腸道菌群

腸道菌群，人體腸道的正常微生物，如雙歧桿菌，乳酸桿菌等能合成多種人體生長發育必須的維生素，如B族維生素（維生素B1、B2、B6、B12），維生素K，煙酸、泛酸等，還能利用蛋白質殘渣合成必需氨基酸，如天冬門氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和蘇氨酸等，並參與糖類和蛋白質的代謝，同時還能促進鐵、鎂、鋅等礦物元素的吸收。這些營養物質對人類的健康有著重要作用，一旦缺少會引起多種疾病。人體腸道內寄生著10萬億個細菌，它們能影響體重和消化能力、抵禦感染和自體免疫疾病的患病風險，還能控制人體對癌症治療藥物的反應。[1]1. 細菌分類[2] 根據可培養細菌的數量分類在腸道菌群中，可以培養到的細菌有400餘種，依據其數量多少可以分為主要(優勢)菌群(predominant microflora)和次要菌群(sub—dominant microflora)。①主要(優勢)菌群：指腸道菌群中數量大或種群密集度大的細菌，一般在10～10cfu/g以上，包括類桿菌屬、優桿菌屬、雙歧桿菌屬、瘤胃球菌屬和梭菌屬等專性厭氧菌，通常屬於原籍菌群。優勢菌群是對宿主發揮生理功能的菌群，在很大程度上影響著整個菌群的功能，決定著菌群對宿主的生理病理意義。②次要菌群：數量在10～10cfu/g以下，主要為需氧菌或兼性厭氧菌，如大腸桿菌和鏈球菌等，流動性大，有潛在致病性，大部分屬於外籍菌群或過路菌群。乳桿菌在數量上歸為次要菌群，在迴腸中含量較高，但是其具有較為重要的功能，因此在功能上歸屬於優勢菌群。優勢菌群與微生境的特徵密切相關，以厭氧菌為主的優勢菌群，一般生存在清除速率較低、營養豐富的微生境，如結腸，所以菌群密集度和多樣性高；而兼性或需氧菌群一般生活在清除速率高的微生境，如小腸近端，其菌群密集度和菌群多樣性較低，由於菌群密集度低，很難稱得上是「優勢菌群」；在酸性微生境中，耐酸、產酸的細菌成為優勢菌群。微生境的改變，可使菌群中的優勢菌群發生替換，如便秘時大便優勢菌群主要是革蘭陰性厭氧菌，慢性腹瀉時常見革蘭陽性桿菌為優勢菌群，而在嚴重急性腹瀉時大便中的優勢菌群為致病性細菌或某些兼性/需氧細菌。在腸道中，儘管專性厭氧菌是主要菌群，佔據優勢，但這些菌群又依賴於需氧菌或兼性厭氧菌等次要菌群的存在，因為後者在增殖過程中消耗氧氣，保證前者的生長條件。一個生理性組合的腸道菌群是有益的，而病理性組合的腸道菌群是有害的。人體腸道內的微生物中，超過99%都是細菌，存活著數量大約有100兆個，有500～1000個不同的種類。這些數目龐大的細菌大致可以分為三個大類：有益菌、有害菌和中性菌。有益菌，也稱之為益生菌，主要是各種雙歧桿菌、乳酸桿菌等，是人體健康不可缺少的要素，可以合成各種維生素，參與食物的消化，促進腸道蠕動，抑制致病菌群的生長，分解有害、有毒物質等。有害菌，數量一旦失控大量生長，就會引發多種疾病，產生致癌物等有害物質，或者影響免疫系統的功能。中性菌，即具有雙重作用的細菌，如大腸桿菌、腸球菌等，在正常情況下對健康有益，一旦增殖失控，或從腸道轉移到身體其他部位，就可能引發許多問題。人體的健康與腸道內的益生菌群結構息息相關。腸道菌群在長期的進化過程中，通過個體的適應和自然選擇，菌群中不同種類之間，菌群與宿主之間，菌群、宿主與環境之間，始終處於動態平衡狀態中，形成一個互相依存，相互制約的系統，因此，人體在正常情況下，菌群結構相對穩定，對宿主表現為不致病。有研究指出，體魄強健的人腸道內有益菌的比例達到70%，普通人則是25%，便秘人群減少到15%，而癌症病人腸道內的益生菌的比例只有10%。22. 生理功能有益菌菌群的生理功能：如果腸內有益菌菌群佔優，腸內黏膜呈現粉紅色，表示腸內環境相當良好。1、吸收水分，糞便較軟，較易排泄在胃部分解消化的食物，經由小腸吸收營養後，成為粘稠狀物體送至大腸。然後再經過18小時將水分及礦物質吸收，就變成容易排泄的糞便。腸道內環境良好時，糞便的軟硬適中，排便會較為順利。2、緩和的蠕動，能順利將糞便排出藉由腸的蠕動，將糞便緩慢的推送至肛門。如果蠕動過快或太慢，都將影響糞便的構成，導致便秘或者腹瀉。而如果腸內乾淨，則蠕動的速度就相當的有規律，糞便可順利排出。3、有助維他命的合成比菲德氏菌等好菌能維護肌膚的健康，並具有合成有助熱量產生的維他命B1、B2及B6等，以及與止血、骨骼形成有關的維他命K等之功用。健康的腸道，好菌會不斷繁殖，維他命的合成也可順利進行。4、迅速排出有害物質健康的腸道並非完全沒有壞菌的存在，有害物質多少會產生。當然還包括，吃進體內的食品化學添加物或是無法成為營養成分的物質。只要腸內環境良好，這些物質在開始危害身體前就被排出體外。5、避免病原菌的侵害比菲德氏菌等好菌可以刺激並提高身體的免疫機能，而且易引起食物中毒等病原菌因具怕酸特質，所以像是含有好菌的乳酸飲料或健康食品等，都可抑制病原菌在腸內繁殖。腸道有益菌菌群除了以上功能之外，對人體還有營養作用，如糖尿病、高血壓、高血脂等。B族維生素和非必需氨基酸對人類的毛髮具有重要的作用，當缺少這些營養元素，會導致頭髮脫落或毛髮發黃、發叉，容易折斷等現象。有害菌菌群的生理功能：如果有害菌菌群「勝利」了，腸內黏膜粗糙，血液不流通而呈暗紅色。1、排泄不順暢，腸內囤積糞便為幫助排便，糞便的軟硬程度要適中，但不健康的腸則因膳食纖維的不足，導致糞便囤積大腸，無法順利排泄；又或者是因壞菌的繁殖引起細菌感染，而產生腹瀉的發生。2、蠕動過快或太慢腸不健康，可能會影響腸的蠕動速度過快或太慢，妨礙糞便順利排出。糞便更會因此變太硬或太稀，最終導致便秘，腸道中過路菌群更因此加速繁殖，如此惡性循環下去。3、產生有害物質不健康的腸道是壞菌繁殖的絕佳場所，大量的壞菌會導致阿摩尼亞，硫化水素及糞臭素等有害物質的產生。這些物質不但是惡臭屁的來源，更會加速腸壁的老化，產生導致癌症的物質，成為大腸癌的發病根源。4、再次地吸收對身體有害的物質有害物質不會乖乖地待在腸內，它會隨著腸的吸收而跟著血液循環全身，引起疲倦、肌膚乾燥、頭痛、嘔吐等身體不適，會發生惡臭的物質更會經由血液，透過嘴巴或身體而散發出來。5、病原體容易侵入不健康的腸內，乳酸菌等好菌的量會變少，腸內呈鹼性。另外，因壞菌所產生的有害物質使腸壁所具有的免疫功能下降，導致腸內殺菌作用變弱，細菌或病原菌更容易侵入。3。生態平衡人類與微生物之間的動態平衡稱為微生態平衡，影響其微生態平衡的因素有外環境因素，也有宿主因素。外環境主要是通過改變宿主的生理功能產生的，如有益菌菌群，通過產生細菌素，抗生素和其代謝產物，以及爭奪營養，空間爭奪以阻止過路菌群入侵，保持自身的穩定性。生態平衡時，可以保持宿主的正常生理功能，如營養、免疫、消化等。生態失調可因慢性病，癌症，手術，輻射感染，抗生素不合理應用等引起。對腸內微生態失衡者，可以多進食含膳食纖維的鹼性食物，也可以補充微生態製劑如生態活菌素、雙歧桿菌或者水蘇糖等，更好的調節腸內微生態的健康。4. 分布情況健康人的胃腸道內寄居著種類繁多的微生物，這些微生物稱為腸道菌群。在人類胃腸道內的細菌可構成一個巨大而複雜的生態系統，一個人結腸內就有400個以上的菌種。[3]從口腔進入胃的細菌絕大多數被胃酸殺滅，剩下的主要是革蘭氏陽性需氧菌。胃內細菌濃度<10 3 CFU/ML（CFU即colony forming unit菌落形成單位）。小腸菌群的構成介於胃和結腸之間。近端小腸的菌叢與胃內相近，但常能分離出大腸桿菌和厭氧菌。在遠段迴腸，厭氧之間。近端小腸的菌叢與胃內相近，但常能分離出大腸桿菌和厭氧菌。遠段迴腸，厭氧菌的數量開始超過需氧菌，其中大腸桿菌恆定存在，厭氧菌如類桿菌屬、雙歧桿菌屬、梭狀芽胞桿菌屬，都有相當數量。在回盲瓣的遠側，細菌濃度急劇上升，結腸細菌濃度高達10.11 ～10.12 CFU/ml，細菌總量幾乎占糞便乾重的1/3。其中厭氧菌達需氧菌的10.3 ～10.4 倍。主要菌種為糞桿菌屬、雙岐桿菌屬和真桿菌屬。5. 影響因素影響腸道菌群的主要因素有4個方面：人體自身的因素（腸道的酸鹼性，膽汁及消化酶的分泌，腸道的蠕動，腸道黏液的分泌，腸道表皮的脫離等）以及人所處的環境因素（壓力，出差等）；人體攝入的飲食（可消化的食物與不可消化的纖維、藥物等）；細菌自身因素（細菌的黏附能力，繁殖能力，營養需求量，抗消化酶能力等）；細菌之間的相互作用（營養競爭，相互抑制作用，協同作用等）。腸道菌群處於健康的平衡狀態（大腸內的益生菌數量是有害菌的1千倍到1萬倍），致病菌或者條件致病菌以很少的數目存在，它們產生的有毒代謝物不足以對宿主的健康產生危害。但當上述所說的4個方面的因素急劇變化，腸道內有益菌數量大量減少，有害菌數量瘋狂增長，腸道菌群平衡被打破，人體就會出現腹瀉、便秘、消化不良等癥狀。腸道菌群平衡被打破，結果就是健康的受損。所以，為了保證腸道日常正常運作，除了在日常生活中合理飲食，正常作息外，還有補充足夠的益生元，增殖腸道有益菌，讓腸道保持健康。調查數據顯示，人體人均日常實際益生元入量為2—8g/d，距離人體日常所需最少攝入量——15g還有一定差距。所以，一般人要保證腸道每日所需益生元，則需要額外補充。[4]6健康聯繫引發肥胖上海交通大學生命科學技術學院微生物代謝國家重點實驗室趙立平領導的一項研究顯示，肥胖可能由細菌感染引發，而不是過度飲食、鍛煉太少或者是遺傳因素，這可能對公共健康體系、醫藥行業以及食品製造業產生深遠的影響。[5]在世界各地科學家研究了8年之後，中國的這一發現解釋了腸道細菌和肥胖之間的聯繫。開展這一研究的上海交通大學研究團隊的趙立平教授說：「這是一個非常重要的現象。這是證明細菌導致肥胖的最後一個此前缺失的證據。」科學家找到了與肥胖有關的人類細菌，並將其餵給老鼠，將它們的體重增加與沒有喂細菌的老鼠進行比較。儘管後者得到高脂肪食物餵食，並被阻止鍛煉，卻沒有出現肥胖癥狀。與該項目沒有聯繫的其他學者，很快對潛在影響發表了評論。杜倫大學(Durham University)生物學講師戴維?文考夫(David Weinkove)教授說：「如果肥胖是由細菌導致的，那麼它可能是傳染性的，可能來自一些不明環境因素，或者來自父母。到頭來它可能與行為無關。」文考夫認為，趙教授的研究為肥胖介入治療開闢了道路，可能開發出藥物來進行治療。自身免疫來自多倫多病童醫院的研究人員發現，生命早期接觸胃腸道細菌可幫助小鼠預防自身免疫性疾病。這項研究還揭示了相比於男性，女性多發性硬化症、類風濕性關節炎和紅斑狼瘡等自身免疫性疾病風險更高的原因。相關論文發表在1月17日《科學》（Science）雜誌上。該研究首次鑒別了飼養於相同環境中的雌雄性小鼠正常腸道微生物之間的差別，並證實將雄性腸道細菌轉移到高遺傳風險的雌性體內可以預防自身免疫性疾病。第二個意外發現是，揭示了腸道微生物治療對於性激素的影響。當年輕的雌性小鼠接觸到來自成年雄性的正常腸道微生物時，它們的睾酮水平升高。隨後科學家證實，這一激素對於腸道微生物治療預防這一疾病至關重要。發現動物的性別決定了它們的腸道微生物組成，且這些微生物影響了性激素水平，而激素轉而調控了一種免疫介導性疾病。[6]血壓調控一項研究發現，通過對兩個主要的短鏈脂肪酸（SCFAs）受體——嗅覺受體78 (Olfr78)和Gpr41起作用，腸道微生物群產生的短鏈脂肪酸（SCFAs）可能在調控血壓方面起到作用。Jennifer L. Pluznick及其同事發現，Olfr78在腎臟中表達，並且會響應短鏈脂肪酸（SCFAs），特別是響應丙酸鹽，而介導腎素分泌。當給小鼠提供丙酸鹽的時候，它們的血壓會出現幅度大而迅速的基於劑量依賴的下降，而敲除了Olfr78 的小鼠對這種效應特別敏感，這提示Olfr78的正常功能是提高血壓並對抗短鏈脂肪酸（SCFAs）的低血壓效應。相比之下，缺乏Gpr41基因的小鼠對丙酸鹽沒有低血壓響應，而這個劑量導致了野生類型的小鼠的強烈低血壓響應，這提示Gpr41參與到了對丙酸鹽做出響應降低血壓。通過給予抗生素而減少Olfr78被敲除小鼠的腸道微生物群生物質導致了它們的血壓增加，這提示腸道微生物群製造的丙酸鹽通過Olfr78受體調控血壓。這組作者提出，研究腸道微生物群和腎臟-心血管系統的串擾可能有助於更好地理解和治療高血壓。[7]治療過敏早期的微生物接觸、刺激可影響機體的免疫系統發育。腸道菌群通過促進腸免疫系統發育、誘導T細胞分化等多種途徑調節機體免疫功能，使之處於平衡狀態，從而避免或減少免疫相關疾病的發生。過敏性疾病的發生與機體自身免疫系統發育不全、免疫調控機制不完善有關，而腸道菌群可影響機體免疫系統且過敏患兒體內菌群分布較健康兒童有差異，提示腸道菌群與兒童過敏性疾病的發生相關。有研究報道益生菌對過敏性疾病的防治有積極意義，為過敏性疾病的防治提供新的途徑。[8]對抗癌症美國和法國的科研人員2013年12月發現，腸道菌群還能控制人體對癌症治療藥物的反應。法國巴斯德研究所等機構的研究人員在美國期刊《科學》上報告說，常用於癌症化療的藥物環磷醯胺能夠破壞腸道黏液層，讓腸道細菌進入循環系統，其中一些到達脾和淋巴結的細菌能促進形成免疫細胞，而後者會攻擊癌細胞。但當研究人員用抗生素殺死實驗鼠的腸道細菌後，環磷醯胺間接促生免疫細胞的能力會大大降低。《科學》同期發表的美國國家癌症研究院的另一項研究顯示，科研人員選取正接受化療、存活率為70%的癌症實驗鼠，並用抗生素殺死其腸道細菌。結果導致這些實驗鼠攝入的化療藥物不再起作用，它們的存活率在兩個月後下降到20%。研究人員測試了一種用來治療結腸癌的藥物奧沙利鉑。在測試對象的腸道細菌狀態理想時，這種藥物的效果最佳。但當使用抗生素殺死腸道細菌後，奧沙利鉑的藥效大打折扣。一般而言，醫生經常需用大量抗生素為癌症患者預防感染，但研究發現，抗生素可能會影響抗癌藥的療效。這兩項研究還顯示，對於不同的抗癌藥，助它們一臂之力的腸道細菌種類也不同。而此前得研究發現，某些種類的腸道細菌還可能促進腸癌發生，不可盲目地補充腸道細菌。[1]7最新研究期刊《生物學論文集》（BioEssays）的一項薈萃分析中，來自加利福尼亞大學舊金山分校、亞利桑那州立大學和新墨西哥大學的研究者們得出結論，這些微生物群可以通過迷走神經影響其宿主的進食模式。迷走神經是一條從腦延伸到腸道的神經，微生物群喜歡和它「戲耍」。[9]腸道菌群操控宿主的飲食模式是為了生存和繁殖，也是為了消滅隔壁的微生物競爭對手。腸道是這些細菌的戰場，操縱宿主的腦以使其攝取特定的食物是它們的主要武器。有時候它們甚至會因為令宿主吃下有害的食物而危及宿主。研究已經發現，腸道菌群不夠多樣性（也就是說一種細菌憑藉對腦的操控殺光了其他細菌）的人更容易肥胖。論文強調腸道菌群並不是肥胖的唯一因素，不過作者們確實發現一些研究表明，微生物群可能具有傳染性，包括那些造成過度進食的細菌。那我們為什麼不能馬上用一堆抗生素給我們腸道里的那些細菌來個種族滅絕？好吧，論文是這樣解釋的：這些微生物群具備「營養攝取和免疫發展」等重要功能，也就是說它們為我們提供維生素和礦物質，並且建立我們的免疫系統，以此作為居住在我們體內的回報。這些微生物群還幫助宿主消化特定食物。生活在日本的人有一種特殊的細菌幫助他們消化海藻。非洲一些食用高粱稈的兒童擁有能幫助他們消化纖維素的細菌。不過幸運的是，通過相對簡單的飲食習慣改變，每個人的微生物群也都很容易得到控制。如果你擔心你的微生物群構成，請了解通過飲食改變它或許僅僅需要幾分鐘——這是你腸道里的微生物群演化所需的時間，長也不過24小時——這是飲食發生改變後腸道菌群自我重建所需的時間。改變你腸道里的細菌或許有助於改變你的飲食習慣，反之亦然。「因為人們可以很容易地利用益生元、益生菌、抗生素、糞便移植和飲食改變來操控微生物群，對於肥胖和不健康飲食等難以通過其他方法解決的問題，改變微生物群為我們提供了一個易於操作的解決方案。」作者們在一份聲明中寫道。除了能讓生活更加健康，「針對微生物群採取行動還有可能防治包括肥胖、糖尿病乃至胃腸道癌症在內的多種疾病，」阿克提匹斯說，「對於微生物群對人類健康的重要性，我們只不過剛剛開始了解到冰山一角。」參考資料1．科研人員發現腸道細菌控制人體對抗癌藥反應．網易網．2013-12-03[引用日期2013-12-3]．2．武慶斌，鄭躍傑，黃永坤．兒童腸道菌群——基礎與臨床：科學出版社，2012.06：17-18．3．腸道菌群是如何分布的？．4．光岡知足．光岡知足說腸內革命：北方文藝出版社，2008．5．中國科學家發現肥胖的「秘密」．生物360．2012-12-19[引用日期2012-12-19]．6．Science：腸道微生物通過性激素來影響自身免疫風險．生物360．2013-01-21[引用日期2013-01-21]．7．2013年02月06日《PNAS》雜誌精選．生物360．2013-02-13[引用日期2013-02-19]．8．陳超.腸道菌群對人體免疫及兒童過敏性疾病的作用[J].國際兒科學雜誌，2013, 40(1)9．今晚吃什麼，腸道菌群來決定．科學人[引用日期2014-08-27]．
推薦閱讀：