人體微生物與健康.doc

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(yíng)養(yǎng)、合成維生素、參與代謝調(diào)節(jié)、調(diào)控免疫機(jī)能、甚至影響著我們的情緒和認(rèn)知行為。每個(gè)人都攜帶著具有其個(gè)體特征的微生物群體，對(duì)個(gè)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(wú)處不在，但長(zhǎng)久以來(lái)，它們總是作為致病源而引起人們的注意。實(shí)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(huì)使我們生病，反而對(duì)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(shuō)人體寄生著大量微生物，而更確切的說(shuō)法是，它們與我們共生。早在人類在地球上行走之前，動(dòng)物與微生物就建立起各種互利共生關(guān)系動(dòng)物體為微生物提供保護(hù)及營(yíng)養(yǎng)豐富的生存環(huán)境，作為回報(bào)，微生物則發(fā)揮其基因優(yōu)勢(shì)，幫助動(dòng)物分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、合成維生素等。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，向微生物“借基因”是動(dòng)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(gè)新近發(fā)現(xiàn)而尚待探索的“器官”，因?yàn)樗鼈儏⑴c著我們賴以生存的各項(xiàng)生理過(guò)程。比如，居住在大腸中的一些微生物能合成人類自身無(wú)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(duì)于微生物和人類來(lái)說(shuō)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(duì)微生物自身卻用處不大，這也可以看做是一個(gè)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(wú)法消化的營(yíng)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(jì)，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(méi)有它們，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就只能穿腸而過(guò)。腸道微生物還會(huì)分泌信號(hào)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(hào)分子不僅參與調(diào)節(jié)肝臟和肌肉細(xì)胞對(duì)能量的儲(chǔ)存和利用，還能影響人體對(duì)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(gè)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生蟻酸，蟻酸通過(guò)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(yíng)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(jī)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(zhǎng)時(shí)會(huì)分泌抑制其他微生物生長(zhǎng)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(guò)程中起著一定作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)菌環(huán)境中長(zhǎng)大的小鼠小腸周?chē)牧馨徒M織發(fā)育紊亂，沒(méi)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(huì)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(qiáng)我們體內(nèi)的抗體合成，同時(shí)能提高宿主免疫系統(tǒng)對(duì)自身微生物和自身細(xì)胞的識(shí)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(guò)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(gè)體，患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)也較低。腸道微生物還會(huì)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(zhǎng)和維持所需的重要成分，人類自身無(wú)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?chē)泻芏嗌窠?jīng)結(jié)，它們通過(guò)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(hào)分子（如5-羥色胺）可能通過(guò)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(rùn)我們的皮膚。另外，皮膚和粘膜表面的微生物代謝會(huì)調(diào)節(jié)體表局部的酸堿性。一個(gè)特別的例子是女性陰道中的乳酸菌，其代謝過(guò)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(wú)法生存。研究發(fā)現(xiàn)，艾滋病通過(guò)陰道傳播的最低病毒濃度比通過(guò)血液傳播的最低濃度高一萬(wàn)倍，這與我們陰道中居住的微生物不無(wú)關(guān)系。個(gè)體微生物的分布及變化從微生物的角度來(lái)看，我們每個(gè)人都是一個(gè)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(yíng)養(yǎng)源、酸堿度、富氧程度、生長(zhǎng)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(shí)，每個(gè)人所攜帶的微生物種類及其相對(duì)數(shù)量也是具有個(gè)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(gè)體基因差異的影響。但總的來(lái)說(shuō)，微生物種群在不同身體部位的差異性大于在不同個(gè)體間的差異性。生活在同一個(gè)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(guò)微生物譜來(lái)判斷個(gè)人及物品所屬的家庭，而這一技術(shù)很有可能在未來(lái)應(yīng)用于法醫(yī)鑒定。在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(huì)主動(dòng)生長(zhǎng)，家居物品的表面只是被動(dòng)地接受居住者帶來(lái)的微生物，也就是說(shuō)“是我們接種了屋子”。每個(gè)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(wú)菌的，但出生時(shí)就會(huì)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(méi)有區(qū)域化，微生物種類也較少，但出生后幾周，他們就會(huì)從環(huán)境中獲得各種微生物，不同身體部位的微生物也開(kāi)始出現(xiàn)差異化。從6個(gè)月到3歲，孩子身上的微生物種類會(huì)持續(xù)增加，3歲時(shí)，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(huì)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(gè)體差異性降低。總的來(lái)說(shuō)，人體微生物的種類在幼年時(shí)最為豐富，而隨著年齡的增加，微生物的豐富性降低。一些個(gè)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(shí)驗(yàn)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(huì)引起腸道菌群的結(jié)構(gòu)及其代謝活動(dòng)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(shuō)，高纖低糖低脂的飲食會(huì)促進(jìn)有益腸道菌群的生長(zhǎng)。個(gè)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(bào)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(kāi)了新的途徑。近期一個(gè)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(zhǎng)從食物中獲取能量，而且它們會(huì)分泌信號(hào)促使身體將能量?jī)?chǔ)存為脂肪。實(shí)驗(yàn)證明，從超重小鼠腸道中轉(zhuǎn)移微生物到瘦鼠體內(nèi)，會(huì)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(guò)度攝取，還可能是因?yàn)檫@樣的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)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(shí)驗(yàn)證據(jù)和臨床觀察提出了“腦-腸-皮膚理論”。他們?cè)谡撐闹刑岢觯钟艚箲]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(yàn)，我們知道便秘、口臭、腸胃不適的人比較容易有皮膚問(wèn)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(wèn)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(shí)就提出通過(guò)補(bǔ)充乳酸桿菌和魚(yú)肝油來(lái)改善由精神壓力所引發(fā)的腸道和皮膚問(wèn)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(bào)道了在53名精神病人的體內(nèi)檢測(cè)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(huì)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(huì)導(dǎo)致機(jī)體系統(tǒng)炎癥和氧化壓力增加，在一些痤瘡易感個(gè)體中，這些連鎖反應(yīng)會(huì)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(yíng)養(yǎng)不良、齲齒、糖尿病、胃腸潰瘍、抑郁癥、癌癥、哮喘、過(guò)敏以及一些自