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科学家研究人类粪便肠道微生物五大谜团

逍遥摘要:据国外媒体报道,也许在2218年,某位学者在回顾我们这个时代的时候会很好奇,为什么突然之间,科学家们对人类粪便——更准确地说,是人类粪便中的微生物——如此着迷?

科学家研究人类粪便肠道微生物五大谜团

这位学者可能会发现,在2012年到2017年这5年间,PubMed(美国国立医学图书馆提供的搜索引擎,主要提供生物医学方面的论文和摘要搜索)上有关“肠道微生物群系”(gut microbiome)的论文数量增加了7倍;数以百万计的粪便采集工具包产生了无数的塑料碎片,同时全球各个研究实验室的冰柜中摆满了粪便标本。到底发生了什么?

随着时间推移,人类基因组科学已经带来了生物医学领域一些重要的突破。现在,基因组技术正在向微生物转移。这是因为,虽然每个人在遗传上近乎相同,但每个人同时又携带着大量微生物基因,这些基因来自细菌、真菌、病毒和古菌,统称为“人类微生物群系”。

如果认为对肠道微生物群系的了解越多,就能解决所有医学问题的话,那就是纯粹的傲慢了。不过,这些微生物似乎与人类和我们所处的环境有着密切的关联,能够改变我们的新陈代谢并调整我们的免疫系统。它们究竟有着什么样的能力做到这些?以下就是微生物群系科学所面临的5个最重要问题。

1.是什么让肠道微生物群系保持“健康”?

“健康微生物群系”这个词组应该引起警惕。这是因为,就目前而言,如果科学家对单一个体的微生物群进行检查,他们并没有办法确定其是否健康——甚至不知道用哪些参数来定义。健康只与微生物的种类名称有关吗?还是微生物多样性?或者是它们的功能——遗传学上所具备的能力?人类微生物群系计划(Human Microbiome Project)的工作重点之一应该是定义什么是健康的微生物群,但这一看起来很简单的问题至今没有明确的答案。如果研究人员能够确定健康微生物群本身的参数,他们或许就能知道不同的操作方法——从益生菌到粪便移植——是否会带来人类外在的健康表现。

2.饮食能影响肠道微生物,这会如何影响健康?

“我们肠道中的许多细菌种类是可以通过改变饮食来使其变化的,”上海交通大学的赵立平教授援引2016年的两次大规模人群研究说道。让人感到困惑的是,这种改变是如何影响人体健康状态的。

赵立平教授的研究关注的是在饮食、肠道微生物群落和人体健康之间建立三方联系。与此同时,加拿大不列颠哥伦比亚大学的盖内尔·希利(Genelle Healey)等研究者也在努力追踪肠道微生物群和人体健康如何对饮食干预做出反应。

了解饮食诱导的肠道微生物改变对健康的长期影响,将使人们扔掉饮食书籍,找到个性化的饮食模式——可能与他们的肠道微生物群一样个性化——从而获得最佳的健康结果。

3.肠道微生物如何被用于免疫系统的微调?

根据最新的研究,许多慢性疾病——自身免疫疾病、肥胖和心血管疾病等——都是免疫介导的。庆应义塾大学医学院的Kenya Honda、美国国立卫生研究院(NIH)的Yasmine Belkaid和犹他大学June Round,以及其他许多研究者都在努力研究肠道微生物与免疫系统“对话”的机制。但是,除了研究特定的微生物之外,还有更多问题需要解决。

“这是令人难以置信的复杂情况,我们无法给微生物贴上促进炎症或抵抗发炎的标签。这需要具体问题具体分析,”斯坦福大学的贾斯汀·索恩伯格(Justin Sonnenburg)说道。但是,如果科学家能够找到如何驯服微生物或微生物群的方法,使它们对免疫系统产生特定影响的话,或许就能开发出全新的治疗方法,为治愈免疫介导疾病提供可能。

4.个人的肠道微生物群如何以持久的方式重新配置?

对成人微生物群的长期检测显示,这些微生物的组成具有高度稳定性——事实上可以说是彻头彻尾的顽固。不过,当有人接受粪便移植,用于治疗复发性艰难梭菌(学名: Clostridium difficile)感染时,也可以实现新的稳定肠道微生物生态。麻省理工学院的埃里克·阿尔姆(Eric Alm)和其他人的研究显示,接受移植的患者的肠道微生物群混合了特定的菌株,看起来更像捐献者。

但什么才是微生物的“植入规则”呢?了解这一点,我们就有可能干预许多与疾病有关的微生物群状态,通过改变它们来改变疾病的进程。

5.早期塑造肠道微生物群的因素如何影响后来的人体健康?

研究人员已经发现,在早期阶段,至少会暂时出现两个影响肠道微生物群的主要因素:出生模式(无论是顺产还是剖宫产)和早期生活饮食(无论是配方奶粉还是母乳)。这些因素也同样与免疫和代谢疾病风险的增加有关。因此,由出生模式和饮食塑造的婴儿微生物群,是否就要为后来的健康问题负责?

加拿大不列颠哥伦比亚大学的布雷特·芬利(Brett Finlay)利用“卫生假说”,将早期生活中缺少某些特定细菌与后来出现哮喘等疾病联系起来。他说:“我认为这些微生物在塑造并推动我们的免疫系统发展,而如果你生命的早期缺乏这些东西,就会形成一个更加容易过敏的免疫系统。如果你有这些微生物,就会变得更加正常。”这些研究或许可以使我们在生命早期就能有针对性地操纵微生物,从而抵消它们对健康的负面影响。

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