无菌密闭培养厌氧发酵罐(小小肠道菌可左右人的命运)

Posted 2023-05-28

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无菌密闭培养厌氧发酵罐(小小肠道菌可左右人的命运)

人体肠道的微生物主要是细菌，它们与人的健康、疾病、胖瘦等有非常密切的关系。但下面这几点人们还知之不多。最新研究发现，肠道细菌与大脑发育有关，进而可能影响人的智商；与人的情绪有关，可以让人愉悦或痛苦；可能与寿命有关，让人延寿。当肠道细菌与出生和发育、生活质量以及死亡有关时，这些因素叠加起来，就可以影响一个人的命运。

肠道菌有关婴儿大脑发育

人体内的肠道细菌是主要继承自母亲。人类出生后的第一年，是肠道微生物产生和定植的关键时期。婴儿经过母亲产道或经剖宫产后，碱性厌氧的肠杆菌就成功定植在婴儿的肠道中，成为其中的主导菌群。

等婴儿长到两岁时，肠道内微生物群落逐渐变得多样化，慢慢与成人的肠道微生物群落趋同。与此同时，婴儿大脑的容积已达到成人大脑容积的80%至90%。

婴儿肠道细菌的变化和大脑发育几乎同步，这引起了研究人员的注意。日前，美国北卡罗来纳大学教堂山分校的丽贝卡·尼克迈耶研究团队研究发现，人的智商的高低可能与婴儿时期的肠道细菌有关。

尼克迈耶等人对89名健康婴儿进行研究，采集他们在1岁时的粪便样本，同时采用结构性磁共振成像技术评估这些婴儿在1岁和2岁时的大脑结构。根据检测出的肠道微生物差异，研究人员把这些婴儿分成3组：有相对较多普氏菌的为C1组，拟杆菌较多的为C2组，瘤胃球菌较多的为C3组。同时，这3组中，C1组的微生物种类最多，C3组次之，C2组最少。

研究人员通过测试发现，婴儿在1岁时的认知与肠道微生物群落之间没有相关性，但在两岁时，认知能力有很大不同。C2组(肠道微生物种类最少组)的婴儿认知得分最高(92分)；C1组(肠道微生物种类最多组)的婴儿认知得分却最低(72分)。当然，这些婴儿的认知测试结果均在正常范围内。

对于这样的结果，研究人员感到难以理解，C2组婴儿的肠道微生物种类最少，从理论上推测，认知能力应该更低。而且以前的研究也表明，婴儿期的肠道微生物种类较少与不良的健康状况，如I型糖尿病、哮喘均有关。

为了解开这个谜团，研究人员又采用宏基因组学的方法，对这3组婴儿的肠道微生物的代谢功能进行分析。结果发现，C2组婴儿的肠道微生物中，与叶酸、生物素代谢有关的基因增加了，但与细菌致病性相关的基因减少了。由于叶酸是神经发育中重要的代谢物，因此，肠道微生物种类少的C2组婴儿的认知能力反而较高。同时，肠道微生物的致病性降低对神经系统的发育也有益处。

最终得出的结论是，影响婴儿大脑发育和认知高低的肠道微生物不在于多还是少，而在于组合是否最佳。虽然这个研究只是初步结果，但能说明肠道细菌与婴儿的大脑和认知发育相关。更重要的是，如果婴儿肠道细菌的数量、种类和组合与大脑认知发育有关，具体是通过什么途径产生关系的，是今后需要弄清楚的。

细菌促进令人愉悦的血清素产生

人逢喜事精神爽!但喜事还需要转化为体内的多种快乐物质，如血清素，才能让人高兴。

血清素最早是从血清中发现的，其化学名称是5-羟色胺，广泛存在于大脑、血小板、胃等组织中。它在大脑中的含量最高，除了让人愉快外，还能收缩血管和平滑肌。

虽然大脑也可以合成血清素，但人体内绝大部分(约90%)的血清素都产生于消化道。肠道中的肠嗜铬细胞储存着这些分子，用来调控肠道运动。然而，研究人员发现，血清素产量的多少并非由肠嗜铬细胞决定，而是由细菌来主导。细菌决定了血清素的产量，从而可能影响到人的喜悦与悲伤。

美国加州理工学院的生物学家伊莱恩·萧团队发现，肠道细菌改变的小鼠会发生行为方式的改变，这提示微生物与神经系统有相互作用。于是，他们开始研究肠道细菌是否影响肠嗜铬细胞合成血清素的能力。

研究者在检测正常和无菌小鼠体内血清素的水平后发现，无菌小鼠肠嗜铬细胞产生血清素比正常小鼠减少60%，但是给无菌小鼠移植正常肠道微生物后，又能恢复小鼠肠道嗜铬细胞产生血清素的能力。这证明，肠道微生物是肠道合成血清素的重要条件。共有近20个种类的产芽孢细菌组合能让无菌小鼠恢复产生血清素的能力。

细菌又是如何促成血清素合成的呢？进一步研究发现，这些产芽孢细菌的代谢产物，如维生素E、丁酸盐、胆酸盐、脱氧胆酸、对氨基苯甲酸、丙酸盐和酪胺等分子，能刺激肠嗜铬细胞生产血清素。

来看看这个过程：当肠道内的菌群正常时，产芽孢细菌的代谢产物刺激肠嗜铬细胞生产血清素，然后通过血液循环维持人体和大脑内血清素的正常浓度。因此，在有外界的喜事刺激时，人才会高兴。反之，体内菌群减少或搭配比例不当，会让血清素合成减少，即便有喜事刺激也高兴不起来。

一个旁证是，部分抑郁症患者的表现之一就是体内缺乏维生素E，所以医生会给予补充维生素E，缓解患者的抑郁症状。现在，研究人员也发现，产芽孢细菌的代谢产物之一就是维生素E，后者又能促进血清素的生成，说明细菌真的左右着人们的喜悦与悲伤。

基因突变大肠杆菌可能延寿

再来说说肠道细菌与寿命的关系。美国贝勒医学院的研究人员发现，秀丽隐杆线虫体内有近4000种大肠杆菌，其中有几十种能够延长线虫的寿命。同时，这些大肠杆菌在实验室试验中能延缓肿瘤发展和β-淀粉样蛋白积聚，而β-淀粉样蛋白积聚被视为痴呆发生的重要原因。

秀丽隐杆线虫以大肠杆菌等细菌为食。研究人员建立了一个大肠杆菌库，包括3983种单基因突变菌株。他们单独将每一种菌株饲喂线虫，观察其寿命。结果发现，有29种突变菌可以让线虫的寿命延长10%以上。

在既往对衰老的研究中，研究人员已经发现，动物和人的长寿与几种分子信号通道有关，如胰岛素/胰岛素样生长因子1(IGF-1)、雷帕霉素靶蛋白(TOR)信号通道和限制能量(即节食)。

不过，令人惊讶的是，这次研究发现了新的延寿机制。线虫体内有两种基因突变大肠杆菌引发寿命延长并不是通过上述信号通道实现的，一种是hns基因突变，可使线虫延寿40%，另一种是lon基因突变，能使线虫延寿25%。

原来，hns基因和lon基因共同参与一种代谢物的合成，即荚膜异多糖酸。而荚膜异多糖酸被认为是延长寿命的重要物质。研究人员直接将荚膜异多糖酸喂给线虫，线虫的寿命延长了20%；对果蝇饲喂荚膜异多糖酸，也延长了果蝇的寿命，证实了荚膜异多糖酸的抗衰老作用。

这提示，两种基因引起的延寿作用可能是通过荚膜异多糖酸实现的。随后，研究人员检测发现，有肠道细菌hns基因和lon基因的培养基中，荚膜异多糖酸的含量都比其他培养基中的要高。当两种基因与荚膜异多糖酸同时存在时，线虫体内与衰老有关的肌肉线粒体的分解会减弱，即证明衰老在延迟。

荚膜异多糖酸抗衰老的原理与线粒体的功能有关。线粒体是所有真核生物细胞中非常重要的一种细胞器，是细胞的“能量工厂”，为细胞供能，参与细胞生长的调控。荚膜异多糖酸作为代谢产物被肠道细胞吸收后，会与细胞内的线粒体建立联系，维持线粒体的功能和蛋白质的稳态，由此让线虫、果蝇、哺乳动物的寿命延续。

由上可知，有hns基因和lon基因突变的大肠杆菌促进荚膜异多糖酸合成，荚膜异多糖酸则维持线粒体的功能，使动物延寿。下一步，研究人员还需弄清有突变基因的大肠杆菌促使荚膜异多糖酸合成增加的原因，以及是否同样适用于人类。