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第三章人类微生物群系

第二节

       据估算，人的身体由30万亿个细胞组成，但是它却容纳了超过100万亿个细菌与真菌细胞，这些微生物朋友们与我们协同演化。考虑一下这个事实：此时此刻，你身体内70%~90%的细胞都不是人类细胞，而是微生物细胞。微生物寄居于你的每一寸肌肤， 你的口、鼻、耳，你的食管里、 胃里，尤其是肠道里。女性的阴道里也有丰富的细菌种类。

       在世界上已知的50个门的细菌之中，人体中已经发现 了8~12个。其中6个，包括拟杆菌门( Bacteroidetes) 与 厚壁菌门(Firmicutes)， 占了人体内细菌的99. 9%。与我 们人类“同居”最成功的微生物就从这少数几支种系传承下来，它们为人类微生物群系的形成奠定了基础。随着时间的流逝，它们演化出了特殊的功能，包括耐受酸性、利用特殊的食物、适应干燥或潮湿的环境，从而在人的体表与体内的 特殊微环境(niche) 里繁衍生息。

       这些细菌加在一起大约有1.3 千克重，与你的大脑相当，包含了上万种不同的物种。在美国，还没有哪个动物园有超过1000种动物。生活在人的体表与体内的微生物比动物园里的动物更加多样、更加复杂。

       当你还在母亲子宫里的时候，你的体内是没有细菌的， 但是随着分娩的进行，你很快就被数以万亿计的细菌占领了。在后面，我们将会讨论这个惊人的过程。对微生物而 言，从零增长到万亿只需要很短的时间。在人出生之后的头三年内，微生物陆陆续续地入住到人体，从起初的拓荒者到 后来的乔迁客，微生物的“移民"是一个井然有序的过程。

       最终，你身体的每个角落，无论是内里的脏腑还是外表的皮肤，都有独特的菌群栖息。胳膊肘上与脚趾缝里是完全不同的物种，胳膊上的细菌、真菌、病毒与口腔或者结肠里的微生物也完全不同。

       皮肤是一个巨大的生态系统，它比半块三合板稍大一 点，覆盖了约2平方米的平面、褶皱、导管和罅隙。这些空 间往往非常细小，要用显微镜才能看到。如果凑近观察，这些看似光滑的皮肤可能更接近于月球的表面，到处是环形山与沟壑。何种微生物在哪块皮肤上栖居取决于该区域是多油(比如面部)、湿润(比如腋窝)还是干燥(比如前臂)。汗腺和毛囊里有独特的微生物。有些细菌靠死去的皮肤细胞为 生，有些利用皮肤分泌的油脂维持湿度，还有一些可以抵御入侵的有害细菌或真菌。

说起鼻子，研究人员最近发现健康人的鼻腔内里生活着 许多典型的病原体，但是它们却没有致病。其中还有臭名昭著的金黄色葡萄球菌(Sta ph ylococcus aureus),它可能导至 疖子、鼻窦炎、食物中毒、血液感染，但是它也可以在鼻屋 里与人类和平共处，自顾自地营生。无论何时，人群里都有三分之一以上的人携带着它们。微生物在人体内最大的聚居地是消化道，这始于最上端 的口腔。如果你对着镜子观察，你马上就可以发现口腔可以分成不同的区城，比如牙齿、舌头、面颊以及口腔上颚，且每个位点都有许多不同的表面:舌头的上下表面、牙齿的不同表面、牙齿与牙限的交界处。可以说，在你的口腔里，每个表面上都生活着完全不同的细菌群体。美国国立卫生研究院从2007年开始启动了人类微生物组计划(Human Mi- crobiome Proiec),为期5年，我们由此获得了许多新知识， 该计划的目标之一是从 242位健康的成年人体内提取微生物样本，并对这些微生物的基因组进行测序分析。其中一个值得记住的结论是，虽然不同成年人所携带的细菌从整体上看非常相似，但每个人的菌群都有独特之处。我们微生物组的差异远远大于基因组的差异。这是一个我们将要一再提及的 事实——我们的微生物是因人而异的。 尽管如此，还是有一 些一般性的组织原则适用于整个人体微生物群系，我们将在谈到胃肠道的时候讨论它们。

       在人类微生物组计划中，口腔是重点取样区域。好几个科的微生物在多个口腔采样位点都很常见，比如韦荣球菌属(ilomellas)、链球菌属(Srreprococci)、 卟啉单脆菌属(Porphyromonads),但是它们的分布差异极大。而其他的 微生物只在非常有限的区域内出现。

       口腔中微生物最为富集的地带是牙龈缝隙(gingival crevice)，这里充满了细菌，其中许多是厌氧微生物，它们不仅不喜欢氧气，甚至会被氧气杀死。这听起来有悖常理———我们的口腔 每时每刻都有空气通过，空气中含有氧气，怎么会有大量的厌氧微生物?但是事实的确如此。这告诉我们，口腔里有许多特殊的微环境，在这些微小的区城里 厌氧细菌可以茁壮生长。

       有没有琢磨过为什么早晨刚刚醒来的时候你的口气会不那么清新?那是因为在大部分睡眠时间里，你其实都在用鼻孔呼吸，因此经由口腔的空气减少，厌氧微生物的数目上升。它们会分泌出许多挥发性的化合物，从而导致了“清晨口臭”。当你刷牙的时候，你就是在刷掉这些残留物以及这 些细菌本身，它们的整体数量下降，总体分布改变直到第二天又开始新的循环。

       产生气味的不止是口腔中的微生物，而是人体所有部位的微生物。在身体的某些部位。比如腋窝和腹股沟，微生物浓度非常高。其中占主导地位的微生物分泌出的味道更加令人不悦。尽管人类为控制这些异味发展出了一整套清洁护理产业，但这些气味的产生并非偶然。从昆虫到人类，每种生物体都具有其标志性的“微生物气味”。这些气味暗示我们谁是朋友、亲人、敌人、爱人，抑或潜在的配偶，它们还告诉我们何时宜于同房。母亲熟悉孩子的气味，孩子也熟悉母亲的气味。气味非常重要，而它们基本上都是微生物产生的。气味甚至决定了我们是否招蚊子，一旦我们理解了这背后的原理，我们就可能利用这此知识来躲避或者驱赶这些害虫。不过这已经不是本书要讨论的主题了。

       在口腔里，你的牙齿、唾液、酶与友好细菌开启了食物消化的第一一步。一旦食物离开口腔，它们就被送进了食管。 这是一个长长的管道，上承咽喉，下接胃部。一直以来，人们认为食管是无菌的。但在2004年，我们在其中发现了一个含有数十种微生物的群落，消除了这个误解。

       食物然后进人胃部，在这里，胃酸和消化酶帮助着消化的进行。胃部是强酸环境，但其中仍然有细菌生活着，包括通常占主导地位的幽门螺杆菌(上已提及)，其他的微生物 也可能存在.但是数量上要少很多。胃也会像甲状腺之类的腺体那样分泌激素。胃壁里有免疫细胞，能帮助抵御感染， 正如脾脏、淋巴结和结肠所做的那样。幽门螺杆菌对于胃酸 的分泌、荷尔蒙的产生、免疫力的维持都发挥着作用。

       下一站，小肠。这是一个更长的管道，包含了消化吸收所需的重要成分——去污剂、 酶、转运蛋白。大部分食物消化都发生在小肠，细菌当然也存在于此，不过数量相对较 少，大概是因为过多的微生物活动可能会干扰营养消化与吸 收的关键功能。

       最后，所有残留的食物抵达了结肠，这里细菌如织，“菌山菌海”。人体内的大多数微生物都寓居于这个边境地 带，数目极为惊人。每立方厘米结肠中所包含的细菌数量比 地球上的总人口都要多而你的结肠容积有几千立方厘 米。在这个浩瀚的“细菌宇宙”里，细菌们密密麻麻地拥挤 在一一起，分泌多种化合物，陪伴你度过每一天的人生旅程。 你也许认为这不过是生命不得不完成的又一笔交易: 我们为 它们提供住所，它们帮助我们生活。但是这未免失之过简。 许多人因为这样那样的疾病或者受伤而失去了结肠及其中所 有的细菌，但是他们依然可以健康地生活几十年。因此，尽管结肠中的海量细菌非常有用，但它们并不是必需的(如前 所述，这并不适用于你的整个微生物群系一丧失了整个微 生物群系很可能导致灾难性的后果)。结肠的微生物帮助降解素食纤维并消化淀粉。在一定意义上，所有抵达小肠末端的食物就已经被排出体外了，因为 你无法再消化它们。但是，结肠里饥饿的细菌还能进一步代谢许多残留物质。举例而言，苹果中的纤维素不会被小肠消 化，却能被结肠里的微生物利用。与此同时，这些微生物还分泌出一些短链脂肪酸，它们可以被肠壁细胞吸收并为人体所用。从这个意义上来说，这些微生物同样滋养了你!

       结肠中寄居的微生物为我们提取的能量最多可以占到食物总能量的15%。如同我们身上栖息的所有微生物，它们不只是萍水相逢的过客——我们彼此帮助， 协同演化。在所有的哺乳动物中，即使是那些数千万年前在进化上就已经分离开的物种，结肠微生物组成与功能依然非常相似。

       肠道环境温暖潮湿，并且在缓慢蠕动着，不同的区域里住着功能各异的微生物。有些能分泌特殊维生素的微生物可能生活在特定的小角落里，而那些将淀粉分解为简单糖类的 微生物可能生活在更大的社区里，这里当然会有竞争。正如在城市里，重要地段的停车位和私立学校的入学名额都广受追捧。许多需要同样营养物质的细菌都具有同样的酶类，就像狮子与猎豹追捕同样的猎物那样，这些细菌也为相似的食物而激烈竞争。在我看来，许多细菌都渴望潜身于那柔软的黏液层之下，它们为了避开胃酸或胆汁的暴风骤雨而竞争有限的庇护之所。与此同时，每天都有许多黏附在胃肠管道内壁的细胞被冲刷走，因此，今天的避难之地也许明天就成了流离之所。最后，当消化的终产物以粪便的形式离 开人体，大量的细菌细胞也随着脱落的肠道内壁细胞一起 被裹挟而去。总的来说，细菌及其残骸还有水分构成了粪便的主体。

       为了更好地理解微生物对人体代谢的重要性，考虑 一下如下事实吧:你血液里几乎所有的化学物质都是由微生物活动产生出来的。细菌同样可以消化乳糖、合成氨基酸、分解草莓或者海苔(如果你爱吃寿司的话)里的纤维。

       微生物的产物可以作用于血管内特殊的受体，帮你稳定血压(奇怪的是，这些受体也存在于你的鼻腔里)。这些感受器可以检测到肠道微生物分泌的小分子，而对这些分子的反应则会影响血压。因此，在你进食之后，血压可能会降低。有朝一日，我们是否可以利用这些细菌来更好地治疗高血压呢?非常有可能。

       细菌也在代谢药物。比如，全球有数百万的人在服用地高辛，这是从植物毛地黄中提取的一种药物，用于治疗各种心脏疾病。肠道是地高辛化学加工的第一站，随后地高辛被吸收。由于每个人的微生物群系组成不同，地高辛在肠道内的化学加工也因人而异，这决定了抵达血液的药物量，并且会带来不同的结果:若是剂量太低，药物不会起作用;若是剂量太高，又会有副作用，导致心脏问题、改变色觉或者引起呕吐。未来，医生也许可以通过减弱或者强化肠道微生物来控制地高辛进人血液的剂量。

       有些肠道细菌可以合成维生素K,它对于伤口处的血液凝结不可或缺，但人体自身的细胞却不能制造它。大约是因为细菌的效率更高，人体细胞干脆就依赖于细菌提供维生素K,而不必耗费能量兴师动众地亲自合成它。因此，在原始 的人类身上，那些获得了合成维生素K的细菌的人便比那些 需要自己合成或者从植物中获取维生素K的人多了竞争优势。在一定意义上，我们的祖先把这项关键的生理功能“承 包”给了细菌。我们为它们提供食物与住所，它们帮助我们 愈合伤口——一笔愉快的交易。

       有些微生物甚至可以合成“安定”(又名地西洋，一种 镇静性药物)。重症肝癌患者往往会陷人昏迷，但是如果给他们注射苯并二氮类(比如药物安定)的抑制剂，他们就会 醒来。这是因为健康的肝脏可以分解肠道微生物分泌的天然 形式的安定，但是功能受损的肝脏却不行，于是人体内微生物合成的安定就直接进人大脑，导致病人陷人昏迷。另外， 居住在新儿内亚高原的人们体内的微生物也有所不同。当地 人的食谱中90%都是红薯，蛋白质含量很低——他们能以此 为生，全靠体内的微生物。新几内亚原住民的肠道微生物能 利用红薯中的糖类来合成蛋白质——这些微生物和根瘤菌一样，它们固定空气中的氮气。并以此来制造氨基酸。

网络转载《消失的微生物》作者马丁·布莱泽。