益生菌 第170页

膳食纤维对于人体健康至关重要，有着治疗便秘、预防胆结石、控制体重等好处，被营养学界认定为第七类营养素，与蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质与水6大营养素并列。一旦膳食纤维摄取过少，易增加肠癌、便秘等疾病的发病率。

除了我们自身，缺乏膳食纤维，对寄生在我们肠道内的微生物群会产生什么影响呢？最新一篇发表在《Cell》期刊的文章证实，缺乏纤维会导致肠道微生物处于“饥饿”状态，从而迫使它们吃我们！

肠道微生物组

人体内共生着数亿万亿计的微生物，它们与我们的健康息息相关，被称为“藏在人体内的黑科技”。其中，95%的微生物组居住在我们的胃肠道中，构成“肠道微生物组”。肠道微生物组中的细菌种类超过1000种，DNA容量是人类基因组的150倍。2/3肠道菌群因人而异。

肠道微生物组与宿主之间并不是简单的共生关系，它们负责形成免疫屏障防御病原菌入侵，帮助消化肠胃无法吸收的食物，生成一些维生素……。一旦肠道菌群结构和种类遭到破坏，紊乱的微生物系统易引发肥胖、糖尿病、肝脏疾病、炎症性肠病、肠易激综合征、腹泻、哮喘、自闭症、多发性硬化症甚至于衰老。

肠道微生物多集中于肠道黏液层。黏液是粘膜系统的一部分，对于防御外源病原物入侵有着重要意义。

缺乏纤维，肠道菌群会蚕食黏液和肠壁

来自于密歇根大学医学院微生物学的副教授Eric Martens和卢森堡卫生研究所的Mahesh Desai带领团队完成了这一研究。它们构建了无菌小鼠，并培养在无菌环境中。这意味着，这些小鼠肠道内并没有微生物群。随后，研究人员将14种正常存在于人类肠道中的细菌移植入无菌小鼠中。

通过基因组测序技术，研究人员能够追踪每一个细菌的进化模式。他们借助无菌处理和遗传技术，试图解析不同膳食结构（富含纤维、不含纤维）对细菌活动的影响。

研究人员定制了3种食物：含有15%纤维的食物；富含可溶性纤维的食物（类似于膳食补充剂）；不含有纤维的食物。他们以不同的食物喂养试验小鼠，并用大肠杆菌感染它们。

结果发现：富含15%纤维的食物喂养的小鼠，它们肠道被感染的程度最轻。因为它们肠道黏液层较厚，可以防御细菌入侵。但是，如果小鼠摄取的是不含有纤维的食物，它们体内的肠道菌群会因为饥饿而“吃”黏液。一旦长期缺乏纤维，肠道菌群甚至于会“蚕食”肠壁。而且，使用富含可溶性纤维食物的小鼠，它们体内的肠道菌群依然会呈现出“饥饿”状态。

同时，肠道菌群会为了消化碳水化合物而分泌1600种不同的酶类。一旦缺乏纤维，肠道菌群会倾向于生成降解黏液的酶类，从而造成黏液层变薄。

总结

肠道微生物以纤维为食物，一旦缺乏纤维，它们会开始降解黏液。对于正常的肠道，黏液的生成和降解处于稳态。但是缺乏纤维，黏液的降解速率会比生成速度快。这无疑会增加肠道被感染的几率。

这一围绕纤维、肠道菌群和肠道屏障系统的研究提醒我们，均衡膳食合理补充纤维的重要性，因为一旦缺乏纤维，肠道菌会吃你！

饮食会直接影响肠道菌群，从而很可能会进一步影响肠道黏液以及相关疾病的发生。下一步，Martens和Desai希望研究不同的膳食结构对人类肠道菌群的影响，试图弄清楚低纤维饮食与炎症性肠病等慢性疾病之间的关联性。

参考资料：

Eating fiber keeps gut microbes from eating you

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3篇Cell绘制：肠道微生物、遗传、环境因素对免疫系统的影响 | Cell封面

肠道微生物组有多重要? 可能取决于你的基因

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葡萄牙Gulbenkian研究所（IGC）的研究团队在本期《Cell》杂志上发表了一项突破性研究，他们发现肠道菌能帮助人体建立抵御疟疾的天然防御机制。

近年来人们发现，人体内共生的肠道菌会影响维持机体健康的许多生理过程。有些肠道菌表面表达有糖分子，这些糖分子被称为聚糖（glycan）。人体免疫系统识别这些聚糖之后，能生产高水平的天然循环抗体。科学家们推测，针对肠道菌表面聚糖的天然抗体，可能也识别病原体表达的类似糖分子。

Miguel Soares实验室的Bahtiyar Yilmaz博士发现，人体肠道中的一种E. coli能表达疟原虫的聚糖alpha-gal。而且这些肠道菌的alpha-gal，足以诱导机体生成天然抗体，识别疟原虫表达的alpha-gal。这些anti-alpha-gal抗体能激活补体级联（complement cascade），召集免疫系统的其他成员来杀死疟原虫，阻止这种寄生虫走出皮肤。成年人被蚊虫叮咬时会出现高水平的anti-alpha-gal抗体，阻止疟原虫从皮肤进入血液，从而阻断疟疾的传播。

人们早就发现，在疟疾活跃的地区只有一部分成年人被蚊虫叮咬之后会感染疟疾，而三、五岁以下的儿童明显更容易受到感染，这说明成年人拥有天然的防御机制。Miguel Soares的研究团队发现，anti-alpha-gal循环抗体水平最低的人，最容易感染疟疾。相反，anti-alpha-gal循环抗体水平最高的人，对疟疾感染不那么敏感。他们指出，婴幼儿容易感染疟疾，是因为他们体内还没有生成足够水平的anti-alpha-gal天然抗体。

Bahtiyar Yilmaz用人工合成的alpha-gal免疫小鼠，结果小鼠体内生成了高水平的anti-alpha-gal循环抗体，这些抗体对于蚊子传播的疟疾有很高的保护力。合成alpha-gal比较容易，成本也更低。现在的问题是，要确定这种策略是否能在人体特别是婴幼儿中起到同样的保护效果。

全世界大约有三十四亿人面临着疟疾感染的风险，2012年WHO数据显示，约有四十六万五岁以内的非洲儿童死于这种疾病。

“我们观察到，三岁以内的儿童没有足够水平的anti-alpha-gal抗体，这可能就是他们对疟疾如此敏感的原因。我们发现的保护性机制，可以开发成标准的疫苗接种策略，帮助人体生成高水平的抗体，拯救大量儿童的生命，”Miguel Soares补充道。

原文检索：

Bahtiyar Yilmaz, Silvia Portugal, Tuan M. Tran, Raffaella Gozzelino, Susana Ramos, Joana Gomes, Ana Regalado, Peter J. Cowan,Anthony J.F. d’Apice, Anita S. Chong, Ogobara K. Doumbo, Boubacar Traore, Peter D. Crompton, Henrique Silveira, Miguel P. Soares. Gut Microbiota Elicits a Protective Immune Response against Malaria Transmission. Cell, 4 December 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.10.053

肠道微生物是近几年医药研究领域的热点，被誉为人类的”第二基因组”，同时也是人体内的一个“隐形”器官。近期，一篇发表在《Science》期刊上的文章揭示：肠道菌与肝脏的抗肿瘤免疫反应存在关联，前者是后者的重要调控因子。

图片来源：CC0 Public Domain

来自于国家癌症研究所（CCR）的科学家们发现，利用抗生素治疗肝癌小鼠，可以有效减少肿瘤大小并抑制其转移。通过深入研究发现，这主要源于肠道细菌对肝脏免疫细胞的影响。文章作者Tim Greten教授认为，这一发现对了解肝癌致病机制以及治疗有一定的指导意义。

DOI: 10.1126/science.aan5931

1肠道菌影响肝脏的抗肿瘤免疫

在这项新研究中，他们构建了3种肝癌小鼠模型，并发现在给小鼠服用抗生素“鸡尾酒”后，其体内的肝脏肿瘤会缩小。

那么，抑制细菌与肿瘤之间存在怎样的关联？为了找到答案，研究人员将目标转向肝脏中的免疫细胞。结果发现，抗生素治疗会上调小鼠肝脏中一类免疫细胞——NKT细胞的数量。

进一步试验表明，正是因为这些NKT细胞的增加，才促使肿瘤缩小。随后，他们发现，NKT细胞在肝脏内的累积，得益于肝脏毛细血管内细胞表面的CXCL16蛋白表达量的增加。

最后，研究团队发现，一种细菌——梭状芽胞杆菌（Clostridium scindens）会控制小鼠肠道内胆汁酸的代谢，并逐步影响CXCL16的表达、NKT细胞的累积以及肝癌的生长。

2研究意义

虽然已有很多研究表明肠道细菌和免疫系统之间存在关联，但是这项研究意义重大，因为它不仅确定了一种相关性，还解析了细菌影响肝脏免疫反应的完整机制，即肠道微生物利用胆汁酸作为信号分子调控NKT细胞反应，从而对肝脏肿瘤产生影响。

同时，他们还发现，胆汁酸会调控人类肝脏中CXCL16蛋白的表达。虽然这些结果还是初步的，但是为解析肝癌机制提供了新思路。

责编：悠然

End

参考资料：1）Study finds gut microbiome can control antitumor immune function in liver

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1.   IBS伴随着肠道菌群多样性的减少和不稳定的变化；

2.   许多研究发现IBS病人肠道中厚壁菌，主要是Ruminococcaceaespp（疣微菌）和Clostridiumcluster XIVa（梭菌）的丰度增加，拟杆菌的丰度减少；

3.   IBS往往伴随着结肠内短链脂肪酸的产生，这种变化会导致IBS相关的内脏痛和肠运动。

4.  归于古细菌类的产甲烷细菌会消耗多余的氢气，产生大量的甲烷气体。史氏甲烷短杆菌是人类肠道内的主要产烷细菌，尤其在便秘主导的IBS患者肠道内大量增加；

5.  IBS病人中发现Lachnospiraceae（毛螺菌科）和Clostridium clusterXIVa（梭菌）细菌大量增加，这些细菌能够产生鞭毛蛋白，这些鞭毛蛋白能被固有免疫系统识别，从而产生IBS相关的低度粘膜炎症；

6.  针对IBS的微生物疗法，1）使用益生菌，如bacteria—L. acidophilus(KCTC 11906BP), L. planta rum (KCTC11867BP), L. rhamnosus (KCTC11868BP), Bifidobacterium breve (KCTC 11858BP), B. lactis (KCTC 11903BP),B. longum (KCTC 11860BP), Streptococcus thermophilus (KCTC 11870BP)的混合使用能够显著改善IBS患者的生活质量；2）使用益生元，使用半乳寡聚糖能够显著提高肠道内双歧杆菌Bifidobacteriumspp的含量；3）抗生素rifaximin（利福昔明）的使用能够改善IBS的症状。

研究发现，肠道菌群与痛风的发生关系密切。人体2/3的尿酸由肾脏排泄，而其余部分则主要由肠道承担。

对肠道排泄尿酸的机制进行研究，人们发现肠道内细菌在嘌呤的代谢过程中扮演着重要的角色。

例如，肠道内的一种大肠杆菌能分泌黄嘌呤脱氨酶，而该酶能将次黄嘌呤、黄嘌呤转化为尿酸。而将尿酸转化为尿囊素、尿素的尿酸酶广泛存在于Lactobacillus和Pseudomonas中，而这2种细菌是人体肠道菌群的共同组成部分。

肠道菌群不仅与尿酸代谢关系紧密，甚至也与痛风的急性炎症相关。

研究者从比较痛风患者与健康对照者及其他疾病患者的肠道菌群差异角度来分析肠道微生态与痛风关系。他们发现：

①与健康者相比，痛风患者肠菌中富含Bacteroides caccaehe Bact和Bacteroidesxylanisolvens，而另2种菌（Faecalibacteriumprausnitzii和Bidobacteriumpseudocatenulatum）缺失；

②痛风肠菌的特点与糖尿病肠菌的特点更为类似，都表现为缺乏Faecalibacterium prausnitzii以及丁酸盐的合成降低。

研究者将痛风患者肠道菌群中特异性表达的17种细菌进行组合，建立一个诊断模型。该模型的准确性高达88.9%。

研究者对菌群失调导致痛风急性发作的机制进一步研究。他们观察到：正常情况下，在注射尿酸盐结晶动物模型中可以观察到关节的炎症的发生，中性粒细胞内流，白细胞介素1β（interleukin1β，IL-1β）和C-X-C基序趋化因子1（C-X-C motif chemokine 1，CXCL1) 炎症介质释放。

而在注射尿酸盐结晶的无菌小鼠模型中，上述现象并没有出现。其原因是：在无菌动物模型中，短链脂肪酸缺乏，而它是炎症小体必不可少的组成部分。这表明人体共生菌构建了人体对痛风性关节炎炎症的应答。

总体来说，目前该领域的研究报告较少，但从现有的资料来看，人体的肠道菌群不仅参与尿酸代谢，且参与了炎症因子的释放，在痛风的发病发展过程中起着关键的作用。鉴于饮食健康与痛风发病率的紧密联系，有必要深入开展痛风肠道微生态研究，为最终的临床治疗和疾病的预防提供有益的探索。

当前，肠道微生态导致痛风发生的机制研究主要集中于生化方面，如尿酸的代谢、炎症因子的释放。高水平的尿酸、关节的疼痛只是痛风的外在表现，其深处是免疫问题。

而研究已证实肠道菌群参与了免疫的调节。例如，小鼠中肠道菌群的DNA作为一种天然免疫佐剂，可通过TLR９调控T细胞（regulatory cells，Tregs）的转化促进自身免疫性疾病的发生。因此，有理由认为肠道微生态与痛风免疫机制的发生紧密相关。

现代医学研究发现，痛风发生的机制主要涉及4个：

1）尿酸生成过多；

2）排泄过少；

3）炎性反应发生；

4）免疫调节

西药主要针对痛风发病机制中的某一环节而达到抗痛风作用，如别嘌醇抑制嘌呤的生成、苯溴马隆促进尿酸的排泄。  

研究已发现肠道菌群作用于痛风患者的途径有两条，分别为：

1）肠道细菌参与了嘌呤的代谢

2）肠道细菌抑制抑炎因子的释放，促进促炎因子的释放。

今后，科学家们将会继续深入从肠道菌群方向研究和探索痛风的改善方案和治疗方案。

文章参考自：《免疫学杂志 2018年11月 第34卷 第11期——痛风肠道微生态研究现状与思考——李君霞，王茂杰，黄闰月 * ，陈秀敏，赵 越，黄清春》

癌症这个词总是带着一种魔力，在它没有出现的时候总感觉离我们很远，当他无声无息来的时候又是那么残酷，什么也阻止不了它的生根。癌症无情，但人有情。

“当我哥哥告诉我的时候，我是懵的”。四年过去了，王芳姐告诉我们母亲由一开始无法下床，到现在的可以学习行走，由一开始的吃一顿饭要两三个小时到现在只要半个小时，再次说出这句话的时候，王芳姐稍显平静，毕竟所有事情都在向着好的方向发展，所有事情都已经扛过去了。

王芳姐告诉我们母亲之前是个性子很急的人，而且胆子也很大，但是后来得病后整天在床上卧着，就好像变回了一个小孩子，胆子变得特别小了，拍摄完后我也知道了，奶奶那会儿要回去躺着不是因为身体不舒服，而是在摄像机面前实在太紧张了。

以前家里大小事母亲都会过问，后来得病后，就变成父亲一直帮忙打理了，父亲是个退休教师，现在每天负责和我一起照顾母亲的起居，好在母亲在往好的方向发展。王芳姐这么向我们介绍了她的父亲。爷爷在我们采访这会儿正睡着午觉在，呼噜声即使隔一道房门也还听见，听起来中气很足，很健康。

今天主要是王芳姐有时间了来照顾母亲，顺带也等着我们的采访。

我想照顾奶奶也算是给爷爷的退休生涯又安排了点事情了。没退休前为了家里工作，退休后专门为了老婆工作，核心思想到没变，疼老婆。

四年时间里，很多人在背后一直支持着王芳姐，不像大部分报道的那样，家里出现了重病之后就各种闹矛盾，在王芳姐家里，大家更多的是朝着一个方向各自尽各自的努力。她很感谢她的先生和她的哥哥、嫂嫂，感谢哥哥是因为她与自己先生经济情况一般，所以在钱上他哥哥承担了大部分，而自己主要负责多多照顾母亲。

而在她每次照顾母亲的时候，他的先生也没有多说什么，王芳姐去照顾母亲，王芳姐的先生照顾孩子，这两件事情很自然的进行，她很感谢她先生。

像她说的那样，大家都朝着一个方向尽自己所能去做。

在健康人体的肠道内，存在着 100万亿之多的微生物，它是人体总细胞的10多倍。100万亿是个什么概念呢，地球上的人口约有 65亿，而 100万亿相当于 65亿的 1万多倍。如果将一个人的

道菌群排成一列，其长度约可绕地球两周多。肠道菌群汇集在一起会形成奶油色糊状物，体积有1升左右。寄生在人体内的微生物大多以菌落的形式存在。

人体内约80%的微生物都生活在肠道里。人体肠道内的微生物中，超过99%都是细菌，有500～1000个不同的种类。

这些细菌在肠道分布并不均匀，细菌们都喜欢在大肠里面聚集。大肠与小肠内的细菌数量之比约为 10万比1。这可能是因为小肠内含有较多的消化酶和抗菌物质，而且小肠比大肠蠕动快得多。小肠中紧接着胃部的十二指肠细菌数量最少，靠近大肠端，细菌数量和种类不断增多。到了大肠，生存着1000多种细菌，分属 190多个不同的属，其中大部分可以体外培养鉴别出来。各种菌群种类、数量、比例和分布都是有规律的，如双歧杆菌主要栖息在大肠的肠黏膜上，乳酸杆菌栖息在小肠，它们与肠道内的其他微生物构成一个生态平衡体系。

肠道中有好菌，有坏菌，也有两面性的中性菌。好菌，我们称之为益生菌，主要是各种双歧杆菌、乳酸杆菌等，是人体健康不可缺少的要素，可以合成各种维生素，参与食物的消化，促进肠道蠕动，抑制致病菌群的生长，分解有害、有毒物质……坏菌，数量一旦失控大量生长，就会引发多种疾病，产生致癌物等有害物质，或者影响免疫系统的功能。具有双重作用的细菌，如大肠杆菌、肠球菌等，在正常情况下对健康有益，一旦增殖失控，或从肠道转移到身体其他部位，就可能引发许多问题。

道内的菌群建立始于我们出生的那一刻起，我们刚出生就可以从周围环境中获得这些微生物。婴儿出生前营养都是从母亲的血液中获取。母亲的血液是无菌的，婴儿的肠道没接触外来的食物和空气，自然也处于无菌状态。出生后随着呼呼吸与进食，肠道开始不断积累各种细菌。在母乳喂养的婴儿中，著名的益生菌——双歧杆菌（主要有两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌）占粪便菌群量的80%～90％，比人工喂养的婴儿粪便中的双歧杆菌数量要高。这可能是因为人工配方奶粉容易使肠道处于弱碱性，不利于双歧杆菌的生存。所以，非母乳喂养的婴儿最好选择添加有低聚果糖等益生元的奶粉和补充含有活性益生菌的保健品，帮助宝宝建立抵御疾病的益生菌防线。

3岁以前，以双歧杆菌为首的益生菌是肠道的绝对优势菌，其他细菌只占1%的比例，婴儿断奶前的大便很干净，一点也不臭，断奶后（不需母乳和人工配方奶粉作为食物），吃饭逐渐和成人接近，大便也变得和成人一样臭，就是肠内菌群发生了改变，双歧杆菌的比例下降到10%左右，拟杆菌等中立菌增多，加上乳酸菌等，有益菌的势力依然占据优势，这时肠道内细菌的生态平衡格局就基本稳定下来，数量最多的是拟杆菌、真杆菌、消化球菌；第二多的是双歧杆菌（益生菌）；第三多的是大肠杆菌，链球菌；第四多的是乳杆菌（益生菌）；第五多为梭状芽孢杆菌和葡萄球菌。这种格局可贯穿健康人的整个成年期。断奶婴儿、儿童和成年人粪便中（从肠道出来可体外培养的）菌群组成相似。但 50岁以后，双歧杆菌等有益菌却趋于下降，产气荚膜杆菌等有害菌的数量上升，肠道菌群的组成会发生显著变化，老年人就经常出现便便秘、大便异味的症状了。所以，老年人也要额外补充益生菌（特别是双歧杆菌）。

肠道健康是人类健康的基础，有益菌群是肠道健康不可缺失的要素！疏果成分可以选择性成百倍的增殖肠道有益菌。

有读者向我反映昨晚的文章太过于专业化，很难理解，希望大家下次有问题可以直接留言，我会尽力向大家解答，如果小编也不能解答，那么小编会去找王博士帮各位解答的。

（提前透露下，明天的文章也是会偏专业的！做好带着汉语字典英语字典看的准备…当然我会尽可能在下面将可能的难理解地方注释出来的。）

肥胖发生过程历时较长，主要原因在于长期的能量摄入过多和机体代谢水平降低，对脂肪的利用能力下降，导致脂肪在体内蓄积。以往减肥药物的开发主要围绕减少能量摄入和抑制食欲中枢，但这些药物改善肥胖的效果并不理想并且存在严重不良反应，因此近年来肥胖的治疗思路主要通过调节机体能量摄入和改善机体代谢水平控制体质量。

肠道菌群与机体能量代谢关系紧密，国内外均十分关注肠道菌群与肥胖之间的关系。肠道菌群失调可直接诱导肥胖的发生发展，其引起宿主肥胖的过程复杂，涉及多种机制与通路，目前对此过程尚无完整、系统的认识，通常肠道菌群通过对能量摄取、能量代谢和免疫等多种途径的调节发挥作用。

临床上应用益生菌和益生元改善肠道菌群失调，通过调节肠道微生态失衡改善肥胖，控制体质量。逆转肠道菌群失调，控制甚至减轻肥胖可能是一种行之有效的手段，但目前仍需要开展大量的研究工作。

Ridaura 等研究了胖瘦不一的同卵双胞胎的肠道菌群对肥胖的影响，将不同胖瘦的同卵双胞胎的肠道菌群分别移植同时给喂食相同低脂高膳食纤维食物的无菌小鼠，结果发现：

1、供体的胖瘦表型能分别通过各自的肠道菌群转移给相应的受体小鼠，

2、胖瘦表型不同供体的肠道菌群移植后，组间小鼠的脂肪含量差异具有统计学意义

随后将胖小鼠与瘦小鼠合笼饲养并喂食低脂高膳食纤维食物，结果发现：

1、瘦小鼠仍保持瘦的表型，

2、肥胖小鼠体质量明显下降，

原因是：

1、瘦小鼠具有正常的肠道菌群而肥胖小鼠的肠道微生态被破坏

2、由于小鼠有互食粪便的习性，瘦小鼠正常的优势菌群能够改造和恢复肥胖小鼠紊乱的肠道微生态，进而引起肥胖小鼠体质量明显降低。

肥胖人群与正常人群的肠道菌群结构组成不同。正常人群生理情况下，肠道微生物的数目、种类及生物多样性相对稳定，而肥胖人群会发生不同程度的改变。

Turnbaugh等对不同胖瘦程度的双胞胎的肠道菌群进行测序，发现双胞胎中肥胖者肠道菌群多样性明显降低，并且菌群在门水平的改变与肥胖紧密相关。

Hao等对中国肥胖人群粪便中细菌含量进行分析，结果发现，与体质量正常人群相比，肥胖人群中大肠埃希菌、乳杆菌属及双歧杆菌属含量有减少趋势，而产气荚膜杆菌和拟杆菌属含量均显著减少。此外，肠道微生态的破坏不仅仅局限于肠道微生物组成、结构和数量的改变，还可能发生肠道通透性改变，肥胖人群可能表现出肠道黏膜屏障功能受损、肠道通透性增加。

奇善元小课堂

Turnbaugh/Hao：Turnbaugh PJ/Hao J，科研人员（小编已经尽力去找相关信息了，但是实在没有，不过知网上有这两位科研人员发表的相关文章）

正常生理状态下，健康的肠道微生态可以调控机体的能量摄取及分解代谢，而一旦正常的肠道微生态被破坏，会直接诱导肥胖的发生和发展。

文章参考自《肠道菌群失调诱导肥胖发生发展的机制研究进展许文琦，王生，王艳，梅其炳，刘莉》

要找到与肥胖相关的细菌，可以采用两个策略：一个是横断面研究，就是比较肥胖病人的肠道菌群与健康人的差别，另一个是纵向跟踪式的研究，就是监测同一个个体在从健康到肥胖或者从肥胖到健康的过程中菌群结构的变化，看哪些种类总是在肥胖的个体里多一些或者在健康的肠道里多一些。做这种相关分析，需要两个技术非常过关，第一，必须能把肠道样品中的几千种细菌的丰度测定出来；第二，必须用多变量统计方法去处理数据，把与肥胖相关的菌群结构模式找出来。

自打科赫分离出炭疽杆菌的纯培养物，证明了传染病是细菌引起的以后，分离细菌，得到其纯培养物成了研究细菌的标配技术。自微生物学创立后的很多年里，分离不出一种细菌，就没有办法研究它。不过，科学家发现，用显微镜直接从环境样品里能观察到的细菌数量与通过分离培养得到的细菌数量之间有很大差别，这意味着，自然界里的细菌有很多用现有的技术没办法分离出来，也就不能加以研究和利用。

人的肠道菌群也一样，有很多种类是用现有的技术分离不出来的，因此，没有办法用经典的微生物学技术进行测定。另外，通过在培养基上的生长数量来测定一个样品里某一种细菌的数量，准确性也是很差的。差到什么程度呢？差别大于一个数量级，也就是差别超过10倍，才能有把握地说两个样品里这种细菌的数量有差别。很显然，依靠分离培养的方法研究肠道菌群的变化与肥胖的关系是一个非常困难的任务。

解决这个问题的曙光，出现在上个世纪80年代初。卡尔沃兹教授用一个叫做核糖体小亚基RNA的基因的序列来研究地球上细胞生物的进化关系，发现，细胞生物可以分成细菌、古菌和真核三大“域”。细菌和古菌是我们常说的微生物的主要类型。而真核生物包括了植物、动物和人类。这个基因之所以能够用来对所有的细胞生物进行分类，是因为它符合所谓“进化指针”的条件：1）所有的细胞里都有这个基因；2）这个基因在所有细胞里的功能都是一样的，是合成蛋白质必需的；3）由于是细胞活下去离不了的基因，因此，很多位置不能发生序列的突变，有了突变，细菌不能合成蛋白质，就死掉了，不会留下后代。能够留下后代的细胞，只在这个基因的不太重要的区域会积累突变，这些区域叫高变区。高变区的序列变化是与细胞生物进化的速度相当的。这些区域的序列差别越大，表明两种生物的亲缘关系越远；4）这个基因在所有细胞生物里的序列都有大约80％左右是一样的，通过对多个生物的这个基因序列的比对分析，可以定量地测出它们的序列差别，然后据此划出一个“进化树”，也就是可以做出这些生物的遗传家谱了。

细菌和古菌这些微生物的亲缘关系，可以用16SrRNA基因的序列进行测定和展示。经过对大量的数据的分析，大多数细菌学家同意用这个基因的大约1500个碱基的序列的相似性对细菌进行分类。如果这个基因的序列在两株细菌之间相似性大于97％，就可以认为它们是同一个种的细菌。目前，所有人类分离鉴定的细菌在正式定名之前，都需要测定16SrRNA基因的序列并与其他定种的依据一同发表。于是，国际上出现了专门收集细菌16SrRNA基因序列的数据库，最早也最有名的当属RDP，后来又出现了SILVA和Greengenes等数据库。如果你得到了一种未知细菌的16SrRNA基因序列，用它和数据库里的已知细菌的序列做比较，就可以大致知道其分类地位，这叫作“最近邻居分类法”，也就是，用与你的序列最相近的已知序列来对你的序列代表的细菌进行分类，或者对其分类地位做合理的猜测。如果你的细菌的16SrRNA基因序列与数据库里某种已知细菌的序列的相似性超过97％了，就可以初步定成与这个已知细菌属于同一个种，如果差得比较多，就看能不能定到更高的分类单元，属、科、目、纲或者门。

2005年人类微生物组巴黎圆桌会议宣布要做人体共生菌群测序时，我们实验室的主要工具是DGGE指纹图技术和克隆文库测序技术。

DGGE技术前面说过分辨率和通量都比较低，想做大量样品的比较是很难的。不过，我们实验室从博士生高平平、张学礼开始，用这个技术分析废水处理反应器的菌群结构，取得了很好的结果，张学礼甚至解决了一个从1993年DGGE技术用于微生物群落结构分析以来一致没能很好解决的单链DNA污染问题，并发表了一篇改进方法的SCI论文。我们实验室很快就成了国际上用DGGE技术分析菌群结构比较好的实验室之一。我们论文中的DGGE图谱干净、优美，审稿人一看就喜欢。不过，后来发现，国际上发表的DGGE图谱都开始有统计分析的结果。我们这一块成了短板。另外，用克隆文库通过测定16SrRNA基因多样性的方法测定菌群的结构也从少量样品的多样性测定，要开始向多个样品间的比较过渡。这类问题的特点是变量数远远大于样本数，需要用特殊的多元统计的方法进行模式识别，我们组里没有人懂得这个技术。

就在这时，一个很重要的人物登场了。她就是青年学者张梦晖。张梦晖2005年从比利时布鲁塞尔自由大学博士毕业，专业是化学计量学，专门是处理各种分析仪器产生的大量数据的模式识别问题。她的导师是这个领域的开拓者之一。张梦晖在上海找工作时，先找了我的老搭档贾伟教授。不过，药学院以编制紧张，一个组只能有一个助手为由，回绝了贾伟的进人申请。贾伟给我打电话，问是不是可以让张梦晖进生命学院。一听这个求职者的背景，我大有如获至宝的感觉。立马去请示罗九甫书记，是否可以把张梦晖进到我的组里，尽管我的组里青年教师已经比较多了，罗书记了解到张梦晖对我们工作的重要性后，非常支持，表示可以给编制。这样，我就把张梦晖约到我在徐家汇的办公室见面，谈了10分钟，就告诉她可以办入职手续了。对于这么顺利进交大，张梦晖当时挺感到意外，不过，现在她该明白为什么了。

张梦晖来了以后，把多元统计方法用到DGGE图谱和克隆文库数据的模式识别上，给我们带来了很多新的进展。

当时，国际上已经开始出现454焦磷酸测序这样的高通量测序的工作，可以一次获得多个样品的DNA序列多样性测定结果。如何对多个样本的微生物多样性进行比较，找出有意义的差别，就成为一个很重要的技术瓶颈。张梦晖带着博士生张美玲，用PLS-DA和RDA这样的统计方法，对轮状病毒感染导致腹泻的儿童肠道菌群样品和健康对照的类杆菌属的克隆文库数据进行了对比分析，发现了与疾病相关的关键种类。这个工作发表到欧洲微生物学会联合会的微生物生态学杂志。虽然处理的数据不大，但却是有代表性的数据集，为日后我们处理规模比较大的454测序数据奠定了统计方法的基础。张梦晖自己觉着，这些统计学方法都是很经典的，对她来说没有什么难度。但实际上，把这些方法用到微生物生态学领域的DNA测序数据的处理，还是需要做些重要的改进和适应工作的。她带来的方法直到现在还是这个领域最好的方法之一。

虽然，我对戈登实验室F/B比值与肥胖相关的结论心存疑虑，但是，要说服自己和实验室的学生、老师，去寻找与肥胖相关的具体细菌种类，需要对肠道菌群与人体健康的关系先做一些深入的分析。要想办法看到肠道菌群里面的一些细菌种类对人的健康的影响比别的种类要更大。也就是说，要研究肠道菌群与人的健康的关系，就一定要具体分析不同种类的表现，而不能不分青红皂白，把很不一样的细菌合在一起，观察它们的行为。

454焦磷酸测序技术的出现，为解决这个问题带来了曙光。

454测序技术是新一代测序技术的代表之一。这个技术一次可以测定几十万条序列，每个碱基的测定成本大幅度降低，一台机器的测序能力抵得上100台老一代的桑戈测序仪。不过，要把这个方法用到菌群样品的测序，需要解决如何一次测定几百个样品还能把每条序列是从哪个样本来的分辨清楚的问题。

2006年8月，我到维也纳参加国际微生物生态学大会，在大会上被选为学会的常务理事。会议结束后，我去瑞典访问了詹森教授，她也是微生物生态学领域很活跃地做菌群的专家。在那里我了解到，当时已经有人把每个样品在做PCR扩增时，引物前面加一段特殊的标记序列叫barcode，有点像商品上的条形识别码。这样，就可以把几百个样品混在一起做一次454测序，然后把几十万条序列按照识别码的不同进行分配，最后，就可以一次拿到几百个样品的序列，每个样品可以测定上千条，足以用序列的多样性组成来反映样品里的微生物的种类组成。据他们讲，这个思路是他们最先提出来的，但还没有来得及发表，就被别人抢先了，很是郁闷。

得到这个消息，我长出了一口气，我们寻找肥胖细菌需要的技术终于具备了！接下来的任务，就是尽快通过做一个项目，把这个技术方法在我们实验室建立起来。

这个任务，就落在了新入学的博士生张晨虹身上。

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