肠道是维持我们健康的中枢器官

人类的胃肠道从口腔开始，通过胃、肠继续，最后在肛门结束，是一个复杂的系统，由微生物和宿主的细胞组成，比例接近1:1。肠上皮有多种细胞类型，包括肠上皮细胞、杯状细胞、免疫细胞、肠嗜铬细胞、平滑肌细胞、肠神经元和一种叫做Cajal间质细胞的肠运动起搏细胞。

肠道运动及其功能是神经和肌肉组织协调的结果。肌肉组织包含平滑肌细胞和Cajal间质细胞，它们通过缝隙连接相互连接。平滑肌细胞产生的动作电位与短距离的肌肉收缩有关，而长距离的肌肉收缩是由Cajal的间质细胞（也称为起搏细胞）引起的。

肠上皮包括三种类型的免疫感觉细胞，它们提供第一道防线。第一类免疫感觉细胞是肠上皮细胞，它感知病原体的存在并释放抗菌物质；负责激活先天性和适应性免疫系统。第二类细胞是M细胞，有助于抗原提呈；第三类细胞是肠道树突状细胞，它吞噬病原体并转移到肠系膜淋巴结。杯状细胞位于吸收性肠细胞层之间，在上皮细胞层上方产生粘液，上皮细胞层不含细菌，但含有丁酸等代谢物。上皮屏障的正常发育和维持至关重要，如果失衡可能导致功能障碍或各种炎症性疾病。

人类肠道拥有大量肠道微生物群，包括厚壁菌群和拟杆菌群（占所有肠道菌群的75%），这些菌群为肠上皮细胞提供了各种结构、代谢和保护益处。肠道微生物群与其宿主有着互惠互利的共生关系，在这种关系中，它产生各种代谢物，维持肠道内稳态，并有助于宿主的进化适应度。此外，它在消化过程中起着重要作用，还负责合作某些维生素合成，针对病原体的防护措施，提高脂肪储存效率，中枢神经系统调节，免疫系统发育和成熟，肠上皮分化和增殖和肠血管生成，对人类行为产生影响，从而使其成为“重要器官”。

在大多数情况，胎儿的胃肠道在出生前是无菌的，微生物在出生时就开始定植，并在从婴儿期到老年的整个生命过程中都会发生变化。阴道分娩后，婴儿的胃肠道会被母亲的微生物和环境迅速定植。依次是各种其他因素，包括遗传、分娩方式、喂养类型（母乳/奶瓶）、卫生习惯、抗生素的使用或滥用、环境、年龄、饮食习惯，生活方式和疾病在肠道微生物的最终组成中起着至关重要的作用。

最初肠道被兼性厌氧菌定植，然后促进专性厌氧菌的建立，如拟杆菌、双歧杆菌和梭状芽孢杆菌。这主要由变形杆菌和放线杆菌组成，并逐渐向拟杆菌和厚壁菌属。越来越多的证据表明，阴道分娩的新生儿肠道中含有早期富集的类杆菌、普氏杆菌和乳杆菌，这些细菌是在出生时从母亲的阴道和粪便微生物群中获得的。然而，剖腹产婴儿延迟和减少了双歧杆菌、乳酸杆菌和类杆菌的定植，并且经常被大肠杆菌、产气荚膜梭菌和艰难梭菌定植。来自儿童的肠道微生物群比来自双歧杆菌、类杆菌-卟啉单胞菌-普氏杆菌（BPP组）和肠杆菌科的成人的肠道微生物群更为复杂。后来，在婴儿出生的第一年结束时，其肠道微生物群的特征是粘液阿克曼菌、拟杆菌、肉毒梭菌、球状梭菌和静脉内拉菌占优势。此后，婴儿的肠道微生物群谱逐渐开始向成人的肠道微生物群谱发展，其特征是三个细菌门占优势，即拟杆菌门（Rikenellaceae、Prevotellaceae和bacterioidaceae），厚壁菌（Ruminococaceae和Lachnospiraceae）和放线菌（Coriobacteriaceae和Bifidobacteriaceae）。大约在3岁时，儿童肠道微生物群的系统发育组成和多样性已向成人进化。因此，人类生命的前3年对改善儿童生长发育的饮食干预最为重要，因为在此期间建立了肠道微生物群，此时的任何变化都可能极大地影响健康。

每个人的肠道微生物群分布情况不同于其他人，在健康个体中，沿着肠道的相对丰度和分布是相似的。个体的微生物群随着年龄的增长而不断变化，在成年期最为稳定。成年个体的肠道主要由类杆菌（Bacteroides）和厚壁菌（Clostridium，Lactobacillus和Enterococcus）组成，其次是放线杆菌（bifidobacteria），变形杆菌（Proteobacteria，大肠杆菌）、梭杆菌、疣菌和蓝藻。肠道微生物群的最终重排发生在60岁以上的老年人，此时免疫系统的功能降低。老年人兼性厌氧菌比例较高，拟杆菌与厚壁菌的比例发生变化，双歧杆菌数量减少。随着年龄的增长，类杆菌、真杆菌和梭状芽胞杆菌科的比例增加，婴儿、成人和老年人中双歧杆菌、乳酸菌科和肠杆菌科的比例进一步增加。一般来说，相对于健康的年轻人，老年人的双歧杆菌、乳酸杆菌和普雷沃杆菌的物种多样性降低，而白色念珠菌、葡萄球菌、链球菌和肠杆菌科的物种多样性增加。

肠道微生物群正常成分的任何偏离，称为“微生物失调”，其特征是厚壁菌和拟杆菌数量不稳定或减少。许多代谢紊乱，如神经性厌食症、肥胖、糖尿病和其他显示出肠道微生物群的参与。一些疾病以个体分类群为标志，对总体组成影响较小，而其他疾病则与总体组成元素的显著变化有关，如多样性或丰富度降低。然而，理论上尚不清楚疾病是否会导致微生物组群的改变，或者反之亦然，或者检测到的微生物组群效应和患病状态是否是由于其他未知因素造成的。这些微生物在疾病过程中发挥作用的程度在过去十年才开始显现。这得益于新的非培养方法的最新进展，这些方法能够更广泛地鉴定和分类微生物群，以及使用无菌小鼠和粪便微生物群移植等实验模型的研究。因此，更好地了解肠道微生物群（健康和疾病状态）和“肠道-器官轴”将鼓励相关疾病的创新诊断和治疗模式的发展。值得注意的是，肠道微生物群谱可以无创测定，作为一种潜在的有前途的生物标志物。此外，在精密医学的现代时代，个体化描述患病状态下的肠道微生物群可能有利于个体化风险评估和治疗方式。