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细菌,你最好的朋友

作者:胡雯雯

(本文原发表于2013年6月)

翻开这篇文章时,你可能正靠在候机椅上、倚在床头,或是坐在马桶上……也许你觉得自己是一个人,但你并不寂寞:此时此刻,数百万亿的细菌正在你的皮肤、口腔和肠道等地方喧闹地工作着,它们跟你分享着同一个身体,并像基因一样决定着你的健康、体形,甚至脾气。

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这些微生物的数目是人体细胞的十倍,也就是说,如果要完整地将你携带的基因信息描绘出来的话,你自身所占的比重还不到百分之十。而细菌们对你健康的影响,可能比你从父母身上遗传的基因所起的作用还大。

“我们体内的任何菌群失调,或是‘错误’微生物的入侵,都可能是肥胖、心脏疾病和其他疾病的源头。”美国斯坦福大学的微生物学家索农伯格(Justin Sonnenburg)解释:“比如,如今治疗某些炎症性肠病会用到‘粪菌移植(Fecal transplants)’法:将健康人粪便中的功能菌群移植到患者肠道中,通过重建肠道菌群来治愈这种疾病。”

这可能听起来有点重口味,但它却代表着医学和生物学界的一个研究趋势:将人体看做一团庞大的超级有机体,从微观上去研究它所有成员(包括细菌和人体细胞)的相互关系和运作模式。

美国科罗拉多大学的奈特(Rob Knight)副教授正是这领域中的一颗新星。这位36岁的瘦削小伙子在细菌基因测序上有着杰出的表现,他的实验室每天都会收到来自世界各地的微生物样本。他甚至把自己和家人也当成了样本之一:奈特每天都对自己进行微生物取样检测,他太太阿曼达的包里总是带着取样药签,他们一岁半的女儿也贡献出了大量的尿片……

这些五花八门的微生物样本,都是为一项名为“美国肠道计划”的科研项目收集的。就像“人类基因组”所做的事情一样,微生物学家试图通过基因测序法,分析描绘出全世界各种人群所携带的细菌特性。任何想参与的人,只要填写一份详细的个人信息问卷(包括居住地、饮食习惯和去过的国家等),将自己的皮肤、口腔和排泄物样品打包一份寄出,花上最低99美元,就可以知道分享自己身体的微生物都有谁了。

细菌家族,三岁定终身

奈特和家人的检测结果,已经变成了一系列的数据和报告。“从中我们可以看出,一个家庭里每人的微生物群是如何相互影响的。就连我们的狗也通过舔和蹭,为大家的皮肤贡献了特殊菌群。”

大量尿片则揭露了,刚从子宫里出来的婴儿,纯净如白纸的肠道内会迅速繁衍出特有的婴儿菌群。在它断奶和吃固体辅食后,菌群的多样性进一步提升,到了三岁时,菌群已经跟父母体内的很接近了。“你携带的菌群大概在三岁就会固定下来,它们大多来源于父母,以及你生长的环境。这些细菌会牢牢地霸占每一寸地盘,警惕地击退任何外来入侵者。但这并不代表菌群永远不会改变。”奈特解释,“长时间的饮食结构调整,或是抗生素的一次大扫荡,都能让菌群成员和结构产生变化,让新的菌种有机可乘。”

对于婴儿体内菌群的研究,也揭开了一些别的谜底。比如,多年以来,营养学家一直对一件事迷惑不已:母乳里含有的一种叫低聚糖的物质,但人体本身并没有能消化它们的酶。那么,它的存在到底有什么意义呢?

“这些无法被婴儿分解吸收的低聚糖,实际上是留给肠道内的双歧杆菌消化的。这些细菌能帮助婴儿维持上皮细胞的完整性,从而减少感染或发炎的几率。”美国加州大学的食品学家哲曼(Bruce German)解释,“这也说明了大自然对母乳的设计初衷:它不仅仅是婴儿的食品,也要为婴儿体内的细菌留下足够养分。”

总的来说,是否喂养母乳,通过什么方式出生,成长的环境等因素,都大大影响着婴儿体内菌群的特性。奈特曾经做过一个实验:采集9位女性和她们10个新生儿(其中4个通过阴道分娩,另外6个剖腹产出,包括一对双胞胎)的体表、体内微生物,提取DNA进行高通量测序。分析结果表明,顺产宝宝的菌群和母亲的阴道菌群非常接近,而剖腹产宝宝的则和母亲的皮肤菌群大量重叠。这也可能说明了,为什么剖腹产宝宝在某些方面的抵抗力会不如顺产宝宝。

“我女儿就是剖腹产生的,我很担心由此带来的缺失,所以用沾了她母亲的阴道分泌物的药棉擦拭过她的皮肤,希望能移植一些阴道菌群上去。”奈特说,这在波多黎各的医院已经是一种常规做法了。

喝凉水都长肉?

奈特曾看过许多研究,知道这些从小占据我们身体的菌群,会影响人体的免疫系统、新陈代谢、对某些药物的吸收、胃痛的频率,甚至是我们的脾气。“一些科学家曾经从大大咧咧、极具冒险精神的小鼠上提取肠道细菌,把它们移植到焦虑和胆小的同伴体内,结果后者明显变得大胆起来。”

还有一些更切身的问题:同样吃一顿地沟油火锅,为什么有人会拉肚子,有的人啥事没有?年龄体格和生活环境类似的两人,为什么一个天天汉堡薯条都不胖,另一个喝凉水都长肉?

华盛顿大学的博士后史密斯(Michelle Smith)在2011年3月的国际人体肠道菌群会议曾介绍过自己的研究:“非洲的马拉维共和国,有成千上万的儿童患上恶性营养不良:他们骨瘦如柴,腹部却高高鼓起,而且非常容易疲惫和感染疾病,其中15%的人会直接死于这种疾病。但令我们不解的是,就算面对同样的饮食和卫生状况,也不是每个儿童都会得病。我们追踪调查了317对双胞胎,用三年的时间观察他们的生活状况,发现同时患上营养不良的双胞胎只占7%。在50%的情况下,两人中只有一个患上这种疾病。”

史密斯的团队将这些儿童的肠道菌群样本送到了华盛顿大学杰弗瑞·戈登的实验室。戈登将这些肠道细菌移植到专门培育的“无菌老鼠”体内,在前三周给它们喂马拉维儿童常吃的食物(90%玉米粉,10%蔬菜,以及水),中间两周则喂它们一些速效食物(如高热量的花生酱食品,经常用来治疗儿童的影响不良),最后两周再恢复马拉维食谱。

研究结果充分说明了问题:“跟移植了健康兄弟或姐妹的菌群的老鼠相比,得到营养不良儿童的菌群的老鼠,吃马拉维食物时丢失的体重更多,吃高热食品时则恢复了更多的体重。其中一种解释就是:后一种菌群从营养匮乏的食物中摄取养分的能力比较弱,而且它们更不稳定,只要食谱变化就会产生变化。”

早在这项研究前,戈登就已经发现,肠道细菌会决定人体从食物中吸收铁、锌、维生素等物质的能力,也跟人体是否容易肥胖有密切关系。2004年,戈登在《自然》期刊上曾发表这样一篇报告:他们提取了12名超重的志愿者的肠道菌群,用基因测序法一一分类,并将结果与五名苗条志愿者提供的样本做比较。所有志愿者的样本菌群大致归为两类:Firmicutes厚壁菌门和 Bacteroidetes拟杆菌门。但在超重志愿者的菌群里,厚壁菌门类比苗条者多出了20%,拟杆菌门类的数目则少了约90%。

此后,超重的志愿者用了一年时间采用低脂或低碳水化合物食谱,平均减轻了25%的体重。再次检测菌群时,他们体内的厚壁菌门细菌数量减少了,拟杆菌门则提升了,尽管两者的数目还是没有达到苗条者的水平。

不过,超重和细菌种类的增减,到底谁是因,谁是果呢?他们又做了另一项实验:从肥胖老鼠和苗条老鼠身上分别提取菌群,移植到无菌老鼠体内。用同样的食物喂了两星期后,移植了肥胖老鼠菌种的老鼠,积累的脂肪量是另一种老鼠的两倍。“另一些实验还发现,通过基因改造变胖的老鼠,大肠内的厚壁菌类更多,而且肠道菌群更容易分解食物中的难消化纤维,因而大大增加了从食物中吸取的热量。”戈登补充。

那么,人们是不是应该警惕点,免得从肥胖朋友身上感染上这种“肥胖细菌”?研究者对此只是一笑而过:“别担心,这些菌群没有那么容易人传人。”但这种现象确实有点费解:为什么人类进化了这么长时间,还要依靠这些小东西来辅助营养的吸收?难道人体系统还学不会它们的功能吗?

在加州大学的生化学家费驰巴赫(Michael Fischbach)看来,这正是物种进化的聪明之处:“微生物进化的速度比人类快多了,它们甚至每20分钟就能培养出新一代物种。因此,细菌对环境变化的适应也非常快,当一种新食物,或者一种有威胁性的东西入侵时,它们能迅速决定接受它或者扼杀它。这样,人类就不用费神去适应这些变化了。”

他最近看的一份研究报告便是个例子:一种常见的肠道细菌在日本人体内产生了变异,它们从海洋细菌上获取了一种基因,由此帮助人体更好地消化海藻类食品,这种变异在西方人身上是从来没有发现过的。

菌群退化

但是,许多微生物学家都在担心一个问题:在西方发达国家,随着人类某些机能的退化,许多菌群也在退化甚至灭绝。纽约大学的微生物学家多明戈贝罗(María Gloria Dominguez-Bello)出生于委内瑞拉,在美国生活多年后,她决定重返亚马逊河一带,找到从没接触过西方药物和外来人种的土著人,提取他们体内的细菌样品,看看抗生素、精加工食品等“文明产物”出现前的人体菌群到底是怎样的。

“从当地人的样本中,我们发现了非常明显的菌群生物多样性,有一些菌种是我们从没测序过的。另外,当地人体内所含的普雷沃菌(prevotella)水平也比西方人高得多。”她相信,当地人很少患上过敏、哮喘、心血管病和II型糖尿病等,可能正和这有关。

另一种比较常见,但在西方人体内却近乎绝迹的细菌是幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)。它生活在胃里,被认为是消化性胃溃疡、胃癌和淋巴癌的罪魁祸首,在1994年被世卫组织定性为I类致癌原。但就是这么个臭名昭著的病菌,却也是人类不可缺失的。

多明戈贝罗的丈夫布雷瑟(Martin Blaser)同样是纽约大学的微生物学家,自1980年代就开始研究幽门螺旋杆菌了。他说这种细菌的存在有重要意义。“这是一种很矛盾的病菌。一方面,它会导致多种疾病,但另一方面,它又调节着人体的胃酸,因为它们希望通过这种方法,让竞争者无法在胃里生存。”缺失幽门螺旋杆菌的人,经常会有烧心、胃酸倒流的现象。如果不治疗的话,这往往会发展为巴雷特食管症(Barrett’s esophagus,指食管下端有不正常的柱状上皮覆盖),最终导致食道癌(近年来在欧美发达国家日益常见的一种癌症。)

此外,幽门螺旋杆菌跟免疫系统的关系也很密切,会平缓一些发炎和感染现象。这当然是为了它自己好,因为它更喜欢平静的生存环境,但对人体来说,直接益处就是哮喘、过敏等症状大大降低了。

布雷瑟的实验室还发现,幽门螺旋杆菌会调节一种叫“ghrelin”的荷尔蒙的分泌。这是一种脑肠肽,能影响人的食欲和血糖值,抑制胰岛素分泌。“当我们的胃空空如也时,‘ghrelin’就会分泌出来,向大脑发出进食的指令。当胃撑饱时,‘ghrelin’就不再产生,你也不饿了。”布雷瑟解释,“但是,如果胃里没有幽门螺旋杆菌的话,指示‘ghrelin’分泌和停止的指令可能会受影响,这往往会导致人体超重。”

即使是这样,那幽门螺旋杆菌导致的种种癌症该怎么解释?在布雷瑟看来,那往往发生在人的中老年,也许对细菌们来说,已经是时候让这批年老体衰的人去见马克思了。“我目前的建议是,让幼童接收幽门螺旋杆菌,享受它们在你青壮年之前带来的好处,等到了40岁后,再用抗生素把它们统统消灭掉,免除后患。”

矫枉过正

尽管使用抗生素是他提出的解决办法,但布雷瑟对于这种东西有很深的顾虑。“其实,农民们早在60年前就开始用抗生素做实验了。他们给饲养的动物喂了小剂量抗生素后,发现它们的体重有明显提升,这已经成了一种窍门。”虽然科学家还不能明确解释其中的原理,但布雷瑟认为,是这些药物促使细菌更疯狂地吸收热量。“遗憾的是,我们的孩子也是这样喂大的:肉类、牛奶和地表水里都已经发现了抗生素的痕迹。我们统计过,西方的孩子在18岁前,平均会吸收10至20种抗生素。”

此外,还有超市便利店随处可见的抗菌产品:洗手液、消毒湿巾、免洗酒精消毒胶……“大家都相信,注意个人卫生是有益健康的。但是,这些产品对我们体内的菌群有好处吗?”

斯坦福大学的学者雷曼(David A. Relman)曾在2010年发表过一篇研究:他和同事对三位实验对象进行了长达10个月的观察。在这期间,实验对象分两次服用过抗生素环丙氟沙星。样本分析显示,抗生素在服下的三四天内已经产生了强大威力,使肠道菌群多样性急剧下滑。尽管在停药一周后,肠道菌群开始恢复并趋于稳定,但它们的构成跟服抗生素前已经不一样了(具体变化每人都不相同)。尽管研究者没法定论,这种现象到底是好是坏,但肠道菌群的稳定性被抗生素多次破坏的话,对健康肯定是有影响的。

现代的饮食习惯同样也影响着菌群。匹兹堡大学的肠胃病学家欧齐弗(Stephen O’Keefe)认为:“西方饮食的最大问题是,这些精加工处理的食物,往往到了上消化道就被吸收掉,没有留给下消化道足够的养分。而膳食纤维、难消化淀粉等在大肠内部的缓慢发酵才是维持健康的关键,因为发酵的副产品是肠道细菌最喜欢的食物。”

比利时天主教鲁汶大学的卡尼(Patrice Cani)就在2007年发表过一篇相关的报告:给小鼠喂了四星期的高脂肪垃圾食品后,小鼠的肠道菌群跟吃了垃圾食品的人类一样,产生了极大变化。有害细菌的数目增加了,肠道黏膜的屏障功能则大大下降,让毒素可以轻易溜进血管里。“这些毒素引发了轻度炎症,随即影响到新陈代谢,同时伴随着肥胖超重和肝脏抗胰岛素性的产生。”卡尼补充,“至少在老鼠身上是这样的。”

另一个陷阱

了解完细菌的丰功伟绩后,你也许会有这样的冲动:赶紧上药店或营养科诊室,弄点有益菌补充剂服下去。但文中提到的大部分微生物学家,对这种做法是持保留意见的。

首先,他们对自己的发现还不能下百分百的定论,也还没有完全弄清菌群和人体的互动关系。如果像个养生大师一样,鼓吹包治百病的益生菌,是完全不负责任的。

其次,虽然有研究证明,某些益生菌有调节免疫系统、减轻过敏、缓和儿童感冒症状、治疗腹泻等作用,但问题是,你怎么知道你买到的就是它们?益生菌市场太庞大了,就连法规严谨的美国也缺乏这方面的管制条例。美国加州大学的马克堡(Marcobal A)等学者曾在2008年发表过一份报告:测试了美国市场上14种益生菌产品后他们发现,只有一种产品跟标签上注明的菌种一致的,其他的要么私自添加了其他菌种,要么根本不含标签上宣称含有的菌种。

那么,我们总得做点什么吧?在这方面,这些微生物学家们确实已经做出了行动:他们改变了自己的食谱,也调整了生活方式。比如:尽量推后孩子们接触抗生素的时间(当然,除非有确切的医疗需要);减少消毒家居用品的次数;鼓励孩子多去室外,多跟动物玩;少吃即热食品和快餐……

尽管微生物学家弄到益生菌产品比较容易,但多数人更喜欢通过自然培养来获取有益菌群。比如,索农伯格在饮食里添加了酸奶、韩国泡菜、德国酸菜等,因为它们含有丰富的植物乳杆菌和双歧杆菌。但是,他不鼓励人们无条件地对细菌敞开怀抱:“多接触细菌确实能减少许多西方式疾病,但也增加了被病毒感染的风险。我认为,在有可能接触病菌和有毒化学物后,还是要认真洗手。而抱抱宠物拍拍狗的话,就未必要那么小心了。同样,多吃新鲜蔬果很重要,但别忘了先把它们洗干净。”

文章来源:南都周刊

原文链接:http://www.nbweekly.com/news/tech/201306/33416.aspx

图片来源:Pixabay

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