（左至右：凯特琳·韦尔什博士和萨姆·福斯特副教授。（图片来源：哈德森医学研究所））
放屁不仅仅会让人尴尬一笑或迅速离开拥挤的房间。莫纳什大学（Monash University）和哈德森医学研究所（Hudson Institute of Medical Research）的科学家们发现，作为放屁主要成分的氢气，在维持健康肠道方面发挥着至关重要的作用。
在发表于《自然·微生物学》（Nature Microbiology）的一项研究中，凯特琳·韦尔什博士及其同事描述了一种鲜为人知的酶——B组[FeFe]-氢化酶——如何帮助肠道细菌茁壮成长并保持消化过程正常运转。
韦尔什表示："大多数人每天排出约一升气体，其中一半是氢气。但氢气不仅仅是放屁背后的气体——它是肠道健康的隐形引擎。"
（用于培养人体胃肠道细菌的琼脂平板。（图片来源：莫纳什大学））
研究方法
研究人员想要了解哪些微生物酶在人体肠道中产生氢气，以及它们在健康和疾病状态下的活性如何变化。通过对300多个粪便DNA样本和78个RNA表达谱的分析，他们发现B组[FeFe]-氢化酶在健康个体中是迄今为止最丰富、最活跃的产氢系统。
平均而言，这种酶存在于约62%的肠道细菌中，特别是属于拟杆菌属（Bacteroides）的细菌，这些细菌以分解复杂碳水化合物而闻名。研究人员还检查了42位捐赠者的肠道组织样本，发现该酶在肠黏膜中同样活跃，这表明它的作用不仅限于废物处理，还涉及真正消化发生的地方。
这种酶的特殊之处
为确认其活性，科学家们在发酵条件下培养了19种肠道细菌，这与肠道消化食物的条件相同。13种菌株携带B组[FeFe]-氢化酶基因，几乎所有菌株都产生了可检测的氢气——在实验室实验中高达3%。缺乏该酶的细菌则不产生氢气，证实了其关键作用。
该酶通过一种称为铁氧还蛋白（ferredoxin）的分子在发酵过程中回收电子来工作。当科学家引入丙酮酸和辅酶A等特定化合物时，氢气产量增加了近14倍，表明该酶利用这些化学反应来产生气体。
当抑制剂关闭一种名为丙酮酸:铁氧还蛋白氧化还原酶的姐妹酶时，氢气生产完全停止。这一联系揭示了该酶与肠道发酵过程的独特关联。
即使细菌暴露在可用于呼吸的类似氧气的化合物中，氢气仍占其总能量输出的近10%。这表明即使细菌转换代谢方式，该酶仍然保持活性。
疾病中的变化
该研究的关键发现之一是健康个体和克罗恩病患者之间的差异。B组[FeFe]-氢化酶基因在健康肠道中数量丰富，但在克罗恩病患者中减少了约22%。与此同时，其他产氢酶类型——特别是A1组[FeFe]和4a组[NiFe]家族——变得更为常见。
莫纳什大学"全健康微生物学"（One Health Microbiology）团队负责人、共同资深作者克里斯·格林宁教授表示："这些模式表明，疾病中的氢循环从根本上是不同的。我们尚不清楚这种变化是导致疾病的原因还是疾病的结果，但显然氢代谢与肠道健康密切相关。"
（七个肠道拟杆菌分离株中与发酵相关基因（包括B组和A3组[FeFe]-氢化酶）的平均转录水平(TPM)，三次重复实验。（图片来源：《自然·微生物学》））
在2型糖尿病、肝硬化、结直肠癌和动脉粥样硬化等疾病中也观察到了这种酶的失衡，表明氢代谢可以影响或反映整体健康问题。
肠道微生物的新视角
到目前为止，大多数科学家认为肠道氢气主要是梭菌纲（Clostridia）细菌的产物。这项研究通过表明，在B组[FeFe]-氢化酶的作用下，拟杆菌属物种很可能是真正的主力军，颠覆了这一前提。这些细菌不仅产生氢气，还在肠道复杂的微生物群落中保持电子流动。
氢气不仅仅作为放屁排出——它被其他微生物回收用于能量。一些细菌和古菌利用氢气合成甲烷或硫化氢等分子。当这种回收过程失衡时，它可能会影响调节炎症、代谢甚至情绪的其他分子的产生。
为何这很重要
氢气名声不佳，但在你的肠道中，它正在做着重要的工作。它影响微生物群落，帮助消化，甚至可能影响远离胃部的疾病。格林宁教授表示："肠道中的气体产生是一个正常过程。当细菌分解食物时会产生大量氢气，然后被其他微生物用于能量。"
（病例对照研究中健康个体与克罗恩病患者氢化酶基因水平比较。（图片来源：《自然·微生物学》））
共同资深作者、哈德森研究所微生物群与系统生物学实验室负责人萨姆·福斯特副教授表示，理解这些系统最终可能导致更好的微生物组疗法。他说："通过了解这些系统的功能，也为我们打开了治疗干预的新可能性，其中一些我们甚至尚未想到。"
目前，该团队的工作强调，肠道气体不仅仅是一种生物学怪癖——它是你体内生态系统如何运作的重要标志。
研究的实际意义
这一发现使科学家们更清晰地了解消化在分子水平上的工作原理以及肠道气体成分的重要性。氢代谢也可以成为肠道健康的新指标，让医生能够更早、更准确地诊断克罗恩病等疾病。
它还可以开辟基于微生物组的疗法，恢复产氢细菌和耗氢细菌之间的正常平衡。
从长远来看，对这种小酶的理解可以转化为对胃肠道疾病更有效、更温和的治疗方法——以及更好地理解你的肠道气体试图告诉你什么。
研究结果已发表在《自然·微生物学》期刊的在线版上。
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