肠道菌群也是我们身体的一大自然防御系统
健康不仅仅是没有疾病，真正的健康是指一个人在身体、精神和社会等各方面都处于良好和最佳的状态，一方面是人体各系统具有良好的生理功能，另一方面是对疾病的抵抗力较强，能够很好地适应环境的变化以及各种致病因素对身体的刺激。真正的健康由身体内一系列自然防御系统保护着，从出生到生命的最后一天，这些防御系统都在工作，使我们的细胞和器官正常运作。
前面，我们讨论了我们的血管生成防御系统和再生防御系统。血管生成是形成新的血管来喂养我们的器官作为健康防御，而再生防御系统负责器官的生长和维持。
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其实，我们的身体不是一个单一的实体，而是一个高度复杂的微生物生态系统，包含数以万亿计的微生物，它们的数量甚至远远超过我们自身的细胞数量，加起来大约有1.5-2公斤，与大脑的重量相当。大多数微生物对我们是有益的，它们的生命力惊人，能够抵抗胃酸和肠道内的化学物质。
虽然医学界曾经认为微生物是令人恐惧的疾病载体，应该被清除、消毒和用抗生素杀死，但是我们现在知道，我们体内的大多数细菌以高度复杂的方式工作，以保护我们的健康，甚至影响我们的行为。健康的细菌绝不是被动的霸占者，而是与我们互惠共生，形成一个复杂的生物系统，以多种方式与我们的细胞和器官相互作用。其中，关注最多的就是肠道微生物。
我们每天都能从世界各地的研究人员那里了解到许多关于肠道微生物的知识，关于它们是如何促进健康甚至有助于攻克癌症等疾病的。一些肠道细菌，比如乳酸杆菌和双歧杆菌，具有内分泌或激素功能，甚至可以产生和释放大脑神经递质，包括催产素、5-羟色胺、γ-氨基丁酸和多巴胺。这些化学物质会激活大脑信号，深刻影响我们的情绪。一些细菌释放的代谢产物，可以保护我们免受糖尿病；另一些细菌可以控制腹部脂肪的增长。我们的肠道细菌也可以影响血管生成、干细胞和免疫；它们甚至可以影响我们的激素、性健康和社交行为；它们还可以滋养我们自身的细胞，也可以导致炎症。我们的肠道菌群甚至可以决定我们的生与死，决定我们是发生疾病还是抵抗疾病。
食物有一种惊人的能力，可以影响我们的肠道菌群，进而影响我们的健康。毕竟，我们吃什么，细菌就吃什么。它们代谢我们摄入的食物，产生有益或有害的副产物，影响我们的健康。我们可以利用我们的肠道微生物防御系统来预防和治疗疾病。
人类与细菌的关系
在地球上，人类和细菌一起进化。在30万年前智人出现的初期，我们以狩猎采集为生的祖先吃的是他们能找到的食物，包括一些谷物、坚果、豆类和水果，所有这些都含有大量的纤维，这正是有益微生物赖以生存的食物。食物是从充满细菌的土壤和植物中精心挑选出来的，所以我们的祖先吃下的每一口食物都满载着环境中的微生物，最终进入他们的肠道。即使在公元前10000年的第一次农业革命之后，当人类不再狩猎和采集，而是依赖于种植的食物时，主要仍然以植物为基础。这种饮食模式富含微生物喜欢的纤维，并且充满了来自环境的细菌，它们在进化过程中塑造了我们赖以生存的身体。
尽管人类和细菌的命运紧密相连，但在历史的大部分时间里，人类甚至不知道细菌的存在，更不用说了解健康细菌在我们体内的作用了。但是，在过去的几个世纪里，科学改变了我们对细菌如何导致疾病和健康的理解。在微生物学领域的早期，我们对细菌的了解大部分都集中在“坏”细菌上。
毕竟，纵观历史，毁灭性的流行病席卷了全世界，不分青红皂白地杀死了数千万人。伤寒、鼠瘟、痢疾和麻风病等可怕的疾病猖獗，给无数人带来痛苦和死亡。当时的医生对这些疾病的病因只有理论，他们甚至不知道周围不卫生的环境会让细菌传播。在那段时间里，在世界上的大多数地区，粪便、尿液、腐臭的食物和害虫堆积在大街上，形成无处不在的粪坑，让细菌繁衍和传播。
医学史上的一次重大突破出现在1861年，维也纳出现了孕产妇高死亡率，在某一产科诊所分娩后，因感染而死亡的妇女人数令人震惊。这家诊所的医生Ignaz Semmelweis注意到，医生在为产妇检查前，很多做过死亡产妇的病理解剖，或者在做过病理解剖之后未彻底清理双手及器械就去接触下一个产妇。Semmelweis想知道，是什么杀死了那些产妇，它们会不会被医生携带回来寻找新的受害者？他提出了一个大胆的想法：医生应该在尸体解剖和给产妇接生之间用“杀菌”溶液洗手，以消除威胁。这一招确实有用，感染造成的产妇死亡率一下子骤降至一位数。
Semmelweis的发现是卫生医疗程序发展的一个关键时刻。下一个重要的里程碑是，Joseph Lister警告说洗手是远远不够的，所有的手术器械还必须用化学溶液消毒，结果是手术后坏疽减少了。诸如此类的创新导致了我们今天习以为常的医院、手术室和医生办公室的高清洁和杀菌消毒标准，并继续挽救了数百万人的生命。
然而，这产生了一个意想不到的后果。人们对如何控制和消灭可能导致感染的细菌越了解，认为所有细菌都是有害的观点就越普遍，从此开启了细菌恐惧症的时代，并一直持续到今天。我们大多数人在成长过程中，总是尽可能地擦洗、消毒和避免细菌。“细菌是有害的，需要用抗生素来消灭”，这种熟悉的信息已经渗透到公众健康和公众意识中。消毒剂、抗菌洗手液和抗菌肥皂成为了家庭日用品；在我们的食物系统中，杀虫剂、巴氏杀菌法和家畜用的抗生素被广泛使用，杀死了几乎所有地方的细菌。事实上，抗生素革命彻底改变了现代医学，通过让世界各地的医生、医院和公共卫生办公室掌握救命的杀菌能力，在很大程度上消除了过去最具破坏性的流行病。
然而，科学已经悄悄地做出了改变，有些细菌实际上是对健康有益的。早在1907年，俄罗斯微生物学家梅契尼科夫就开始质疑“所有细菌都是有害的”的说法可能有缺陷。1892年法国霍乱流行期间，梅契尼科夫发现某些细菌可能会刺激霍乱的生长，但令他惊讶的是，其它一些细菌会阻止它。这使他推测，摄入一些类型的有益细菌是否可能有助于预防致命疾病。更令他感到震惊的是，尽管农村条件恶劣，卫生条件差，而且贫穷，但有些人却很长寿。他指出，在保加利亚，高加索山区有活过一百岁的农民。他观察到，最年长的村民正在喝含有保加利亚乳杆菌的发酵酸奶。因此，梅契尼科夫认为，长寿的秘诀之一是食用有益健康的细菌。现在证明他是正确的。
肠道菌群
现在，肠道微生物的研究被认为是医学研究中最令人兴奋和最具突破性的领域之一，相关研究呈井喷式增长，这些研究改变了我们对健康的理解以及食品、补充剂、制药和诊断检测行业未来生产产品的方式。
关于肠道微生物的知识，我们在前面介绍过很多，我们今天还是要强调一些当前前沿研究的见解，这将帮助我们做出更好的饮食选择。你可能听说过放线菌、拟杆菌、厚壁菌、乳酸杆菌、变形菌……，但它们仅仅是开始。据估计，全世界的细菌种类超过10亿。绝大多数与人类没有直接的关系，但许多其它种类已经进化到在我们的身体内茁壮成长。已知的肠道细菌有一千多种。在人类口腔中已经发现了500多种细菌，每个人的口腔中通常都有25种或更多的细菌。一毫升唾液里含有多达1亿个口腔细菌。
为了解开人类微生物群落的奥秘，受人类基因组计划的启发，美国国立卫生研究院在2008年启动了人类微生物组计划。该计划于2012年在著名的科学期刊《自然》上发表了一篇具有里程碑意义的论文，记录了242人体内微生物群落。这项研究在不同场合检查了每位志愿者身体多个部位的细菌，包括口腔、鼻、皮肤、肠道和生殖道。研究人员发现，不仅个体之间的微生物群落中物种的数量和多样性差异很大，而且同一个体体内不同部位的细菌也存在很大差异。没有一组细菌对每个人都是普遍存在的，甚至对健康人也是如此。
微生物群落多样性是健康的一个重要标志，细菌生态系统的多样性带来了力量和更有效的合作，以保护我们的健康。我们所拥有的细菌数量和种类越多，我们就会变得越健康。我们的共生微生物群落是一个生态系统，它依赖于群落成员之间的微妙平衡，为了我们的健康，它们相互容忍，共同努力。
我们的微生物群落在很多方面影响我们的健康，包括它们在处理通过肠道的食物时所产生的物质。最有名的是一种叫做短链脂肪酸的细菌代谢物，它们是肠道细菌消化膳食纤维的副产物。顺便说一句，我们经常听到的“益生元”，通常主要指的就是这种为产生短链脂肪酸的肠道细菌提供食物的膳食纤维。人们发现，短链脂肪酸具有一系列惊人的健康功能：它们通过抗炎特性保护肠道和整体健康；它们能够提高我们的身体代谢葡萄糖和脂类的能力；它们还可以提高免疫力，指导血管生成，帮助干细胞，作为身体其它四个健康防御系统之间联系的桥梁。乳酸杆菌和双歧杆菌都被认为是有益的，因为它们会产生短链脂肪酸。
乙酸、丙酸和丁酸是三种主要的短链脂肪酸，它们在体内都发挥着独特的作用。例如，乙酸被释放到外围组织，刺激瘦素的产生，而瘦素会抑制饥饿感；丙酸可以降低胆固醇、减少炎症、防止动脉粥样硬化斑块的形成和改善消化系统的健康，它也可以激活免疫细胞；丁酸是结肠细胞的主要能量来源，它能够促进结肠健康并具有抗炎作用，它还能刺激血管生成来促进伤口愈合，并引导干细胞转变成不同类型的器官。
其它微生物代谢产物也可以促进健康。例如，植物乳杆菌可以产生刺激肠道干细胞抗炎反应的代谢物，这可以缓解肠道内的刺激，为肠道愈合奠定基础。对韩国泡菜的研究发现，其中含有的植物乳杆菌，可以产生一种细菌产物，预防甲型流感。木脂素是一类植物多酚，具有益生元的作用。它们被肠道微生物代谢产生被称为肠二醇和肠内酯的生物活性物质，这些已经被证明可以抑制乳腺癌的发生。对甲酚和马尿酸也是肠道中产生的代谢物，可以减轻压力和焦虑。东芬兰大学的研究人员发现，富含全谷物和膳食纤维的饮食会导致细菌产生吲哚丙酸，这是另一种能够预防2型糖尿病的代谢物。
当然，也有不好的一面，我们的肠道微生物产生的一些物质也可能是有毒的，所以我们的目标应该是限制它们的产生。例如，像脱硫弧菌这样的细菌会产生硫化氢，一种闻起来像臭鸡蛋的化合物，硫化氢对我们的肠道具有高度毒性。当脱硫弧菌产生过多的硫化氢时，它会破坏肠道内壁，这种损伤会导致肠漏，使肠道内的食物颗粒和废物更容易穿过肠壁进入血液。食物颗粒的渗漏会引起肠道周围的炎症反应，可能会对食物产生类似过敏的反应，甚至引发结肠炎。毫不奇怪，在炎症性肠病患者的粪便中发现了产硫化氢的细菌。
肠道菌群的形成
微生物遍布我们全身，尤其是皮肤和体腔。促进健康的细菌生活在我们的牙齿、牙龈、舌头、扁桃体、鼻子、肺、耳朵、生殖道，特别是肠道。
肠道是一个中空的长长的管子，从我们的口腔开始，到我们的肛门结束，包括食管、胃、小肠和结肠等。结肠是我们的微生物群落密度最高的地方。在肠道内部，有一层粘稠的黏液保护着肠道。这一黏液层形成了一个屏障，将我们吃下的或消化产生的有害物质以及肠道细菌阻止在外。黏液层和肠壁都可能受到肠道细菌的影响。有些细菌实际上在黏液中大量繁殖。肠道不仅仅是一个简单的消化器官，它还是一个由微生物控制的健康指挥中心。
我们肠道里的健康细菌可能在我们出生前就已经存在了。我们通常认为怀孕母亲的子宫是无菌的，只有当婴儿的头部被挤出产道时，健康的细菌才会进入婴儿体内。母亲阴道里的细菌会接触到婴儿的嘴唇，有一部分会被吞进肚子里。现在，子宫无菌的想法已经被推翻了，研究发现，在怀孕期间也有少量的细菌从母亲转移到胎儿。在胎盘和羊水中发现了少量的细菌，这些细菌会在发育中的胎儿体内定植，有助于未来的健康。当然，婴儿最主要的细菌定植发生在阴道分娩时。
婴儿出生后，新生儿与母亲之间的皮肤接触使婴儿获得更多的细菌。然后，母乳喂养会进一步增加婴儿体内的微生物。曾经我们认为母乳是无菌的，现代研究再一次颠覆了我们的认知。我们现在知道，来自母亲免疫系统的一种叫做树突状细胞的特殊细胞会从母亲的肠道中吸收细菌，并通过淋巴循环将它们输送到乳腺导管进入母乳中。这意味着母乳中充满了各种有益细菌，最终将进入婴儿的肠道。
事实上，据估计，婴儿肠道中大约30%的细菌来自母乳，10%来自于吮吸乳头和吞食皮肤细菌。由于婴儿每天要消耗约800ml的母乳，估计每24小时就会吞下1000万个细菌。我们应该注意分娩前后对母亲或婴儿使用抗生素的潜在影响，这可能会减少母亲体内重要的有益细菌，或干扰它们在分娩和哺乳期间的细菌传递。剖腹产婴儿与顺产婴儿的肠道菌群组成也有很大的部分；用配方奶喂养的婴儿与那些产后至少六周用母乳喂养的婴儿相比，其肠道菌群组成也有很大差异。
当婴儿开始添加辅食时，随着食物中的细菌和益生元进入肠道，肠道菌群再次发生变化。到三岁的时候，已经基本建立起自己的肠道菌群，这将帮助他们在以后的生活中保护自己的健康。
医学界现在面临着如何使用抗生素的困境。我们不可否认抗生素的价值，在某些情况下，抗生素确实可以救命。但是，抗生素不加选择的杀死有害细菌和有益细菌，随着我们对肠道菌群的了解越来越多，我们开始思考杀死有益细菌的后果。我们知道，艰难梭菌感染是导致院内感染和死亡最常见的病因之一，其实，它并不是外来入侵者，而是正常肠道菌群的一部分。然而，它的生长会受到健康肠道细菌的抑制。当患者服用抗生素时，健康的肠道菌群被破坏，艰难梭菌有时会生长过度，引起肠道混乱，出现严重腹泻、发烧、痉挛，以及肠穿孔和出血等危及生命的并发症。当我们了解到肠道菌群如何保护我们的健康时，我们开始重新思考肠道细菌的改变是如何导致食物过敏、糖尿病、肥胖、心血管疾病、癌症、阿尔茨海默病甚至抑郁症发病率迅速飙升的。我们应该更加小心地使用抗生素甚至防腐剂，我们需要更多地考虑如何让我们的肠道细菌保持良好的状态，以有利于我们的整体健康。饮食是一种最重要的方法。
饮食如何影响肠道菌群？
在我们的一生中，我们不断地将新的细菌引入我们的身体，甚至与朋友和家人交换细菌，这些细菌随后成为我们肠道菌群的一部分。一次接吻可以带来多达8000万个细菌。但是，最常见的仍然是通过吃，肠道菌群的功能受到饮食的强烈影响。健康的饮食可以改变肠道环境，更有利于有益细菌的生长。在我们的一生中，有约60吨的食物会通过我们的消化道。我们的肠道细菌也以我们所吃的东西为食，益生元食物可以改善肠道细菌的功能。我们还可以通过食用天然含有有益细菌的食物，将新的有益细菌引入我们的肠道微生态系统，这很容易通过吃一些常见的发酵食物来实现，比如酸奶、酸菜、泡菜和奶酪等都含有活菌。
益生元是不可消化的食物，为我们肠道中的有益细菌提供营养。它们本身并不是微生物，而是通过提供肠道有益细菌茁壮成长所需的食物来增强其功能，从而产生健康的代谢物或影响免疫系统。最典型的益生元是膳食纤维，经过肠道细菌的代谢会形成许多有益的代谢物，特别是前面提到的短链脂肪酸。
我们的食物影响肠道菌群的其它方式是通过改变肠道环境，使其有利于有益细菌的生长。我们可以把肠道中的细菌物种想象成竞争中的运动员，他们每个人都在训练和准备互相较量，以获得优势地位。给一个细菌物种它们喜欢的食物可以促进它们的生长，给它们竞争优势。食物中糖、脂肪和纤维的比例可以决定肠道中哪些细菌最终将占据主导地位。
环境的微小变化也可能使一个物种优于另一个物种。在肠道中，包裹在肠壁上的黏液中也生活着一些细菌。黏液中含有一种可形成凝胶的碳水化合物，它也可以被肠道细菌利用。某些食物可以影响黏液层，通过改善其环境帮助这些细菌。阿克曼氏菌（Akkermansia）是肠道菌群中一种重要的有益细菌，它们在肠道黏膜中生存和繁衍。吃一些能够增加肠道黏液的食物，比如蔓越莓或石榴，有助于阿克曼氏菌的生长。
肠道菌群的影响可能传递给下一代
肠道细菌不仅影响我们自身的健康，它也可能传递给后代，影响后代的健康。正如前面提到的，我们的肠道微生态系统中的细菌种类越多，我们就越健康。然而，来自斯坦福大学、哈佛大学和普林斯顿大学的科学家研究了饮食和肠道菌群的关系，结果表明，我们的饮食方式实际上会导致一些肠道细菌的灭绝，这可能会影响后代的健康。
科学家们将健康人身上获得的肠道细菌移植到无菌老鼠并进行了实验，这样细菌就会在老鼠体内繁殖，并复制健康人类肠道中的生态系统。在一项研究中，科学家们将其中一组老鼠的饮食从健康的低脂肪、高纤维的饮食转变为不健康的高脂肪、低纤维的饮食，持续了7周。这种饮食的转变彻底改变了老鼠的肠道菌群。原本在健康志愿者体内存在的多达60%的细菌在不健康饮食的刺激下减少了一半，它变得更糟了。当科学家们把这些老鼠换回更健康的饮食时，减少的细菌只有30%恢复到原来的水平。事实上，在之后的15周内（大约是老鼠寿命的10%），整个肠道菌群的情况一直在变化。因此，一些有益细菌具有很强的恢复能力，可以从饮食的影响中迅速恢复活力，而另一些则不能，饮食的改变可能在肠道菌群上留下“伤疤”。
这项研究更有意思的地方是：当研究人员开始饲养这些老鼠，并让每一代老鼠都吃高脂肪、低纤维的不健康饮食时，经过几代后，肠道菌群的这一“伤疤”变得更大。每一代后，越来越多来自健康人类的原始细菌从它们的肠道菌群中消失。到了第四代，原先健康老鼠体内72%的肠道微生物已无法检测到。几代老鼠吃同样不健康的高脂肪、低纤维的食物，永久地杀死了健康的肠道微生物。它们灭绝了，而且不能像以前那样通过更健康的饮食来恢复。
即使在短期内，不健康的饮食也会对我们的肠道菌群造成严重破坏并留下“伤疤”，即使在我们恢复健康饮食后，也需要时间才能恢复。这些肠道菌群“伤疤”会严重损害我们的健康。因为肠道菌群与其它健康防御系统紧密相连，不健康的饮食会进一步破坏我们的血管生成防御，扰乱我们的干细胞功能，使我们的身体更难保护自己的DNA，并损害我们的免疫系统。这是很严重的，因为一些细菌会激活我们的免疫系统来抵御癌症和感染。其它有益细菌会抑制免疫反应，防止对进入肠道的食物产生过敏反应。
肠道菌群失调
肠道菌群失调是指肠道微生态系统的严重破坏，肠道细菌数量和质量的变化导致致病性和有害的微生物在肠道内的异常增加或定植，因此表现为物种多样性较低、有益微生物减少以及有害微生物增多。肠道菌群失调与多种疾病有关，包括糖尿病、肥胖、炎症性肠病、感染性结肠炎、肠易激综合症、癌症、哮喘、牛皮癣、动脉粥样硬化、心力衰竭、肝脏疾病、慢性疲劳综合症、自闭症、多发性硬化、帕金森病、阿尔茨海默病、精神分裂症和抑郁症等等。
不健康的饮食、药物滥用等等都会破坏肠道菌群平衡，增加这些疾病的风险。各种抗菌日化品也是如此，比如，三氯生曾经是一种被广泛使用的抗菌化学物质，现在在美国已经被禁止，广泛用于牙膏、肥皂、洗涤剂等日化品中，研究发现三氯生会破坏婴儿的肠道菌群，增加小鼠结肠炎和肿瘤的发生。
以肠道菌群为靶点，治疗疾病
尽管现代文明在20世纪的大部分时间里都在与微生物引起的疾病作斗争，但是，在21世纪，我们可能利用细菌来对抗疾病。
我们介绍过很多益生菌的健康益处，今天我们讲一个更有意思的研究，研究发现一种叫做罗伊氏乳杆菌的细菌在促进伤口愈合中的作用。如果在老鼠的饮用水中加入罗伊氏乳杆菌，可以加速伤口愈合；作为益生菌给药时，它对人体也有效。那么，它是如何帮助加速愈合的呢？补充罗伊氏乳杆菌会加速皮肤伤口愈合过程中的血管生成。
但是，伤口愈合只是开始。罗伊氏乳杆菌还可以减少老鼠的腹部脂肪和肥胖，即使它们吃的是垃圾食品。罗伊氏乳杆菌能够刺激浓密、光亮、健康的头发生长；改善肤色；增强免疫系统；防止结肠和乳腺肿瘤的生长。这还不是全部，实验表明，饮水中添加罗伊氏乳杆菌还可以增加雄性小鼠的睾丸大小、睾酮的分泌和交配频率。一个真正有趣的发现是罗伊氏乳杆菌可以刺激大脑释放催产素，它对人的社交行为具有积极作用，在拥抱、握手、亲吻、哺乳和性高潮时，大脑会释放催产素。
一种被称为粪菌移植的技术也被开发出来，通过将健康供体的粪便细菌移植到疾病个体的肠道中，重建患者的肠道菌群而达到治疗疾病的目的。该技术已被用于治疗艰难梭菌感染的患者，这通常是抗生素使用后的一种并发症。尽管标准的治疗方法是使用更多的抗生素来杀死艰难梭菌，但感染复发的人数高达60%。在这种情况下，医生们转向粪菌移植，在单次治疗后，该手术可治愈约90%的病例。粪菌移植用于治疗其它各种慢性疾病的临床试验也在进行中，都取得了可喜的结果。
现在，各种含有益生菌、膳食纤维和植物生物活性物质的特殊配方也被开发出来，以促进健康细菌在肠道内的再生，作为治疗各种胃肠道疾病和一些慢性疾病的手段。一些公司则采用诊断方法，提供对粪便的分析，并提供有关肠道菌群的报告。
益生菌补充剂现在被吹捧为一种将健康细菌引入肠道的简单方法，但是值得注意的是，大多数商业益生菌并没有得到很好的研究，而且并不是所有的益生菌都有同样的作用，不同的益生菌可能具有不同的用途，此外，不同的个体对同一种益生菌的反应往往也不尽相同。对于不同的问题、不同的个体可能需要选择不同的益生菌菌株甚至不同的益生菌组合才能最大限度的发挥作用。所以找到最适合自己的益生菌最重要。