和我们共生的肠道微生物

我们人类的进化史是一个漫长的，不断进步的过程。这种复杂的生物进化早就了我们目前的生活方式。所有的科学数据基本上都是基于这样一个事实，即我们的环境在我们进化的方式中扮演了重要的角色。我们从产生开始一直生活在两个环境因素之中，一个是我们体外生活的环境，可以叫做宏生态环境，另一个是我们体内各个腔道的环境，可以叫做微生态环境。肠道是我们身体最大的和最重要的微生态环境。比较基因组学揭示，在数百万年的规模上，人体肠道微生物群的组成以微生物与其人类之间的关系是通过自然选择、持续的遗传变异长期共同进化的结果。

    地球上的微生物生活在任何环境，也包括我们体表和体内的微环境中。在我们身上各个部位都定居着大量的微生物。在过去的十几年里，医学和微生物研究产生了巨大革命。通过研究我们身上微生物的基因发现，所有生活在我们身上或体内的微生物的基因总数是人类基因的100倍。他们把这些微生物所有的基因，作为一个群体，称为我们的微生物群。科学研究对肠道微生物群如何对人类健康和疾病作出贡献的理解的进展，扩大了我们对微生物组成和功能如何影响人类宿主的认识。当肠道微生物处于平衡状态时，帮助我们维持健康。当肠道微生物失衡时，会导致亚健康甚至产生疾病。

定居在我们身体的微生物是自从人类出现以来和我们一起进化的结果。这些和我们人类建立了复杂的宿主微生物关系共生关系。作为人类，我们为他们提供“食宿”，然而，反过来，他们赋予我们许多生物功能，特别是很多我们无法通过自己的新陈代谢来完成的功能。这种共生关系会影响我们的健康。肠道微生物在这种共生关系中起非常重要的作用。肠道微生物群在控制全身代谢稳态和器官生理学方面发挥着重要作用。微生物菌株影响宿主整体病理生理学的能力也是肠道细菌和宿主之间长期复杂协同进化的结果。肠道中最多的微生物是细菌，另外还有真菌、病毒等。肠道不同位置生活着的微生物是不一样的。

近年来的研究越来越清楚的揭示，如果不考虑人类微生物群，人类进化的研究是不完整的。除了我们自己的体细胞外，我们身体上居住的成千上万种数量达几万亿不同的微生物，这些微生物的基因直接与我们的生理系统相互作用，从而实现重要的功能。随

任何基因的功能都是制造特定的蛋白质。我们微生物组产生的许多蛋白质与我们自己基因产生的蛋白质相似。这些微生物群产生的蛋白质进入我们的血液，在我们的身体周围传播，影响我们的健康。可以想象生活在我们肠道中的细菌，或其他微生物，会影响我们身体的其他器官，包括心脏，变得非常可信。着人们对这些作用认识的不断提高，人们已经从单纯从致病性的角度来看待与人类相关的微生物转变为认为它们是人类生物学的重要成员和人类完整生物的关键组成部分。

每个人的肠道都有极其丰富的微生物生态系统。了解它的多样性、稳定性和弹性以及这些因素如何影响健康是一个非常重要的问题。肠道微生物很容易受到外界的干扰发生变化。即使在数周内，诸如营养变化或外部干扰等生态过程都会改变了人类肠道中的微生物物种的组成。抗生素的治疗也被证明会导致微生物群落物种多样性的减少。

大量研究表明，微生物群的代谢功能是实质性的，在数量上与肝脏相当。例如，微生物群可以影响视网膜和眼睛晶状体的脂肪酸组成，影响骨密度，帮助肠子血管形成。大肠的微生物提供短链脂肪酸和维生素K等必需营养素。大肠细菌消化复杂的膳食纤维生成的丁酸是肠子上皮细胞所需要的主要物质来源。

肠道微生物产生影响大脑的其他化学物质。生活在肠道中的数以万亿计的微生物也会产生影响大脑工作方式的化学物质。肠道微生物群能够通过其细胞成分或分泌生物活性化合物，通过免疫、神经和体液途径干扰肠-脑轴。几种神经活性分子（例如儿茶酚胺、组胺、血清素和微量胺），神经传递介质回路、受体和信号等。

由90%以上的微生物细胞和1000万个微生物基因组成的微生物与人体的共生进化导致了这种集体被称为“超有机体”。人体中微生物定植最多的区域是肠道，而肠道中微生物最多的地方是大肠。微生物里最多的是细菌，不仅数量多，种类也多，根据目前的研究，我们肠子里有大约400至1,000种不同的细菌。小肠细菌比较少，每克小肠液里有10-1,000个细菌。大肠细菌最多，每克大肠液里有10的11至12次方个细菌不等。尽管微生物组的功能意义尚未完全确定，但很明显，宿主和微生物之间存在着相互关联的共生关系。

肠道微生物群通过间接机制控制下丘脑-垂体-肾上腺轴。对在无菌环境中饲养的动物的研究清楚地表明了这一点，这些动物对心理应激反应过度，在某些细菌（包括婴儿双歧杆菌）单菌落化后，心理应激反应恢复正常。推测肠道微生物群的治疗靶向性可能有助于治疗应激相关疾病和代谢性疾病。人们越来越认识到，肠道微生物组可能影响神经精神疾病的核心症状，它可能是一个新的治疗选择易处理的目标。

微生物群有能力产生各种各样的化合物，这些化合物在调节包括大脑在内的远端器官的活动中起着重要作用。随着越来越多的证据表明参与葡萄糖和体重的调节，微生物群在调节代谢活动中的影响已被认识。增加糖尿病和肥胖风险的微生物特征已经被提出。同样，微生物群在HPA轴调节中的作用以及通过色氨酸可用性调节的5-羟色胺能系统也已确立。与其他内分泌器官不同的是，微生物群具有强烈的可塑性，能够对饮食做出显著而迅速的反应。随着对参与内分泌调节的关键微生物基因的进一步了解，有可能使用益生菌或其他调节手段来治疗或预防代谢综合征和应激相关疾病。

结肠中居住着大量的微生物，即所谓的“肠道微生物群”，它们能够发酵碳水化合物和蛋白质，在消化过程中无法在小肠中被吸收。我们大肠道微生物产生大量短链脂肪酸，如丁酸盐、丙酸盐和醋酸盐。这种微生物群产生广泛的代谢物，包括短链脂肪酸。这些化合物在大肠中被吸收，被定义为1-6个碳挥发性脂肪酸，可以呈现直链或支链构象。它们的产生受食物摄入模式和饮食介导的肠道微生物群变化的影响。短链脂肪酸具有独特的生理作用：有助于肠道环境的形成，影响结肠的生理，可作为宿主细胞和肠道微生物群的能量来源，并参与不同的宿主信号转导机制。