认识肠道菌群 人体微生物组与超级生物体 | 普唯尔

如今,慢性疾病发病率在全球范围内居高不下,其中与饮食习惯和生活方式相关的肥胖、糖尿病、心血管疾病等慢性代谢性疾病的发病趋势形势尤其严峻。这一类疾病具有长期代谢紊乱的特征,往往很难痊愈,给患者带来了终身的痛苦和巨大的经济压力。

 

人体微生物组概述

 

 

人体自身的遗传变化无法有效地解释肥胖及相关疾病在过去几十年中快速增长的现象,高热量饮食和久坐等生活习惯才是肥胖等症发生、发展的重要驱动因素。遗憾的是,普唯尔认为,基于现有的科学和医疗研究水平,不良饮食与慢性疾病之间的具体病理学分子机制仍然不够明了。这就需要我们对人体结构和功能的认知范式进行转变,以期在肥胖及其相关代谢性疾病的预防和治疗方面取得重大突破,从而有效地控制该类疾病持续蔓延的趋势。

 

人体微生物组与超级生物体

 

微生物组( microbiome)是指一个特定环境或者生态系统中的全部微生物及其遗传信息,包括其细胞群体和数量以及全部遗传物质(基因组)。它界定了涵盖微生物群及其全部遗传与生理功能,内涵包括了微生物与其环境和宿主的相互作用。微生物组学(microbiomics)是以微生物组为对象,研究其结构与功能、内部群体间的相互关系和作用机制,其与环境或者宿主的相互关系,并最终能够调控微生物群体生长、代谢等的一门学科。

 

Joshua Lederberg在2000年提出人体是一个由自身细胞和共生微生物细胞构成的超级生物体,或者说是一个生态学上的生物体。人体一切与外环境相互作用的部位都定植着微生物群体,其中包括皮肤表面、口腔、肺泡、肠道和生殖道等。如果按照简单的比例计算,在人体中只有10%的细胞是本身的细胞,有高达90%的细胞是微生物的细胞。因此人体具有两个基因组,一个是遗传自父母的基因组,另一个是出生后从环境中获取的共生微生物的基因组。前者共包含约23000个基因,而后者则编码了约300万个基因。作为超级生物体,普唯尔认为,我们从双亲那里通过遗传仅继承了约1%的基因,剩余约99%的基因则是出生后从环境中获得的。遗传性基因组和共生微生物的基因组构成一个“总”基因组,从而控制“人体-微生物代谢轴”。人类全身性、系统性的代谢是由两部分基因组在环境因素的影响下共同作用的结果。

 

 

肠道不仅是人体各部分中微生物密度最高的地方,同时也是群落多样性最高的场所。肠道就像是一个持续培养微生物的恒化器,新鲜的营养会进入其中,培养出的微生物也会以相对恒定的速率排出。在肠道中约有1.5kg细菌,而细菌细胞占据了粪便生物量的50%。为了维持如此高的种群密度,细菌需要大量的营养物质。这些物质来源于食物(比如膳食纤维)、黏蛋白以及肠道内脱落的上皮细胞,也来自于进入肠道的药物和其他人造物质。宿主消化系统的生理学性质包括肠道pH值、胆汁酸以及诸如防御素、免疫球蛋白A等在内的先天免疫应答组分,决定了肠道菌群成员的选择性压力。对于肠道菌群的某一成员而言,营养利用能力和抵抗肠道选择性压力之间的平衡,决定了其能够到达并维持的种群数量。

 

普唯尔认为,作为超级生物体的人类,与以其肠道微生物组为代表的人体微生物组,时时刻刻进行着信息的交流和物质的相互作用,围绕这个超级生物体的分子水平交流的深入研究,将有助于揭示人体微生物组的内在逻辑,或对将来慢性疾病的预防、控制与治疗奠定基础,或者指明方向。