样性

肠道菌群多样性的变化既与微生物接触有关,也与我们的饮食息息相关。研究人员对意大利佛罗伦萨的儿童和非洲布基纳法索的农村儿童进行了比较,佛罗伦萨的儿童吃典型的高脂高糖的西式饮食,布基纳法索农村儿童则吃富含纤维的豆类和蔬菜。他们的肠道菌群在母乳喂养期间是相似的,但是一旦他们开始吃当地的食物,肠道菌群就会出现明显的差异。吃高脂高糖饮食的意大利儿童的肠道微生物多样性较低,而吃富含纤维饮食的非洲儿童肠道微生物多样性更高。同样,人们从发展中国家移民到发达国家的城市中心会导致肠道菌群生物多样性的丧失。在这些移民人群中,自身免疫性疾病、炎症性肠病、抑郁症和过敏性疾病的发生率也大大增加。这些流行病学研究数据让人们推测,肠道微生物物种丰富度和系统发育多样性的缺乏是由多种因素造成的,比如过度洁净的环境、低膳食纤维的饮食、反复接触抗生素等等。

长时间住在重症监护病房(ICU)会导致败血症,这是一个相对极端的肠道微生态崩溃的例子。在危重症期间,由于宿主的生理压力和抗生素治疗,正常的肠道菌群被严重破坏。研究人员比较了健康志愿者和住在ICU超过四周的病人的肠道菌群。ICU患者与健康志愿者相比,肠道菌群明显异常,肠道细菌多样性明显降低,而且多药耐药的病原菌显著增加,因而更容易感染败血症。

 

人体肠道菌群十问十答

C. 稳定性

肠道微生态系统的稳定性取决于饮食、肠道菌群和肠道上皮之间复杂的相互作用。除了获取能量以外,肠道菌群还具有维持肠道黏膜屏障完整性的功能。当肠道黏膜屏障完整性受到损害时,就会出现“肠漏”,那些被吃进肠道又没被消化完全的大分子、人体产生的废物、毒素等一些本不该进入血液循环的物质进入血液循环而流向全身,进而刺激免疫系统,引起身体各系统器官一系列症状和反应。

肠道上皮细胞处于不断的脱落和更新状态。肠道黏膜屏障既要保证对身体必需营养物质的正常吸收,也要阻止那些有害物质的进入,这需要肠道黏膜屏障保持完整性。肠道微生物可以代谢膳食纤维产生乙酸和丁酸等短链脂肪酸,来帮助促进肠道黏膜的完整性性。人类缺乏降解大量膳食纤维的酶,发酵膳食纤维产生短链脂肪酸必需要肠道菌群的参与。短链脂肪酸通过多种机制来维持肠道屏障功能的完整性,包括胃肠道上皮细胞提供营养物质、调节黏膜的凋亡和增殖以及抗炎症的作用。

此外,当饮食中缺乏膳食纤维而富含高脂高糖时,肠道菌群会发生显著的变化,产短链脂肪酸的细菌明显减少,革兰氏阴性细菌的相对比例增加,导致革兰氏阴性细菌来源的脂多糖(也叫内毒素)的水平增加。短链脂肪酸的产生减少以及内毒素水平的增加都会破坏肠道屏障完整性。

 

人体肠道菌群十问十答

8、肠道菌群研究给当前和未来的实践带来了什么变化?

A. 随着肠道菌群与疾病和健康相关的发现越来越多,疾病治疗的方法正在悄悄发生改变,各种以肠道菌群为靶点的治疗方法开始尝试和正在试验中。粪菌移植是将健康个体粪便中的功能细菌移植到患者胃肠道内重建新的肠道菌群,以实现肠道及肠道外疾病的治疗的过程。难辨梭菌是引起医院内细菌感染的主要元凶,长时间使用抗生素或重症监护病房的患者身上尤为常见。不合理使用抗生素是引发其感染的关键因素。艰难梭菌是人类肠道正常的菌群成员,不规范使用抗生素时,可导致肠道菌群失调,耐药的艰难梭菌大量生长繁殖,导致抗生素相关性腹泻和伪膜性肠炎等疾病。更具讽刺意义的是,现在艰难梭菌感染的治疗主要还是使用抗生素,现在艰难梭菌已经几乎对所有抗生素产生了耐药性。充分的证据表明,粪菌移植是治疗艰难梭菌感染的一种有效方法,治愈率可高达90%。

B. 过量使用多剂量广谱抗生素会导致肠道长期被耐药性的细菌所取代。在许多国家,动物养殖中使用抗生素的目的之一是预防疾病,而另一个主要的用途是“喂养”,吃抗生素的动物长得更快。现在,我们大多数都过度使用抗生素,40%的成年人和70%的儿童每年都要服用一个或多个疗程的抗生素,并随着牲畜中抗生素的过量使用而累积。抗生素的过度使用导致全球抗生素耐药性增加,肥胖和过敏等疾病的发生率飙升也被认为与抗生素的过度使用有关。因此,如无必要,不要使用抗生素。

C. 从营养学的角度来看,如何通过饮食促进健康的肠道菌群仍处于起步阶段。益生菌和益生元通常被用于调节肠道菌群。益生菌是摄入足够数量,能够对宿主健康产生有益影响的活性微生物;益生元是通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的细菌的生长与活性而对宿主产生有益影响从而改善宿主健康的不可被消化的膳食成分。益生菌和益生元补充剂作为一种改善肠道菌群健康的手段,在治疗许多疾病方面也表现出巨大的潜力。

 

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9、肠道菌群研究给我们带来了哪些启示?

A. 目前的研究将很多疾病与肠道菌群失调建立起了联系,虽然大多数还只是表明肠道菌群失调与疾病之间的相关性,并不清楚两者之间的因果关系,但是越来越多的研究通过将疾病人群的粪便细菌移植到无菌小鼠体内发现,可以导致小鼠出现对应的疾病表型,表明肠道菌群失调在许多疾病的发生中发挥重要作用,包括肥胖、抑郁症、自闭症、帕金森病、精神分裂症以及某些肿瘤等等。因此,肠道菌群失调很可能是导致我们现在很多疾病发生的重要原因之一,肠道菌群可能是治疗许多疾病的关键靶点。

B. 肠道菌群与宿主互惠共生,肠道中的有益菌和有害菌也是互惠共生关系,任何破坏这种关系的行为都可能对我们的健康造成负面影响。肠道菌群的共生理论告诉我们细菌不是让我们生病的坏人,而是我们不可或缺的朋友。肠道菌群失调,也就是肠道保护性细菌和致病性细菌之间的平衡被破坏,才是现代社会许多疾病越来越高发的根源。因此,当我们感染或生病时,我们不应该使用药物试图去杀死那些有害的细菌,而是应该通过大量引入有益微生物,来抑制有害微生物的大量繁殖,重建有益菌与有害菌之间的共生平衡。

C. 饮食模式会改变肠道菌群的生态和功能,导致宿主的生理后果。所以,健康饮食不仅需要考虑脂肪、碳水化合物、蛋白质等营养元素的均衡,更应该考虑其对肠道菌群的平衡作用,考虑其维持肠道黏膜屏障完整性和减少全身炎症的营养特性。

 

人体肠道菌群十问十答

D. 我们可以把我们的肠道微生物群落比喻成一个“花园”,维持健康的肠道菌群就如同“种植一个小花园”,我们需要土壤、肥料和种子。那么在我们的肠道微生态系统中,肠道就是“土壤”,益生元就是“肥料”,益生菌就是“种子”。多吃富含益生元的食物,适当补充益生菌能够帮助我们维持肠道菌群的健康。

E. 从饮食的角度来看,健康的肠道菌群所需的营养应该是那些能够促进有益菌生长的物质。基本的建议是:

  • 每天多吃蔬菜和水果
  • 在饮食中加入更多的豆类,比如鹰嘴豆、扁豆和黄豆等
  • 选择加工较少的粗粮,少吃精制的米面
  • 适当补充益生菌
  • 适当补充益生元或多吃富含益生元的食物,比如洋葱、韭菜、芦笋,豆类等
  • 限制高度加工的食品和方便的零食,因为这些食品会促进有害细菌的生长

F. 在过去的几十年里,抗生素的广泛使用在降低世界范围内与传染病有关的死亡率以及控制致病菌方面发挥了重要作用,并且毫无疑问地提高了我们的生活水平。然而,抗生素耐药性的增加所带来的严重后果以及新发现抗生素的比率下降,引起了全世界的关注,以遏制抗生素的滥用。我们需要重视抗生素的无歧视性使用所导致的抗生素耐药性问题以及对肠道菌群的破坏作用。我们应该做好科普宣传,帮助老百姓了解抗生素使用的短期和长期的健康后果,告诉大家不加区别地使用抗生素不仅会导致肠道菌群的短期破坏,还可能导致长期的健康后果。

 

人体肠道菌群十问十答

10、未来的疾病治疗方案有何考虑?

鉴于肠道菌群在健康与疾病中的重要作用,未来的疾病治疗方案应该考虑有助于维持一个健康的肠道菌群。通过饮食干预、益生菌、益生元以及粪菌移植调节肠道菌群和维持肠道菌群健康应该予以考虑作为预防和治疗许多疾病的主要或辅助手段。


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