对生活在我们体内的数百万微生物的研究不断增加，为人类与肠道微生物组之间复杂的共生关系提供了新的见解。图片来源：美国国家过敏与传染病研究所，来自Unsplash。
你是否曾对某个决定或初次见面的人有过一种直觉或本能的感觉？这可能是由于肠道中的微生物在与你的大脑进行交流。研究表明，肠道微生物组可能在与免疫系统和大脑的协同作用下，在调节我们的行为中发挥重要作用。微生物影响肠道与大脑之间的通路，即肠脑轴，而饮食、压力和感染暴露等因素也会影响这一通路。尽管还需要进一步研究来理解微生物影响肠脑轴的机制以及如何利用这一点治疗疾病，但这个例子代表了众多关于微生物组及其在健康和疾病中作用的迷人研究之一。
微生物影响肠道与大脑之间的通路，即肠脑轴，而饮食、压力和感染暴露等因素也会影响这一通路。
人类微生物组研究日益增长
由于基因组技术的发展和分析成本的大幅降低，对人类微生物组的研究呈爆炸式增长。人类微生物组计划于2007年启动，是最早研究人类与其微生物组之间联系的大规模研究之一，到2024年，已有超过25万篇关于该主题的论文发表。全球微生物组市场也以类似的方式增长，2024年估计价值13亿美元，预计到2034年将增至89亿美元。与此同时，营养科学公司ZOE等企业提供的肠道健康检测服务，使个人能够检测自身肠道健康并获得个性化营养建议以改善健康。这个快速发展的领域和市场有可能为解决因西方饮食导致的肠道微生物组变化而日益增长的全球非传染性疾病负担提供新途径。
什么是人类微生物组？
尽管微生物组和微生物群这两个术语经常互换使用，但人类微生物组指的是这些微生物群及其结构元素（如蛋白质、脂质）和代谢物（如毒素和信号分子）。
我们每个人体内都生活着一个复杂的微生物群落，包括细菌、病毒、古菌（单细胞微生物）、真菌和其他微生物，它们共同构成人体微生物群。尽管微生物组和微生物群这两个术语经常互换使用，但人类微生物组指的是这些微生物群及其结构元素（如蛋白质、脂质）和代谢物（如毒素和信号分子）。这些微生物集中在肠道、口腔、肺部、阴道和皮肤等热点区域，每个区域都有不同的物种多样性。尽管组成微生物组的这些成分尺寸极小，但总体而言是庞大的，一个人所有微生物组集中起来估计体积为三品脱，重量略超一公斤。
微生物组从何而来？当你离开在胎儿时期发育的（大致）无菌环境后，这些微生物便定植于你的肠道和其他热点区域。在顺产过程中，来自母亲产道、从母体皮肤（如果是剖腹产）定植于新生儿。此外，通过母乳喂养、与其他看护者以及环境的互动，新的微生物不断被引入婴儿体内。出生约两年后，婴儿的微生物组组成开始接近成人微生物组。然而，微生物组并非一成不变。当个体的饮食或环境改变，或因抗生素治疗时，其组成会持续变化。在这一过程中，人类遇到的大多数新微生物并不会成为其微生物组的一部分，只有那些能与已有物种竞争的微生物才能定植下来。微生物组组成随时间以及个体间的这些变化引出一个问题：微生物组与健康和疾病有何关联？
微生物组在健康与疾病中的作用
大多数研究集中在肠道微生物组在健康和疾病中的作用，原因在于其庞大的微生物群落——约100万亿个微生物。一个健康的微生物组包含许多类型的微生物，尽管微生物群的具体组成因年龄、饮食等因素而异。我们与肠道微生物组之间的这种共生关系在人类健康中扮演重要角色，尤其在营养和免疫系统中。肠道微生物组为从食物中提取营养物质提供了独特的途径，并且还高度参与从简单物质合成更复杂有机分子（如维生素、氨基酸和脂类）的生物合成过程。例如，维生素B12完全由细菌合成，用于制造红细胞和维持神经系统。健康的微生物群落也稳定且能抵御外来病原体，这被称为定植抗性。即已建立的微生物群落通过竞争营养物质、产生化学物质和传播噬菌体等病毒来抵御外来微生物，从而使环境对外来微生物不友好。在阴道微生物组中，这种定植抗性对抵御性传播感染和尿路感染起着重要的保护作用。肠道微生物群也可能在免疫系统的成熟中发挥作用，并在阴道微生物组中驱动针对病原体的先天（快速、非特异性）免疫反应。
微生物群也被确认为肠脑轴的关键调节因子，调节着这种双向关系。小鼠研究表明，肠道微生物群影响认知、焦虑和抑郁相关行为。在黑猩猩和人类中也发现了类似结果，尽管其中一些研究规模有限，且未控制可能影响这些结果的其他因素。总体而言，一个健康的微生物组通常具有高物种和遗传多样性的特征，并有助于我们的营养和免疫系统。那么，一个不健康的微生物组又有什么特征呢？
微生物群失调……与微生物组中正常物种群落的改变有关，并进而导致免疫调节紊乱和慢性炎症。
健康的微生物组以共生为特征，而不健康的则以微生物群失调（即微生物群失衡）为特征。这一领域的大量研究表明，微生物群失调与心血管疾病、癌症、炎症性肠病和神经退行性疾病等疾病存在关联。微生物群失调与这些疾病的发展相关，因为它导致了微生物组正常物种群落的改变，进而破坏免疫调节，引发慢性炎症。此外，这些疾病通常伴随着某些微生物物种数量显著增加，而其他物种数量显著减少。该领域的研究现已非常广泛，但一个关键挑战仍然是：确定微生物组的这些变化是仅与这些疾病相关，还是它们主动导致了疾病的发生和进展。
对微生物组认识的提高推动了关于如何治疗或预防疾病的研究。目前最有前景的方法之一是在越来越多的临床试验中研究的粪菌移植。该方法将供体的粪便溶液引入患者的肠道。这在治疗复发性艰难梭菌感染方面最为成功，这种治疗已在英国获批使用，有效率高达94%，而传统抗生素治疗的有效率仅为31%。尽管取得了成功，但该疗法在其他疾病中的应用研究仍处于初步阶段，目前尚无足够证据评估其效果。
此外，人们对如何利用益生元和益生菌来恢复共生的微生物群落以及预防或治疗疾病也抱有浓厚的兴趣。益生元存在于我们无法完全消化但肠道微生物群可以发酵并用于产生短链脂肪酸（有益健康）的食物中，而益生菌则是活的微生物。不幸的是，目前关于益生菌或益生元在预防和治疗疾病方面有效性的证据有限。此外，有人担心一些测试益生菌和益生元的试验未能充分记录副作用，因此缺乏证明其安全性的证据。
抗生素是另一种用于调控肠道微生物组以预防或治疗疾病的工具。有初步证据表明，抗生素治疗可以通过减少与癌症发展相关的微生物来减缓癌症的进展。此外，还有非常初步的证据表明，抗生素治疗可以作为癌症的免疫疗法，因为它在小鼠模型中能引发抗肿瘤免疫反应。然而，抗生素治疗有损伤或根除有益健康的正
常微生物群的风险，因此可能存在不良影响。抗生素的潜力还受到以下证据的挑战：抗生素使用与结直肠癌风险增加有关。
此外，越来越多的证据表明，微生物群是药物反应的关键调节者，能增强或减弱药物效果。目前的研究主要集中于理解微生物群如何影响药物的吸收、分布、代谢和排泄，这为研究如何根据这些调节效应调整药物奠定了基础。
记住你的微生物组
我们常常认为人体由细胞或器官组成，但不应忘记我们与微生物群落共享身体。从出生起，它们便定植下来，帮助我们的营养和免疫系统。然后，我们在照顾新生儿时将这些微生物群落传递下去，它们与我们一同适应生命经历和衰老过程。主要得益于测序技术的进步，微生物组的秘密正在被揭开。这为许多疾病（尤其是慢性病）提供了关键见解，并已催生了诸如粪菌移植治疗复发性艰难梭菌感染等有前景的疗法。随着研究持续破译人类微生物组的奥秘，这个充满希望且快速变化的主题值得密切关注。
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