人體攜帶有遠遠超乎人體細胞數量的微生物，包括細菌、真菌、酵母和病毒等，廣泛分佈在人體表面的皮膚、口腔、消化道、呼吸道和生殖道等部位以及人體臟器內部和血液神經等系統中，其編碼的基因在數量上也遠遠超乎人類自身編碼的基因，僅僅在腸道中就有近千種微生物寄宿或通過。人類與這些微生物通過彼此間協同進化形成互惠互利的共生複合體，腸道為微生物提供最佳的生存環境，包括天然的厭氧條件，豐富的營養物質，以及適宜的溫度和pH 等，形成世界上生物種群密度以及遺傳多樣性單位面積最大的場所。同時這些微生物及其代謝產物也直接或間接的影響到人體的營養物質加工、消化吸收、能量平衡、免疫功能、胃腸道發育和成熟及其他多種重要的生理活動。雙方的互惠互利能夠維持人類腸道微生態系統的穩定和動態平衡。
一個健康的微生物群落的狀態是功能的多樣性和組成的平衡。然而在當今社會，日益惡化的環境中，除抗生素以及各種藥物的濫用外，食物防腐劑、食品保鮮劑、食品色素等都嚴重破壞著人類與微生物共生的動態平衡。同時人們飲食的不規律、偏食、過多食用帶有殺蟲劑的蔬果，以及工作生活壓力導致的緊張焦慮等都會破壞腸道微生物的平衡，最終導致各種各樣的生理和心理疾患的發生。
1、什麼是人體腸道菌群？
人體腸道菌群是存在於我們的胃腸道中的一個十分多樣而複雜的微生物群落，被稱為一個被遺忘的代謝“器官”。據估計，在我們的整個胃腸道中有100萬億個微生物，代表了近千種不同的物種，它們的數量比人類自身細胞的數量還要多。人體腸道菌群由古細菌、細菌、真菌、病毒等組成，是地球上最複雜的生態系統之一。
2、腸道菌群如何以及為什麼會成為人們關注的焦點?
絕大多數的腸道微生物生活在結腸。傳統的研究腸道菌群的方法通常建立在體外共培養技術之上，通過對微生物的選擇性培養，再進行鑑定和分類，該方法智能定量檢測體外可培養的微生物，然而大多數厭氧的腸道微生物在目前的培養技術下難以進行體外培養，因此我們對腸道菌群的瞭解一直很有限，往往低估正常菌群的數量和多樣性。近年來，隨著科學技術的發展，大量分子生物學技術在該領域裡迅速地滲透和廣泛運用，逐漸突破了傳統技術和方法的侷限性，使我們對腸道菌群有了更深入的理解和完整的評價，腸道菌群在人類疾病和健康中的作用也成為了人們關注的焦點。
上個世紀，人類基因組計劃曾經預言人類將有10萬個以上的基因被解析，屆時所有的疾病與健康的原因將一目瞭然。然而，人類基因組詳細圖譜構建完成之後，僅僅發現了大約2萬個基因，科學家們仍然無法完全解釋癌症、糖尿病以及很多人類生理現象。人體的生理代謝和生長髮育不僅僅受自身基因控制，有許多現象，比如對疾病的易感性、藥物反應等，無法全部用人體基因的差異來解釋。隨著對腸道菌群更深入的瞭解，腸道菌群在調節人體生理代謝和生長髮育中的作用也日益凸顯，這些微生物的基因組所編碼的基因作為人體自身基因組的補充也發揮著非常重要的作用。據估計，腸道微生物所編碼的基因有大約300萬個，是人類自身基因組的約150倍，被稱為人類“第二基因組”。研究人類腸道菌群與人類健康的關係，對於闡明人類生長髮育、生老病死的機理具有十分重要的意義，有助於更好地破解人類疾病的發生發展機制，並將對疾病的預防和治療起重要作用。因此，腸道菌群如何在健康和疾病中發揮作用以及如何維持健康的腸道菌群也就成為了研究關注的重點。
3、腸道菌群有什麼功能？
健康的腸道菌群表現為高多樣性以及具有在生理壓力下抵抗變化的能力。對腸道菌群作為健康和疾病不可或缺的一部分的理解來自於對腸道菌群所具有的多種代謝和生理功能的認識。這些包括：通過營養提取和發酵難消化的食物成分來獲取能量，合成關鍵物質比如維生素B12和K，神經遞質比如5-羥色胺，維持腸道屏障，免疫功能比如防止感染，系統免疫和自身免疫性疾病的保護。
腸道微生物能夠幫助我們消化食物、保持腸壁的完整性、趕走有害細菌以及訓練我們的免疫系統區分朋友和敵人。它們還能將糖轉化為給腸道細胞提供能量的短鏈脂肪酸，還能合成許多我們自己無法合成的酶、維生素和激素。如果沒有這些基本的腸道微生物，食物就不能被正確地分解，其食物組分也不能被完全吸收，這也就意味著即使你吃的是超級健康的食物，如果沒有足夠健康的腸道細菌，你可能也無法吸收食物中的所有維生素和營養物質。腸道細菌還能幫助身體吸收鈣和鐵等營養物質，保持pH平衡，代謝藥物，調節基因，清除致癌物質等等。腸道細菌還可以合成某些重要的神經遞質，比如5-羥色胺和多巴胺，因此在調節大腦功能和行為方面也發揮重要作用。
4、什麼是腸道菌群失調？
健康的腸道菌群按照一定的比例組合，各菌間互相制約，互相依存，在質和量上形成一種生態平衡，表現為物種多樣性高和有益微生物佔優勢。相比之下，疾病狀態下的腸道菌群表現為物種多樣性較低、有益微生物減少以及有害微生物增多，這就是腸道菌群失調，也就是腸道菌群平衡被破壞，數量和質量的變化導致致病性和有害的微生物在腸道內的異常增加或定植。一旦機體內外環境發生變化，特別是長期應用廣譜抗生素，一些敏感的腸道細菌被抑制，未被抑制的細菌則趁機大量繁殖，從而引起菌群失調。腸道菌群失調對健康和多種慢性疾病狀態具有重大影響，腸道菌群失調被認為是許多疾病發生的原因，同時疾病狀態也可以影響腸道菌群的組成。
5、什麼因素導致腸道菌群失調？
腸道菌群的動態變化可以歸因於許多因素，比如飲食、日常用藥、生活和工作壓力等等都可以影響我們的腸道菌群：
A. 如果給食物一個簡單的定義，那就是能夠滋養我們的東西，這意味它也應該滋養我們的腸道細菌。腸道細菌除了需要生存所需的基本營養物質以外，還需要保護自己不受食物中的毒素和化學物質的侵害，不受錯誤類型的食物的侵害。高脂高糖的西式飲食會促進腸道中錯誤類型的細菌的生長，膳食纖維攝入不足也會減少腸道中有益細菌的數量。大多數高度加工和超級加工食品都含有食品添加劑，人工甜味劑和食品乳化劑等都被證明可以導致腸道菌群失調。
B. 藥物有時確實能解決我們的一些困擾，但是當談到菌群失調時，它們往往就是問題的根源。抗生素就不用說了，它們會不加選擇的殺死致病菌和有益菌。其它很多藥物，比如抑酸藥、非甾體類抗炎藥和激素類藥物等等，也會通過殺死有益細菌、改變腸道pH值，從而促進一些有害細菌的過度生長，嚴重破壞我們的腸道菌群，導致菌群失調，或著破壞腸道黏膜屏障，導致細菌進入它們本不該進入的地方，引發感染和炎症。胃腸道感染本身也會破壞腸道菌群。
C. 壓力不僅對我們有害，也對我們的腸道細菌有害。壓力會影響胃中黏液的分泌量，從而改變腸道細菌的組成、多樣性和數量。壓力也會導致潛在有害細菌的數量增加，這也會增加我們對於感染的易感性。這也是為什麼當我們疲憊不堪、壓力山大時，我們更容易生病的原因。
6、腸道菌群的共生理論是什麼？
腸道菌群是一個複雜而動態的微生態系統，共生理論為我們瞭解腸道菌群與健康和疾病之間的動態相互作用提供了新的認識。共生是指兩種不同生物之間所形成的緊密互利關係。動物、植物、微生物以及三者中任意兩者之間都存在“共生”。在共生關係中，一方為另一方提供有利於生存的幫助，同時也獲得對方的幫助。兩種生物共同生活在一起，相互依賴，彼此有利。腸道菌群與宿主之間是互惠共生的關係，腸道內不同種類的微生物之間也存在共生的關係。任何破壞腸道菌群與宿主之間以及腸道細菌物種之間的共生關係的行為都可能破壞人體身心健康，造成疾病的發生。正常的人體腸道中既有有益菌，也有有害菌，它們都是我們的共生菌。有益菌和有害菌必須找到共生共存的方式，才能最終進化，當有益菌和有害菌和諧共生時，有益菌就不會讓有害菌大量繁殖，有害菌也不會對我們造成傷害。但是，由於飲食、藥物等因素導致腸道環境發生變化時，這種共生關係就可能被破壞，有害菌也可能壓倒有益菌而佔據主要地位，從而引發感染，導致疾病的發生。比如，艱難梭菌感染就是由於抗生素的使用殺死了腸道中的有益菌，從而導致艱難梭菌失去控制而大量繁殖。所以，很多時候我們生病可能並不是因為感染了某些新的細菌，而是腸道中本身存在的某些細菌失去控制而大量繁殖所導致的。
當腸道共生菌在腸道的定植位置和生態位發生變化時，即使是有益菌也可能對宿主造成傷害。例如，導致腹瀉和尿路感染的大腸桿菌與正常腸道共生的大腸桿菌就不在同一個生態位。腸道菌群的共生理論讓我們對細菌有了新的理解，細菌不是讓我們生病的壞人，而是我們不可或缺的朋友。腸道菌群失調就是腸道保護性細菌和致病性細菌之間的平衡被破壞，這也是現代社會許多疾病越來越高發的根源。當我們感染或生病時，我們不應該使用藥物試圖去殺死那些有害的細菌，而是應該通過大量引入有益微生物，來抑制有害微生物的大量繁殖，重建有益菌與有害菌之間的共生平衡。
7、哪些因素創造並維持健康的腸道菌群？
要創造一個健康的生物群落有許多因素。生物群落的狀態不是靜態的，生物群落的行為對於外部環境（例如，飲食或藥物）或內部環境（例如，年齡）的變化具有一定的彈性。
A. 獲得
一直以來，新生兒的胃腸道被認為是無菌的，但最近有研究發現嬰兒胎糞中存在少量細菌，所以腸道菌群最初的獲得可能發生在子宮。第一次大規模的腸道菌群獲得發生在分娩期間，順產的嬰兒在通過母親產道時會獲得大量來自母親陰道的微生物，這也是我們腸道菌群獲得的第一個主要決定因素。而剖腹產的嬰兒獲得的主要是來自母親皮膚上的微生物。母嬰菌群的轉移與嬰兒的免疫和健康息息相關。剖腹產的嬰兒在兒童時期發生過敏性鼻炎、哮喘和1型糖尿病等的風險更大。
初乳的免疫益處是眾所周知的，初乳中也含有大量的有益微生物，這也是新生兒獲得有益微生物的另一個重要來源，可以在新生兒腸道中播下大量有益微生物的“種子”。隨後，我們不斷地從環境中獲得大量微生物，到大約2-3歲時我們的腸道菌群逐漸發育完善。腸道菌群在青春期繼續發育，然後在30歲到70歲之間穩定下來。隨著年齡的進一步增長，腸道菌群的多樣性減少，穩定性降低。
B. 多樣性
腸道菌群多樣性的變化既與微生物接觸有關，也與我們的飲食息息相關。研究人員對意大利佛羅倫薩的兒童和非洲布基納法索的農村兒童進行了比較，佛羅倫薩的兒童吃典型的高脂高糖的西式飲食，布基納法索農村兒童則吃富含纖維的豆類和蔬菜。他們的腸道菌群在母乳餵養期間是相似的，但是一旦他們開始吃當地的食物，腸道菌群就會出現明顯的差異。吃高脂高糖飲食的意大利兒童的腸道微生物多樣性較低，而吃富含纖維飲食的非洲兒童腸道微生物多樣性更高。同樣，人們從發展中國家移民到發達國家的城市中心會導致腸道菌群生物多樣性的喪失。在這些移民人群中，自身免疫性疾病、炎症性腸病、抑鬱症和過敏性疾病的發生率也大大增加。這些流行病學研究數據讓人們推測，腸道微生物物種豐富度和系統發育多樣性的缺乏是由多種因素造成的，比如過度潔淨的環境、低膳食纖維的飲食、反覆接觸抗生素等等。
長時間住在重症監護病房（ICU）會導致敗血症，這是一個相對極端的腸道微生態崩潰的例子。在危重症期間，由於宿主的生理壓力和抗生素治療，正常的腸道菌群被嚴重破壞。研究人員比較了健康志願者和住在ICU超過四周的病人的腸道菌群。ICU患者與健康志願者相比，腸道菌群明顯異常，腸道細菌多樣性明顯降低，而且多藥耐藥的病原菌顯著增加，因而更容易感染敗血症。
C. 穩定性
腸道微生態系統的穩定性取決於飲食、腸道菌群和腸道上皮之間複雜的相互作用。除了獲取能量以外，腸道菌群還具有維持腸道黏膜屏障完整性的功能。當腸道黏膜屏障完整性受到損害時，就會出現“腸漏”，那些被吃進腸道又沒被消化完全的大分子、人體產生的廢物、毒素等一些本不該進入血液循環的物質進入血液循環而流向全身，進而刺激免疫系統，引起身體各系統器官一系列症狀和反應。
腸道上皮細胞處於不斷的脫落和更新狀態。腸道黏膜屏障既要保證對身體必需營養物質的正常吸收，也要阻止那些有害物質的進入，這需要腸道黏膜屏障保持完整性。腸道微生物可以代謝膳食纖維產生乙酸和丁酸等短鏈脂肪酸，來幫助促進腸道黏膜的完整性性。人類缺乏降解大量膳食纖維的酶，發酵膳食纖維產生短鏈脂肪酸必需要腸道菌群的參與。短鏈脂肪酸通過多種機制來維持腸道屏障功能的完整性，包括胃腸道上皮細胞提供營養物質、調節黏膜的凋亡和增殖以及抗炎症的作用。
此外，當飲食中缺乏膳食纖維而富含高脂高糖時，腸道菌群會發生顯著的變化，產短鏈脂肪酸的細菌明顯減少，革蘭氏陰性細菌的相對比例增加，導致革蘭氏陰性細菌來源的脂多糖（也叫內毒素）的水平增加。短鏈脂肪酸的產生減少以及內毒素水平的增加都會破壞腸道屏障完整性。
8、腸道菌群研究給當前和未來的實踐帶來了什麼變化？
A. 隨著腸道菌群與疾病和健康相關的發現越來越多，疾病治療的方法正在悄悄發生改變，各種以腸道菌群為靶點的治療方法開始嘗試和正在試驗中。糞菌移植是將健康個體糞便中的功能細菌移植到患者胃腸道內重建新的腸道菌群，以實現腸道及腸道外疾病的治療的過程。難辨梭菌是引起醫院內細菌感染的主要元兇，長時間使用抗生素或重症監護病房的患者身上尤為常見。不合理使用抗生素是引發其感染的關鍵因素。艱難梭菌是人類腸道正常的菌群成員，不規範使用抗生素時，可導致腸道菌群失調，耐藥的艱難梭菌大量生長繁殖，導致抗生素相關性腹瀉和偽膜性腸炎等疾病。更具諷刺意義的是，現在艱難梭菌感染的治療主要還是使用抗生素，現在艱難梭菌已經幾乎對所有抗生素產生了耐藥性。充分的證據表明，糞菌移植是治療艱難梭菌感染的一種有效方法，治癒率可高達90%。
B. 過量使用多劑量廣譜抗生素會導致腸道長期被耐藥性的細菌所取代。在許多國家，動物養殖中使用抗生素的目的之一是預防疾病，而另一個主要的用途是“餵養”，吃抗生素的動物長得更快。現在，我們大多數都過度使用抗生素，40%的成年人和70%的兒童每年都要服用一個或多個療程的抗生素，並隨著牲畜中抗生素的過量使用而累積。抗生素的過度使用導致全球抗生素耐藥性增加，肥胖和過敏等疾病的發生率飆升也被認為與抗生素的過度使用有關。因此，如無必要，不要使用抗生素。
C. 從營養學的角度來看，如何通過飲食促進健康的腸道菌群仍處於起步階段。益生菌和益生元通常被用於調節腸道菌群。益生菌是攝入足夠數量，能夠對宿主健康產生有益影響的活性微生物；益生元是通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對宿主產生有益影響從而改善宿主健康的不可被消化的膳食成分。益生菌和益生元補充劑作為一種改善腸道菌群健康的手段，在治療許多疾病方面也表現出巨大的潛力。
9、腸道菌群研究給我們帶來了哪些啟示？
A. 目前的研究將很多疾病與腸道菌群失調建立起了聯繫，雖然大多數還只是表明腸道菌群失調與疾病之間的相關性，並不清楚兩者之間的因果關係，但是越來越多的研究通過將疾病人群的糞便細菌移植到無菌小鼠體內發現，可以導致小鼠出現對應的疾病表型，表明腸道菌群失調在許多疾病的發生中發揮重要作用，包括肥胖、抑鬱症、自閉症、帕金森病、精神分裂症以及某些腫瘤等等。因此，腸道菌群失調很可能是導致我們現在很多疾病發生的重要原因之一，腸道菌群可能是治療許多疾病的關鍵靶點。
B. 腸道菌群與宿主互惠共生，腸道中的有益菌和有害菌也是互惠共生關係，任何破壞這種關係的行為都可能對我們的健康造成負面影響。腸道菌群的共生理論告訴我們細菌不是讓我們生病的壞人，而是我們不可或缺的朋友。腸道菌群失調，也就是腸道保護性細菌和致病性細菌之間的平衡被破壞，才是現代社會許多疾病越來越高發的根源。因此，當我們感染或生病時，我們不應該使用藥物試圖去殺死那些有害的細菌，而是應該通過大量引入有益微生物，來抑制有害微生物的大量繁殖，重建有益菌與有害菌之間的共生平衡。
C. 飲食模式會改變腸道菌群的生態和功能，導致宿主的生理後果。所以，健康飲食不僅需要考慮脂肪、碳水化合物、蛋白質等營養元素的均衡，更應該考慮其對腸道菌群的平衡作用，考慮其維持腸道黏膜屏障完整性和減少全身炎症的營養特性。
D . 我們可以把我們的腸道微生物群落比喻成一個“花園”，維持健康的腸道菌群就如同“種植一個小花園”，我們需要土壤、肥料和種子。那麼在我們的腸道微生態系統中，腸道就是“土壤”，益生元就是“肥料”，益生菌就是“種子”。多吃富含益生元的食物，適當補充益生菌能夠幫助我們維持腸道菌群的健康。
E. 從飲食的角度來看，健康的腸道菌群所需的營養應該是那些能夠促進有益菌生長的物質。基本的建議是:
- 每天多吃蔬菜和水果
- 在飲食中加入更多的豆類，比如鷹嘴豆、扁豆和黃豆等
- 選擇加工較少的粗糧，少吃精製的米麵
- 適當補充益生菌
- 適當補充益生元或多吃富含益生元的食物，比如洋蔥、韭菜、蘆筍，豆類等
- 限制高度加工的食品和方便的零食，因為這些食品會促進有害細菌的生長
F. 在過去的幾十年裡，抗生素的廣泛使用在降低世界範圍內與傳染病有關的死亡率以及控制致病菌方面發揮了重要作用，並且毫無疑問地提高了我們的生活水平。然而，抗生素耐藥性的增加所帶來的嚴重後果以及新發現抗生素的比率下降，引起了全世界的關注，以遏制抗生素的濫用。我們需要重視抗生素的無歧視性使用所導致的抗生素耐藥性問題以及對腸道菌群的破壞作用。我們應該做好科普宣傳，幫助老百姓瞭解抗生素使用的短期和長期的健康後果，告訴大家不加區別地使用抗生素不僅會導致腸道菌群的短期破壞，還可能導致長期的健康後果。
鑑於腸道菌群在健康與疾病中的重要作用，未來的疾病治療方案應該考慮有助於維持一個健康的腸道菌群。通過飲食干預、益生菌、益生元以及糞菌移植調節腸道菌群和維持腸道菌群健康應該予以考慮作為預防和治療許多疾病的主要或輔助手段。
圖片均來自網絡
閱讀更多 菌情觀察室 的文章
