【导读】：人体内微生物与人体自身细胞的比例为9:1，现在研究者们正在研究这些微生物与肥胖症、糖尿病、心脏病、孤独症等一些病症以及遗传病的关系。攻克了这些小生物，或许治愈许多疑难杂症就有希望了。
人体微生物群
把人类看做一个由许多相互合作、竞争的微生物群组成的生态系统可能会改变医药实践
人是什么？或者更确切地说，女人是什么？从生物学角度看，答案看起来似乎很明显。人就是一个由包含了父母基因的受精卵发育而来的个体。然而，越来越多的生物学家认为这一定义并不完整。他们不仅仅把人看做是个体，同时还把他们看做一个个生态系统。在他们看来，由受精卵发展而来的只是这一生态系统中的一个组成部分。而这个生态系统的其他部分则是由数以万亿计的细菌组成，每个细菌都是一个个体，它们存在于人的肠道、口腔、头皮、皮肤以及体表内的每一处裂缝与空隙中。
一个健康的成年人仅在肠道中就拥有约100万亿个细菌，这一数字是他从父母的精子与卵子中获得的细胞数量的十倍，而且这些细菌都是多种多样的。卵子和精子提供了约23000种不同的基因，而据估计，人体微生物群（人体共生菌的统称）约有300万种不同的基因。不可否认，这些数以百万计的基因许多都是由普通基因变异而来，但同样，它们中也有许多并非如此。但即使是那些常见基因的变种，也对身体的基因混合组有所贡献。
而且人体的确称得上是一个系统，因为人类的演变已经使宿主和细菌的利益变得一致。为了换取养料与生存空间，存在于人体内或人体表面的细菌会供养、保护他们宿主，因此这些细菌也是人体保持健康的重要组成部分。人体与细菌双方都不希望另一方出现什么问题。但是在一些糟糕的情况下，人体与细菌的利益联盟可能会被打破。这样一来人体微生物群就会表现异常，导致人们生病。
细菌会导致疾病这一点并不出人意料，令人有些出乎意料的是那些正处于研究阶段的疾病。通常，这些疾病并不是20世纪的医学所善于对付的那些急性感染病（这些急性感染病使得医生对细菌产生了负面的偏见，导致医学科学对人体微生物系统的丰富性和相关性的研究步伐慢了下来）。这些疾病是目前医学界，至少是那些发达国家的医学界所关注的慢性疾病。因为从肥胖症、糖尿病，到心脏病、哮喘、多发性硬化症，再到神经病学上的一些症状如孤独症，微生物群似乎都扮演了十分重要的角色。
一个细菌的生活
对待微生物群的其中一个方法就是把它当做人体的一个附加器官，尽管这个器官有些奇怪。微生物群的重量与许多器官的重量都差不多（约为一公斤，或者说两磅多一些）。尽管微生物群不像心脏或肝脏那样有一个独特的结构，但一个器官并非一定要有形状才称得上是真正的器官。比如，人体的免疫系统就由分布在人体全身上下的细胞组成，但它拥有一个器官所应有的突出特点，即它是一个由细胞构成的有组织的系统。
微生物群也是一样有组织的。生物学上已经发现了约100个大的菌群，又称类群，每一个类群都有着一系列不同的生化功能。而人体内的微生物群仅由其中的四大类群所主导：放线菌、拟杆菌、厚壁菌和变形菌。显然，居住在人体内是一种较为特殊的生活，因此只有固定的几种菌群才能适应这种生活。
人体内的微生物群在功能上有各自的分工，但却并不单一。正如不同地区的森林、草原、珊瑚礁等生态系统各不相同，人体内的微生物群也是如此。比如，与北美儿童相比，来自马拉维或委内瑞拉农村的儿童体内所含的促进维生素B2生成的细菌数量要更多。由于他们的身体能产生更多一种名叫糖苷水解酶的酶，因此这些地区的儿童从母乳中吸取营养的能力也要比北美儿童更强。母乳中含有大量的聚糖，而糖苷水解酶能够将这种糖类转化成可利用的糖。
这其中所蕴含的细节十分重要。在人体的23000种基因中，没有一种酶能够消化聚糖，只有细菌酶能完成这项任务。但是自然选择却赋予人类的母乳以大量的聚糖，这正是共同演化起作用的一个很好的例子。
而且，微生物群在生命之初的给养作用随着生命的成长变得愈加重要。如果和消化系统一起工作的只有那些消化系统为自己所生产的酶，那么它就无法消化许多如母乳中的聚糖一样的糖类。因此人体微生物群中更庞大的基因组就相应地拥有了更强大的能力，使得那些复杂的糖类都无法与它们对抗。这些糖类被无情的嚼碎，它们的残余物则被吐出，而那些能通过肠道壁进入血液的小型脂肪酸分子，特别是甲酸、醋酸、丁酸等由此进入人体的生化通道，它们或释放出能量（一个成年人使用的能量中有10-15%是从这一渠道获得的），或被积累成脂肪。
微生物群在营养学上的角色表明如果这些微生物不正常工作便会给宿主带来影响，它们可能会给宿主造成供养过多或供养不足的问题。杰弗里·戈登是美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院的一位博士，他对细菌与肥胖症所做的一项研究就属于第一批对此类影响的分析。2006年，戈登博士发表了一篇文章，该文章对美国胖子与瘦子肠道内的混合菌进行了观察。他发现，与瘦子相比，胖子的肠道内拥有更多的厚壁菌，但拟杆菌的数量却更少。如果一个胖子通过节食成功地瘦了下来，那么他肠道内的菌群也会做出相应的改变。
研究小组在小鼠身上也进行了试验，发现这其中并不仅仅是细菌适应环境变化这么简单。事实上，肠道内的细菌会通过抑制一种激素和一种酶的产生来帮助人体减肥，前者能促进脂肪的堆积，而后者则能防止脂肪的燃烧。这或许就能解释另一个来自农业方面的奇怪发现，即在牛群的饲料中加入抗生素能使它们变胖，尽管吃了这些饲料的牛在长了肌肉的同时也增加了脂肪。
在证明了肠道细菌与肥胖症有关后，戈登博士好奇它们是否还与营养不良有关。在去年召开的一次会议上戈登博士透露，他在马拉维进行的一项研究表明肠道细菌的确与营养不良存在一定的关系。如果肠道细菌紊乱，人体同样可能出现营养不良的症状。
为了显示这一点，戈登博士与他的研究小组对317对双胞胎进行了观察（这些双胞胎中有些是异卵双胞胎，有些是同卵双胞胎）。在这317对双胞胎中，两个人都营养良好的占43%，两个人都营养不良的占7%。但关键的是，有半成双胞胎出现了一个营养良好而另一个营养不良的情况。
正如美国肥胖者和苗条者那个案例一样，营养状况良好与营养不良的两个双胞胎体内有着不一样的微生物群。其中营养不良的那个人的身体缺少合成维生素以及消化复合糖的能力。戈登博士从人体内提取了一些细菌并将其植入到一些经过特殊选择的小鼠身上，这些小鼠在被植入细菌之前其肠道处于无菌状态。戈登博士发现这些细菌在啮齿类动物身上产生的影响与对那些被提取细菌的人来说产生的影响是一样的。因此这似乎能说明，即使一个人饮食中的营养对他来说已经足够，但细菌还是能导致这个人营养不良。
如果这是真的（要在人体上证明这一点所需的实验还未曾有人做过），那么此次实验的结果就是非同寻常的了。很明显，有些人的营养不良是不合理的饮食造成的。但在这些双胞胎的案例中，我们可以认为他们的饮食是相同的，所以那些表现不同的双胞胎并不缺乏良好的饮食条件。因此，我们或许就能通过重新调整肠道细菌来治好许多人的营养不良。
但是，比起微生物群给人体的营养吸收造成的影响更让人吃惊的是，它们还会对心脏病、糖尿病、多发性硬化症以及其他许多病症造成影响。
微生物群与心脏病之间的关系通过两个实验来证明，一是对人体进行实验观察，二是在小鼠身上做实验。其中对人体进行的实验是由伦敦帝国理工学院的杰里米·尼科尔森完成的。专门研究新陈代谢产物与疾病关系的尼克尔森博士发现，人体尿液中的甲酸含量与其血压存在反比关系，而血压是关系到心脏问题的一个危险性因素。甲酸与血压的联系似乎是甲酸对肾脏的影响造成的：甲酸在这里的作用犹如一个信号因子，它会改变肾脏从血浆⑤中抽回身体的盐量，而这些盐本该进入到尿液中。由于甲酸的主要来源是肠道微生物，因此尼克尔森博士认为肠道中的混合菌是诱发心脏病的一个因素。
俄亥俄州克利夫兰诊所的斯坦利·哈森想到了第二个可以证明微生物群对心脏有影响的方法。他与他的同事专门培养了一些易患动脉硬化的小鼠，并用这些小鼠来做此次实验。实验发现，如果用抗生素杀死这些小鼠体内的微生物群，那么它们患动脉粥样硬化的几率就会大大减小，虽然为什么会这样仍旧未知。
微生物群与糖尿病的关系是通过病态肥胖人群发现的，这些肥胖症患者选择了一种叫Roux-en-Y小肠旁路术⑦的手术，可以通过切短小肠来减少人体可吸收的食物量。而通常，这样的患者几乎也都患有糖尿病。对于治疗肥胖症，Roux-en-Y小肠旁路术是十分有效的，而对治疗糖尿病来说，该手术简直堪称疗效非凡。在80%的治疗案例中，患者的糖尿病症状在几天内就消失了。尼科尔森博士与他的同事在实验中发现，Roux-en-Y小肠旁路术使肠道微生物的组成发生了改变。他认为这就能用来解释糖尿病的突然消失。
上述提到的糖尿病为2型糖尿病⑧，因身体细胞对胰岛素不敏感（即胰岛素抵抗）而造成，而胰岛素是人体内用来调节血糖含量的一种激素。胰岛素敏感性⑨是分子信号网络中的一部分，但人们尚未完全了解这一复杂的网络。尼科尔森博士怀疑，像甲酸影响高血压一样，微生物群也以类似的方式控制着分子信号网络中的一些关键部分，尽管他还未能证实这一猜想。而小肠旁路术能通过打乱微生物群来重置分子信号，使得糖尿病症状消失。
信号故障
尼科尔森博士认为，除了心脏病和2型糖尿病，自体免疫疾病也与微生物群有关，而患上这些疾病，人体的免疫系统就会攻击体内的健康细胞。人体肠道壁中存在着许多免疫细胞，这些细胞干着一份并不令人艳羡的工作，即基于细菌表面的分子（通常为蛋白质或糖类）对有益或有害的细菌进行区分。有时候，一个来自人体的细胞与一个可疑的细菌制造者外表有些相似，那么免疫系统便会对这一类型的细胞进行攻击。研究者无法弄清，在微生物群与疾病的许多关系中，上述情况的发生是纯属运气不佳，还是反映出在一些情况下，微生物群中一些细菌的利益会背离整个人体生态系统的利益。
尼科尔森博士发现，与微生物群相联系的自身免疫疾病有1型糖尿病（此种糖尿病并非由胰岛素抵抗引起，而是由分泌胰岛素的细胞受到自身免疫破坏而引起）、哮喘、湿疹以及多发性硬化症。但这其中的细节仍旧需要探索。不过在每一案例中，微生物群的一些成分似乎都干扰到了人体免疫系统的辨别力，这对身体其他部位的细胞是有害的。
去年，来自德国弗莱堡马克斯－普朗克免疫学和表观遗传学研究所的Kerstin Berer以及她的同事针对多发性硬化症进行了一次验证性实验并发表了研究结果。同样，他们采用了小鼠来进行实验，实验发现肠道细菌的确与触发人体免疫系统一些异常反应有关，人体免疫系统会因此敌对某些神经细胞并剥去它们的髓鞘，而这正是导致多发性硬化症的原因。
这些以及其他证明微生物群表现异常的例子向研究者提出了一个有趣的问题：如果肠道细菌会使人生病，那么对它们进行调换能否让人变得健康？酸奶行业多年来一直大力地宣传：“加满你的益生菌！”一则广告嘱咐道。这暗示着给人体补充一些适当的益生菌能对人体起滋补作用。
细菌培养问题
事实上，临床试验已经表明，益生菌（从酸奶等物质中发现的一种混合菌）能帮助患者改善肠易激综合征（IBS）⑩，而这些人通常都存在轻微的微生物群紊乱现象。但是益生菌能否给其他人带来有益的转变仍旧未知。去年，戈登博士带领的研究小组发表了一篇文章，称酸奶中的益生菌并不会影响健康的同卵双胞胎体内的微生物群。研究者要求其中一个双胞胎数月来定期食用酸奶，而另一个则不食用酸奶，实验发现食用酸奶的测试者其体内的微生物群并未发生改变。
酸奶给人带来的益生菌在种类上十分有限。但另一项实验则将整个细菌生态系统从一个人的肠道转移到另一个人的肠道中，也就是对少量粪便进行移植。俄克拉荷马市浸礼会医学中心的Mark Mellow使用这种粪便移植法来治疗艰难梭菌⑴引起的感染，这种细菌会引起严重的腹泻及其他症状，而住院病人尤其容易感染这种细菌。
根据美国疾病控制与预防中心的统计，每年仅美国就有14000人死于艰难梭菌感染，原因是许多菌株都对常用抗生素具有抵抗性。这时就需要推出医药领域的重型火炮来对付它们，如万古霉素、甲硝唑片等药物。同时，这些药物还能杀死病人肠道内的大部分微生物群。如果药物在杀死其他微生物群的同时没能消灭艰难梭菌，那么人体就会遭到艰难梭菌的报复。
Mellow博士发现，用含有健康人体粪便的灌肠剂对病人进行灌肠通常都能达到较好的治疗效果。病人体内新植入的细菌会进行快速繁殖并掌管直肠，以此将艰难梭菌驱赶出去。去年，Mellow博士与他的同事宣布，他们用这种方法对来自五家医院的77位病人进行了治疗，初次治疗成功率达91%。而且，他们对初次治疗失败的7位病人进行了第二阶段的治疗，并成功治愈6人。虽然用粪便移植法来治疗艰难梭菌感染仍需在与适当的对照组对照下进行正式的临床试验，但看起来用这一方法来对付艰难梭菌这一大威胁是充满希望且十分廉价的。
但是，微生物群与人体健康的关系中最突出的应该是它与大脑的关系。很久以前人们就知道孤独症患者通常都有肠道问题，同时还伴有微生物群紊乱的问题。特别是他们的肠道中含有大量的梭状芽孢杆菌⑵，而这或许就是问题的关键所在。
一个运转良好的微生物群并非没有内部冲突——每个生态系统内部都存在竞争，即使是那些稳定多产的系统也不例外。人体内的梭状芽孢杆菌会利用一种叫酚类（人类发现的第一种消毒剂苯酚⑶就是酚类的一种）的化学物质杀死那些与它争夺生存环境的细菌。但酚类对人体细胞也是有害的，因此就需要别的物质对它们进行中和，而这可通过加入硫酸盐来完成。所以，过多的梭状芽孢杆菌会产生过多的酚类，从而耗尽人体储存的硫。但人体内的硫还有别的用处，包括用于大脑发育等。如果一个紊乱的微生物群导致肠道需要消耗额外的硫，那么人的大脑就将付出发育不健全的代价。
到目前为止，研究者还未能证明这是否是孤独症的起因。许多孤独症患者都存在一定的基因缺陷，影响着他们体内硫的新陈代谢，这一事实是十分有分量的。因此，患者肠道内的梭状芽孢杆菌可能会成为将他们推向危险的边缘。
现在DNA排序技术（该技术使研究者不用通过培养皿培植就能将不同的细菌区别开）使微生物群的研究就变得更加简单，因此对它们的研究也成了当下一个时髦的科学领域。但这其中也存在风险。或许人体内那些长期受忽略的微生物现在被给予了过多的关注，而将一些医学重心放在微生物上也有可能是个错误的选择。
但不管上述情况是否真实，毫无疑问的是，微生物群的确供养着人体，帮助新陈代谢缓慢却正常有序地进行，而且它们至少有着一些，或者说有着许多给人体带来伤害的可能。同时它们可能还会做另一件事，那就是它们会以一种始料未及的方式联系一代代人。
世代竞争
许多涉及微生物群的医学问题都令人十分困惑。这些医学上的问题似乎在家族中代代相传，但却没人能找到与这些问题相关的基因。这可能是因为那些病症巧妙地传播于不同的基因之间，但也有可能是因为人类目前已发现的基因组中根本没有包含导致这些病症的一些（或许是相当多的）基因。
尽管没有来自卵子和精子中的基因来得可靠，但微生物群也是会遗传的。人体内的许多细菌都是在出生前直接从母亲身上继承而来，而其他的那些则在出生后，很快地从人体所在的直接环境中获取而来。因此，对于那些很明显是遗传病但却还未找到致病基因的病症来说，虽然它们的确具有遗传性，但也有一种可能，即它们的致病基因是细菌性的。
这其中不仅仅是研究者在关注这个问题。目前已发现的遗传病通常治疗难度都很高，而且几乎没有治愈的希望。对遗传病患者来说最大的希望就是能有一个疗程的药可以吃上一辈子。但是微生物群在医学上是容易获得的，而且不像人类的基因组，它们是可操控的。人类可以使用抗生素或用移植的方法来改变它们。如果微生物最终被证明，它们真的如现在研究所暗示的那样重要，那么发现一个全新的治疗方法就有希望了。
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