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健康的肠道和肠道菌群是什么样子的?

时间:2022-03-21 08:03来源:菌情观察室 作者:菌情观察室 浏览次数:
  肠道菌群大概是近些年来生命科学研究中最火热的领域之一。在过去的十年里,越来越多的研究已经认识到,肠道及其所携带的数以万亿计的微生物会影响身体一系列的活动,从新陈代谢到免疫防御,从运动表现到社交活动,从肥胖到糖尿病,从过敏到自身免疫病,从抑郁症到阿尔茨海默病,从自闭症到多动症等等。

  肠道菌群已经从默默无闻的状态转变为科学界和公众的新宠儿。改善肠道健康可以帮助提高我们的能量水平,消除脑雾,甚至让我们减肥。肠道健康与影响全球的各种慢性健康问题有关。

  健康的肠道究竟应该是什么样子呢?科学家们一直在寻找一种固定的、理想的肠道菌群状态,认为一旦达到这种状态,我们就会达到一种肠道健康的乌托邦。这根本不是肠道菌群的运作方式,尽管肠道和肠道菌群是亲密的伙伴关系,但它们之间有明显的区别。我们的肠道保持相对稳定,但是肠道菌群却在不断变化。肠道菌群会迅速适应肠道环境的变化,其适应性非常之强,以至于它生动地反映了周围不断变化的世界,尤其是我们的饮食。虽然我们身体所有的器官在某种程度上都在适应环境,但是我们身体中没有哪个系统的变化速度能像肠道菌群那样快。

  我们的人类生物学是由经过数百万年的进化优化和选择的2万多个基因决定的。据估计,其中一些基因可以在1.5到2万年的时间内适应新的环境条件,包括饮食变化。我们的肠道菌群由大约400万个基因组成,世代更替的速度要快得多,很快能够适应不断变化的环境,即使是那些微生物以前从未遇到过的环境。然而,尽管它们的适应能力不同,但肠道和肠道微生物数百万年的共同进化已经形成了一种互惠共生的状态,使人类生活在不同的地方,吃不同的饮食,都能享受最佳的健康。

  健康的肠道

  是什么构成了健康的肠道?有三个密切相关的因素决定肠道健康:

  肠道的内分泌系统产生调节食物摄入和新陈代谢以及其它功能的激素;

  肠道免疫系统可以抵御病原体,并保持自我耐受,因此人体可以将自身产生的抗原识别为无害的,同时还能对外来物质产生适当的反应;

  肠道神经系统调节肠道的蠕动收缩以及消化液的分泌和吸收。

  从代谢的角度来看,我们可以把肠道健康定义为这样一种状态:当身体需要能量时,产生激素的细胞会分泌足够多的让我们感到饥饿的激素,饭后会分泌足够多的饱腹信号分子,以便告诉大脑是时候停止进食了。如果肠道这一部分不能正常工作,就会产生一种永不满足的饥饿感,导致人吃的东西超过自己的代谢需求,从而导致体重增加,并容易患2型糖尿病。

  从免疫系统的角度来看,健康的肠道是由一层紧密连接的上皮细胞和一层保护性黏液层组成的屏障,将肠道免疫系统细胞与肠道微生物隔离开来。这种双重防御是为了防止肠道内容物,特别是肠道内微生物引起的慢性免疫系统激活。越来越多的研究表明,这种肠道屏障会被不健康的饮食所损害,这些饮食含有太少的纤维和太多的糖、脂肪、乳化剂、人工甜味剂和其它食品添加剂。如果肠道微生物不能获得丰富的膳食纤维,它们就会把贪婪的胃口转向构成黏液层的多糖。这种由于膳食纤维缺乏的饮食导致的保护黏液层的丧失,使树突细胞的触手更接近肠道微生物,这会刺激它们报告潜在的威胁。当这种情况发生时,炎症分子被释放,使上皮细胞之间的紧密连接放松,允许某些微生物与数百万相互连接的肠道免疫细胞直接接触。这种情况就是我们现在所说的肠漏。

  从肠道神经系统的角度来看,健康的肠道可以由数百万神经细胞的综合活动来定义,这些神经细胞可以适当地调节肠道的收缩和分泌,称之为肠道神经系统,也叫做肠脑。这些神经网络协调肠道各部分以优化消化的方式收缩,并逐渐将食物从胃移到大肠。当肠道完全空着的时候,它的神经系统会诱发有节奏的、反复出现的高振幅收缩,这种收缩缓慢地在整个胃肠道中移动,也就是所谓的移动性运动复合体。这些收缩将食物残渣、分泌物和微生物从  微生物密度低的上消化道移动进入微生物密度高的大肠。如果肠脑不能正常工作,可能会导致胃痛、功能性胃肠紊乱,比如肠易激综合征或小肠细菌过度生长。

  在健康的肠道中,内分泌系统、免疫系统和肠道神经系统无缝地运作,为我们提供营养,调节我们的食物摄入,并保护我们免受危及生命的肠道感染。在健康的肠道中,这些重要的功能完全是在我们的意识之外的。

  健康的肠道菌群

  定义健康的肠道相对简单,但要确定健康的肠道菌群是什么样,那就比较复杂了。虽然我们有时也把肠道微生物称为一个隐形的器官,但它要比我们的器官灵活得多,因此我们不能像看待肝脏、肾脏或心脏那样看待肠道微生物。但这并不是很难定义健康肠道菌群的唯一原因。尽管最近人们对它的兴趣和研究激增,但我们仍处于完全理解它的初级阶段。

  微生物组学研究是在十多年前由美国国立卫生研究院(NIH)启动的,它在2008年启动了人类微生物组计划(HMP),以全面描述人类微生物组。六年后,在积累了大量科学数据后,NIH启动了该计划的第二阶段,以更全面地了解人类微生物群落及其对人类健康和疾病的影响。

  肠道菌群的新发现也引起了轰动,许多医学领域都匆忙得出了同样的结论,认为我们已经为许多医学上无法解释的慢性疾病症状找到了立即的解释和治疗方法。然而,在现实中,我们对这个复杂系统的理解才刚刚开始,就像人类基因组一样,我们仍在揭示它的全部含义。

  在我们了解肠道菌群的早期,研究人员报告了一个“核心”菌群的存在,那就是世界各地健康个体中普遍存在的特定菌群,并假设这一核心菌群的变化预示一个不健康的菌群。然而,技术的进步使我们能够在亚种和菌株水平上,更精确地来研究肠道菌群。这些研究表明,个体微生物群落组成之间的差异令人难以置信,因此,通过某些核心物种来划分健康与不健康是不妥的。

  然而,科学界的一些成员仍然坚持认为从一个菌群到另一个菌群有足够的连续性,并声称肠道菌群的特定失衡与肠道健康不良有关,被认为对某些疾病具有诊断作用,比如帕金森病、阿尔茨海默病、肠易激综合征或炎症性肠病等。最近一项发表在《Nature Communications》杂志上的一项研究就反映了这一问题,该研究提出,研究人员可以简单地通过观察肠道菌群中某些特定微生物的丰度,就能将健康人与患有慢性疾病的人区分开来。然而,研究人员并没有关注微生物的具体功能,微生物只在物种水平上被识别,而不是菌株水平,预测的准确率只有73.7%。

  我们现在知道,在工业化社会中,健康个体中可能只共享约10%的微生物菌株。这一发现使得研究人员开始探索“功能核心”作为一种表征健康菌群特征的方法。毕竟,不是微生物本身,而是它们代谢产生的化合物和信号分子来携带它们的信息,与肠道、免疫系统、大脑和身体其它部分沟通交流和相互作用。健康个体中差异很大的肠道微生物能够产生一组类似的代谢物和信号分子。最终,正是这些分子让微生物相互交流,与我们的肠道相互作用,它们构成了一个“功能核心”。

  与核心功能相结合,健康的肠道菌群还有其他特征。虽然每个微生物群都是不同的,并且不断变化,但生活在肠道内的微生物的丰富度和多样性也有助于正常的功能。在这里,丰富度指的是细菌种类的总数,而多样性是衡量这些物种分布的均匀程度。例如,就昆虫而言,丰富度指的是不同物种的数量——苍蝇、蜜蜂、蝴蝶、黄蜂、蛾子、跳蚤等等。然而,如果90%的昆虫是苍蝇,这就不是一个多样性的种群,不管有多少其他物种。

  研究人员发现,随着时间的推移,肠道微生物群的高度多样性通常与健康和稳定有关。相反,肠道多样性的缺乏使肠道更容易受到感染,这在很多疾病中都很明显,包括肥胖、炎症性肠病和1型和2型糖尿病。并非巧合的是,在过去几十年里,我们失去了关键的微生物菌株,发达国家的肠道微生物群的多样性和丰富度一直在稳步下降。

  多样性也是肠道微生物组健康的另外两个特征的主要决定因素:抵抗力和适应力。任何微生物、昆虫或人的种群都必须对外部或内部的变化有一定程度的适应力。如果一种肠道微生物群能够抵抗病原体、抗生素或不健康饮食的短暂改变,并且有足够的弹性在之后迅速恢复到正常状态,那么它通常被认为是健康的。即使肠道菌群提供了所有必要的核心功能,但如果没有多样性和适应力,它在面临挑战时也会面临更高的破坏风险。

  目前对健康肠道菌群的理解是,它不是一种固定的状态,而是一种动态的、有目的的平衡。每个人的肠道菌群都在不断地变化,每个人的健康肠道菌群状态都是不一样的。肠道菌群不仅在个人之间存在很大差异,也因种族、地域、时区、文化和生活方式的不同而不同。

  肠道菌群承担着许多职责,它在消化中发挥作用,促进营养物质的吸收,制造多种维生素和氨基酸,中和毒素,并刺激肠道转运。同时,肠道菌群在人体的免疫系统中扮演着重要的角色,它的存在可以阻止致病菌在肠道中扎根,它能产生抗菌物质,杀死危险的细菌,它还能刺激淋巴细胞和抗体的产生,它的抗菌和抗毒特性还使其发挥抗炎作用。这就是健康肠道细菌的日常,它们就是这样日复一日的为我们的健康保驾护航。

  肠道和肠道菌群就是驱动人类健康的引擎,它们通过这些功能在维持整体身心健康中发挥重要作用。通过健康的饮食和生活方式,恢复肠道和肠道菌群的健康平衡,让肠道处于最佳工作状态,赋予好菌力量,让坏菌无可乘之机,让数以万亿计的细菌小伙伴能够和谐共生,这才是我们维持身心健康的最好方式。




 
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