第三章人類微生物群系

第二節(jié)

       據(jù)估算，人的身體由30萬億個細(xì)胞組成，但是它卻容納了超過100萬億個細(xì)菌與真菌細(xì)胞，這些微生物朋友們與我們協(xié)同演化?？紤]一下這個事實：此時此刻，你身體內(nèi)70%~90%的細(xì)胞都不是人類細(xì)胞，而是微生物細(xì)胞。微生物寄居于你的每一寸肌膚， 你的口、鼻、耳，你的食管里、 胃里，尤其是腸道里。女性的陰道里也有豐富的細(xì)菌種類。

       在世界上已知的50個門的細(xì)菌之中，人體中已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 了8~12個。其中6個，包括擬桿菌門( Bacteroidetes) 與 厚壁菌門(Firmicutes)， 占了人體內(nèi)細(xì)菌的99. 9%。與我 們?nèi)祟悺巴印弊畛晒Φ奈⑸锞蛷倪@少數(shù)幾支種系傳承下來，它們?yōu)槿祟愇⑸锶合档男纬傻於嘶A(chǔ)。隨著時間的流逝，它們演化出了特殊的功能，包括耐受酸性、利用特殊的食物、適應(yīng)干燥或潮濕的環(huán)境，從而在人的體表與體內(nèi)的 特殊微環(huán)境(niche) 里繁衍生息。

       這些細(xì)菌加在一起大約有1.3 千克重，與你的大腦相當(dāng)，包含了上萬種不同的物種。在美國，還沒有哪個動物園有超過1000種動物。生活在人的體表與體內(nèi)的微生物比動物園里的動物更加多樣、更加復(fù)雜。

       當(dāng)你還在母親子宮里的時候，你的體內(nèi)是沒有細(xì)菌的， 但是隨著分娩的進(jìn)行，你很快就被數(shù)以萬億計的細(xì)菌占領(lǐng)了。在后面，我們將會討論這個驚人的過程。對微生物而 言，從零增長到萬億只需要很短的時間。在人出生之后的頭三年內(nèi)，微生物陸陸續(xù)續(xù)地入住到人體，從起初的拓荒者到 后來的喬遷客，微生物的“移民"是一個井然有序的過程。

       最終，你身體的每個角落，無論是內(nèi)里的臟腑還是外表的皮膚，都有獨特的菌群棲息。胳膊肘上與腳趾縫里是完全不同的物種，胳膊上的細(xì)菌、真菌、病毒與口腔或者結(jié)腸里的微生物也完全不同。

       皮膚是一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)，它比半塊三合板稍大一 點，覆蓋了約2平方米的平面、褶皺、導(dǎo)管和罅隙。這些空 間往往非常細(xì)小，要用顯微鏡才能看到。如果湊近觀察，這些看似光滑的皮膚可能更接近于月球的表面，到處是環(huán)形山與溝壑。何種微生物在哪塊皮膚上棲居取決于該區(qū)域是多油(比如面部)、濕潤(比如腋窩)還是干燥(比如前臂)。汗腺和毛囊里有獨特的微生物。有些細(xì)菌靠死去的皮膚細(xì)胞為 生，有些利用皮膚分泌的油脂維持濕度，還有一些可以抵御入侵的有害細(xì)菌或真菌。

說起鼻子，研究人員最近發(fā)現(xiàn)健康人的鼻腔內(nèi)里生活著 許多典型的病原體，但是它們卻沒有致病。其中還有臭名昭著的金黃色葡萄球菌(Sta ph ylococcus aureus),它可能導(dǎo)至 癤子、鼻竇炎、食物中毒、血液感染，但是它也可以在鼻屋 里與人類和平共處，自顧自地營生。無論何時，人群里都有三分之一以上的人攜帶著它們。微生物在人體內(nèi)最大的聚居地是消化道，這始于最上端 的口腔。如果你對著鏡子觀察，你馬上就可以發(fā)現(xiàn)口腔可以分成不同的區(qū)城，比如牙齒、舌頭、面頰以及口腔上顎，且每個位點都有許多不同的表面:舌頭的上下表面、牙齒的不同表面、牙齒與牙限的交界處?？梢哉f，在你的口腔里，每個表面上都生活著完全不同的細(xì)菌群體。美國國立衛(wèi)生研究院從2007年開始啟動了人類微生物組計劃(Human Mi- crobiome Proiec),為期5年，我們由此獲得了許多新知識， 該計劃的目標(biāo)之一是從 242位健康的成年人體內(nèi)提取微生物樣本，并對這些微生物的基因組進(jìn)行測序分析。其中一個值得記住的結(jié)論是，雖然不同成年人所攜帶的細(xì)菌從整體上看非常相似，但每個人的菌群都有獨特之處。我們微生物組的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基因組的差異。這是一個我們將要一再提及的 事實——我們的微生物是因人而異的。 盡管如此，還是有一 些一般性的組織原則適用于整個人體微生物群系，我們將在談到胃腸道的時候討論它們。

       在人類微生物組計劃中，口腔是重點取樣區(qū)域。好幾個科的微生物在多個口腔采樣位點都很常見，比如韋榮球菌屬(ilomellas)、鏈球菌屬(Srreprococci)、 卟啉單脆菌屬(Porphyromonads),但是它們的分布差異極大。而其他的 微生物只在非常有限的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)。

       口腔中微生物最為富集的地帶是牙齦縫隙(gingival crevice)，這里充滿了細(xì)菌，其中許多是厭氧微生物，它們不僅不喜歡氧氣，甚至?xí)谎鯕鈿⑺?。這聽起來有悖常理———我們的口腔 每時每刻都有空氣通過，空氣中含有氧氣，怎么會有大量的厭氧微生物?但是事實的確如此。這告訴我們，口腔里有許多特殊的微環(huán)境，在這些微小的區(qū)城里 厭氧細(xì)菌可以茁壯生長。

       有沒有琢磨過為什么早晨剛剛醒來的時候你的口氣會不那么清新?那是因為在大部分睡眠時間里，你其實都在用鼻孔呼吸，因此經(jīng)由口腔的空氣減少，厭氧微生物的數(shù)目上升。它們會分泌出許多揮發(fā)性的化合物，從而導(dǎo)致了“清晨口臭”。當(dāng)你刷牙的時候，你就是在刷掉這些殘留物以及這 些細(xì)菌本身，它們的整體數(shù)量下降，總體分布改變直到第二天又開始新的循環(huán)。

       產(chǎn)生氣味的不止是口腔中的微生物，而是人體所有部位的微生物。在身體的某些部位。比如腋窩和腹股溝，微生物濃度非常高。其中占主導(dǎo)地位的微生物分泌出的味道更加令人不悅。盡管人類為控制這些異味發(fā)展出了一整套清潔護(hù)理產(chǎn)業(yè)，但這些氣味的產(chǎn)生并非偶然。從昆蟲到人類，每種生物體都具有其標(biāo)志性的“微生物氣味”。這些氣味暗示我們誰是朋友、親人、敵人、愛人，抑或潛在的配偶，它們還告訴我們何時宜于同房。母親熟悉孩子的氣味，孩子也熟悉母親的氣味。氣味非常重要，而它們基本上都是微生物產(chǎn)生的。氣味甚至決定了我們是否招蚊子，一旦我們理解了這背后的原理，我們就可能利用這此知識來躲避或者驅(qū)趕這些害蟲。不過這已經(jīng)不是本書要討論的主題了。

       在口腔里，你的牙齒、唾液、酶與友好細(xì)菌開啟了食物消化的第一一步。一旦食物離開口腔，它們就被送進(jìn)了食管。 這是一個長長的管道，上承咽喉，下接胃部。一直以來，人們認(rèn)為食管是無菌的。但在2004年，我們在其中發(fā)現(xiàn)了一個含有數(shù)十種微生物的群落，消除了這個誤解。

       食物然后進(jìn)人胃部，在這里，胃酸和消化酶幫助著消化的進(jìn)行。胃部是強酸環(huán)境，但其中仍然有細(xì)菌生活著，包括通常占主導(dǎo)地位的幽門螺桿菌(上已提及)，其他的微生物 也可能存在.但是數(shù)量上要少很多。胃也會像甲狀腺之類的腺體那樣分泌激素。胃壁里有免疫細(xì)胞，能幫助抵御感染， 正如脾臟、淋巴結(jié)和結(jié)腸所做的那樣。幽門螺桿菌對于胃酸 的分泌、荷爾蒙的產(chǎn)生、免疫力的維持都發(fā)揮著作用。

       下一站，小腸。這是一個更長的管道，包含了消化吸收所需的重要成分——去污劑、 酶、轉(zhuǎn)運蛋白。大部分食物消化都發(fā)生在小腸，細(xì)菌當(dāng)然也存在于此，不過數(shù)量相對較 少，大概是因為過多的微生物活動可能會干擾營養(yǎng)消化與吸 收的關(guān)鍵功能。

       最后，所有殘留的食物抵達(dá)了結(jié)腸，這里細(xì)菌如織，“菌山菌?！?。人體內(nèi)的大多數(shù)微生物都寓居于這個邊境地 帶，數(shù)目極為驚人。每立方厘米結(jié)腸中所包含的細(xì)菌數(shù)量比 地球上的總?cè)丝诙家喽愕慕Y(jié)腸容積有幾千立方厘 米。在這個浩瀚的“細(xì)菌宇宙”里，細(xì)菌們密密麻麻地?fù)頂D 在一一起，分泌多種化合物，陪伴你度過每一天的人生旅程。 你也許認(rèn)為這不過是生命不得不完成的又一筆交易: 我們?yōu)?它們提供住所，它們幫助我們生活。但是這未免失之過簡。 許多人因為這樣那樣的疾病或者受傷而失去了結(jié)腸及其中所 有的細(xì)菌，但是他們依然可以健康地生活幾十年。因此，盡管結(jié)腸中的海量細(xì)菌非常有用，但它們并不是必需的(如前 所述，這并不適用于你的整個微生物群系一喪失了整個微 生物群系很可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果)。結(jié)腸的微生物幫助降解素食纖維并消化淀粉。在一定意義上，所有抵達(dá)小腸末端的食物就已經(jīng)被排出體外了，因為 你無法再消化它們。但是，結(jié)腸里饑餓的細(xì)菌還能進(jìn)一步代謝許多殘留物質(zhì)。舉例而言，蘋果中的纖維素不會被小腸消 化，卻能被結(jié)腸里的微生物利用。與此同時，這些微生物還分泌出一些短鏈脂肪酸，它們可以被腸壁細(xì)胞吸收并為人體所用。從這個意義上來說，這些微生物同樣滋養(yǎng)了你!

       結(jié)腸中寄居的微生物為我們提取的能量最多可以占到食物總能量的15%。如同我們身上棲息的所有微生物，它們不只是萍水相逢的過客——我們彼此幫助， 協(xié)同演化。在所有的哺乳動物中，即使是那些數(shù)千萬年前在進(jìn)化上就已經(jīng)分離開的物種，結(jié)腸微生物組成與功能依然非常相似。

       腸道環(huán)境溫暖潮濕，并且在緩慢蠕動著，不同的區(qū)域里住著功能各異的微生物。有些能分泌特殊維生素的微生物可能生活在特定的小角落里，而那些將淀粉分解為簡單糖類的 微生物可能生活在更大的社區(qū)里，這里當(dāng)然會有競爭。正如在城市里，重要地段的停車位和私立學(xué)校的入學(xué)名額都廣受追捧。許多需要同樣營養(yǎng)物質(zhì)的細(xì)菌都具有同樣的酶類，就像獅子與獵豹追捕同樣的獵物那樣，這些細(xì)菌也為相似的食物而激烈競爭。在我看來，許多細(xì)菌都渴望潛身于那柔軟的黏液層之下，它們?yōu)榱吮荛_胃酸或膽汁的暴風(fēng)驟雨而競爭有限的庇護(hù)之所。與此同時，每天都有許多黏附在胃腸管道內(nèi)壁的細(xì)胞被沖刷走，因此，今天的避難之地也許明天就成了流離之所。最后，當(dāng)消化的終產(chǎn)物以糞便的形式離 開人體，大量的細(xì)菌細(xì)胞也隨著脫落的腸道內(nèi)壁細(xì)胞一起 被裹挾而去。總的來說，細(xì)菌及其殘骸還有水分構(gòu)成了糞便的主體。

       為了更好地理解微生物對人體代謝的重要性，考慮 一下如下事實吧:你血液里幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)都是由微生物活動產(chǎn)生出來的。細(xì)菌同樣可以消化乳糖、合成氨基酸、分解草莓或者海苔(如果你愛吃壽司的話)里的纖維。

       微生物的產(chǎn)物可以作用于血管內(nèi)特殊的受體，幫你穩(wěn)定血壓(奇怪的是，這些受體也存在于你的鼻腔里)。這些感受器可以檢測到腸道微生物分泌的小分子，而對這些分子的反應(yīng)則會影響血壓。因此，在你進(jìn)食之后，血壓可能會降低。有朝一日，我們是否可以利用這些細(xì)菌來更好地治療高血壓呢?非常有可能。

       細(xì)菌也在代謝藥物。比如，全球有數(shù)百萬的人在服用地高辛，這是從植物毛地黃中提取的一種藥物，用于治療各種心臟疾病。腸道是地高辛化學(xué)加工的第一站，隨后地高辛被吸收。由于每個人的微生物群系組成不同，地高辛在腸道內(nèi)的化學(xué)加工也因人而異，這決定了抵達(dá)血液的藥物量，并且會帶來不同的結(jié)果:若是劑量太低，藥物不會起作用;若是劑量太高，又會有副作用，導(dǎo)致心臟問題、改變色覺或者引起嘔吐。未來，醫(yī)生也許可以通過減弱或者強化腸道微生物來控制地高辛進(jìn)人血液的劑量。

       有些腸道細(xì)菌可以合成維生素K,它對于傷口處的血液凝結(jié)不可或缺，但人體自身的細(xì)胞卻不能制造它。大約是因為細(xì)菌的效率更高，人體細(xì)胞干脆就依賴于細(xì)菌提供維生素K,而不必耗費能量興師動眾地親自合成它。因此，在原始 的人類身上，那些獲得了合成維生素K的細(xì)菌的人便比那些 需要自己合成或者從植物中獲取維生素K的人多了競爭優(yōu)勢。在一定意義上，我們的祖先把這項關(guān)鍵的生理功能“承 包”給了細(xì)菌。我們?yōu)樗鼈兲峁┦澄锱c住所，它們幫助我們 愈合傷口——一筆愉快的交易。

       有些微生物甚至可以合成“安定”(又名地西洋，一種 鎮(zhèn)靜性藥物)。重癥肝癌患者往往會陷人昏迷，但是如果給他們注射苯并二氮類(比如藥物安定)的抑制劑，他們就會 醒來。這是因為健康的肝臟可以分解腸道微生物分泌的天然 形式的安定，但是功能受損的肝臟卻不行，于是人體內(nèi)微生物合成的安定就直接進(jìn)人大腦，導(dǎo)致病人陷人昏迷。另外， 居住在新兒內(nèi)亞高原的人們體內(nèi)的微生物也有所不同。當(dāng)?shù)?人的食譜中90%都是紅薯，蛋白質(zhì)含量很低——他們能以此 為生，全靠體內(nèi)的微生物。新幾內(nèi)亞原住民的腸道微生物能 利用紅薯中的糖類來合成蛋白質(zhì)——這些微生物和根瘤菌一樣，它們固定空氣中的氮氣。并以此來制造氨基酸。

網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載《消失的微生物》作者馬丁·布萊澤。