腸道細(xì)菌的“日?！?/h1>
2021-04-13 02:21楊冬
百科知識(shí) 2021年7期
楊冬
在我們的腸道里定居著上萬億個(gè)細(xì)菌，它們構(gòu)成了腸道中的正常菌群。這些數(shù)量龐大的人體“腸道居民”是怎么生活的？它們對(duì)人類的日常生活有什么影響呢？讓我們來看看腸道細(xì)菌的“日?！保憔蜁?huì)找到答案了。
腸道細(xì)菌吃什么
日常生活中，我們最基本的活動(dòng)是補(bǔ)充能量和排泄廢物，和人體細(xì)胞一樣，腸道細(xì)菌也要“吃喝拉撒”。也就是說，細(xì)菌也要獲得營(yíng)養(yǎng)，通過代謝活動(dòng)使自己得到能量，同時(shí)制造各種生物分子，使自己的細(xì)胞能夠生長(zhǎng)，直到長(zhǎng)到足夠大可以分裂成兩個(gè)細(xì)胞，還需要將代謝廢物排放到周圍環(huán)境中（即我們的腸道）。所以，讓我們首先看看腸道細(xì)菌平時(shí)都吃些什么。
作為一個(gè)腸道居民，腸道細(xì)菌的主要食物就是我們“吃剩下的東西”。也就是說，我們每天吃的食物，在經(jīng)過消化道消化吸收后，那些無法被消化或者還來不及吸收的成分就可能成為腸道細(xì)菌的食物，比如，各種膳食纖維。膳食纖維主要來源于植物性食物的碳水化合物（即糖）的聚合物。和普通的淀粉不同，它們無法被小腸中的消化酶消化，所以也無法被人體直接利用。但是，對(duì)于腸道細(xì)菌而言，這些膳食纖維正是它們上佳的食物。細(xì)菌可以合成一種酶，把膳食纖維降解成含有5個(gè)或6個(gè)碳原子的單糖。這些單糖則可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步代謝。在代謝過程中，單糖被徹底氧化成二氧化碳和水，從而為細(xì)菌提供能量；或者被轉(zhuǎn)化成其他化合物，比如，可以合成氨基酸（之后可合成蛋白質(zhì)）或者長(zhǎng)鏈脂肪酸，以供細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)所用。除了這些比較“普通”的產(chǎn)物外，細(xì)菌還可以將部分單糖轉(zhuǎn)化成只含有幾個(gè)碳原子的短鏈脂肪酸（SCFA），這種脂肪酸對(duì)人體的健康有重要作用。
除了吃膳食纖維，腸道細(xì)菌還可以吃腸道中的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)一部分源自人體攝入的食物。據(jù)估計(jì)，約有5%～10%的膳食蛋白質(zhì)逃脫了在消化道中被消化吸收的命運(yùn)而進(jìn)入了大腸?，F(xiàn)在，這些“逃跑”的膳食蛋白質(zhì)成了腸道細(xì)菌的盤中餐。除了膳食來源外，消化道分泌的消化酶本身也是蛋白質(zhì)，因此也可以成為細(xì)菌的食物。據(jù)估算，大腸中每天有3.5克來自胰腺的消化酶最后可以被細(xì)菌利用。細(xì)菌吸收利用蛋白質(zhì)的方法和人體細(xì)胞類似，即通過蛋白水解酶將其降解為氨基酸，氨基酸被細(xì)菌細(xì)胞吸收后可以在細(xì)胞內(nèi)參與各種代謝活動(dòng)。比如，這些氨基酸可以作為原料合成細(xì)菌需要的蛋白質(zhì)；也可以進(jìn)一步代謝以合成各種其他產(chǎn)物，直至最后徹底氧化，為細(xì)胞提供能量；還可以用來合成各類短鏈脂肪酸。
比較有意思的是，腸道本身有時(shí)候也給細(xì)菌提供食物。腸壁的最內(nèi)層含有大量的黏液，這些黏液是由杯狀細(xì)胞分泌的，其主要作用是為腸道黏膜提供一個(gè)屏障，具有保護(hù)作用。黏液本質(zhì)上是分子量很大的糖基化的蛋白質(zhì)。所謂糖基化就是在蛋白質(zhì)的某些氨基酸上連上復(fù)雜的糖鏈（即多個(gè)糖縮合而成的寡糖基團(tuán)）。黏液分子中約80%以上的分子量來源于這些糖鏈。對(duì)于細(xì)菌而言，這些糖鏈（有時(shí)還包括蛋白質(zhì)本身）成了它們的天然食物。在人體膳食營(yíng)養(yǎng)成分不足的情況下，這些糖鏈就成了腸道細(xì)菌的“救命糧”。
腸道細(xì)菌的代謝產(chǎn)物
除了攝入營(yíng)養(yǎng)和進(jìn)行代謝外，細(xì)菌還會(huì)向外界排放各種代謝產(chǎn)物，其中很多產(chǎn)物有重要的生物活性，特別值得一提的是短鏈脂肪酸。
短鏈脂肪酸包括乙酸（即醋酸）、丙酸、丁酸、異丁酸等。這些脂肪酸一般含有的碳原子數(shù)量不超過6個(gè)，所以被稱為短鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸可以被人體細(xì)胞識(shí)別，并且對(duì)人體細(xì)胞的某些功能起到調(diào)控作用。比如，它們往往是抗炎癥分子，可以調(diào)低免疫細(xì)胞對(duì)腸道細(xì)菌的反應(yīng)程度，從而降低腸道中產(chǎn)生炎癥的可能性。
在腸道中，免疫細(xì)胞就像在菜市場(chǎng)中巡邏的警察，每天都可以看到大量的小商小販（腸道正常菌群），偶然可能會(huì)遇見幾個(gè)犯罪分子（致病菌）。對(duì)于菜市場(chǎng)里的守法商販，警察顯然不會(huì)有過激反應(yīng)，否則腸道就會(huì)長(zhǎng)期處于炎癥狀態(tài)，導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病（如炎癥性腸?。?。短鏈脂肪酸就像這些守法商販向警察發(fā)出的信息，自己不是壞人，請(qǐng)警察盡管放心。除了調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)外，短鏈脂肪酸還與其他很多疾病存在相關(guān)性，比如動(dòng)脈硬化、二型糖尿病、肥胖、脂肪肝等，但是具體的作用機(jī)理現(xiàn)在并不完全清楚。
除了短鏈脂肪酸，腸道菌群還可以參與合成另一些具有生物活性的代謝產(chǎn)物，例如，色氨酸的代謝產(chǎn)物5-羥色胺和B族維生素?；瘜W(xué)分子5-羥色胺是人腦中的神經(jīng)遞質(zhì)，也就是說它在神經(jīng)細(xì)胞中起著傳遞信號(hào)的作用。腸道中合成的5-羥色胺無法進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但是它可以調(diào)控包括腸道的蠕動(dòng)、炎癥、分泌等各種生理過程。腸道中另外一類特別重要的物質(zhì)是B族維生素。在我們?nèi)梭w細(xì)胞中，這些維生素往往在重要的生物化學(xué)反應(yīng)中起著參與催化的作用（比如與酶一起形成生物催化劑，維生素也被稱為輔酶）。人體細(xì)胞往往缺乏有效合成此類維生素的能力，因此其主要來源就是膳食或者通過腸道細(xì)菌合成。比如，有一種重要的維生素—葉酸（維生素B9）與腸道細(xì)菌關(guān)系緊密。葉酸是人體內(nèi)涉及核苷酸合成的重要輔助因子，因此是核酸（由核苷酸聚合而成）合成中所必需的。不過，人體有很大一部分葉酸來自腸道細(xì)菌。據(jù)估計(jì)，腸道細(xì)菌合成的葉酸總量實(shí)際上大于膳食中的供給。
腸道健康需“平衡”
在腸道中，正常菌群的成員一邊吃著腸道所提供的食物，另一邊又分泌出它們合成的產(chǎn)物回饋腸道。所以，維持一個(gè)平衡的腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于腸道健康非常重要。
對(duì)腸道健康有重要影響的一個(gè)因素就是我們的膳食結(jié)構(gòu)。研究表明，平衡的飲食結(jié)構(gòu)中需包含充足的膳食纖維，這些膳食纖維可以豐富腸道中的細(xì)菌種類，令正常菌群更具多樣性，也可以增加腸道中的短鏈脂肪酸。如果我們的飲食以蛋白質(zhì)或脂肪為主（即“大魚大肉”），攝入的膳食纖維較少，那么腸道細(xì)菌則不得不以蛋白質(zhì)和脂肪作為它們的主要營(yíng)養(yǎng)來源，其后果就是降低了腸道菌群的多樣性和短鏈脂肪酸的合成。
在現(xiàn)代社會(huì)中，隨著收入的增加，人們逐漸傾向接受更為西方化的飲食結(jié)構(gòu)。在這些飲食結(jié)構(gòu)中，肉類占比越來越高，結(jié)果導(dǎo)致食物中膳食纖維減少，蛋白質(zhì)及脂肪增加。同時(shí)，研究者們發(fā)現(xiàn)，人群中腸道炎癥乃至腸癌的發(fā)病率也有明顯的上升趨勢(shì)。這個(gè)變化很可能與腸道菌群的變化有一定的相關(guān)性。因此，如果我們想過更加健康的生活，一定要善待這些腸道里的居民們。
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楊冬
在我們的腸道里定居著上萬億個(gè)細(xì)菌，它們構(gòu)成了腸道中的正常菌群。這些數(shù)量龐大的人體“腸道居民”是怎么生活的？它們對(duì)人類的日常生活有什么影響呢？讓我們來看看腸道細(xì)菌的“日?！保憔蜁?huì)找到答案了。
腸道細(xì)菌吃什么
日常生活中，我們最基本的活動(dòng)是補(bǔ)充能量和排泄廢物，和人體細(xì)胞一樣，腸道細(xì)菌也要“吃喝拉撒”。也就是說，細(xì)菌也要獲得營(yíng)養(yǎng)，通過代謝活動(dòng)使自己得到能量，同時(shí)制造各種生物分子，使自己的細(xì)胞能夠生長(zhǎng)，直到長(zhǎng)到足夠大可以分裂成兩個(gè)細(xì)胞，還需要將代謝廢物排放到周圍環(huán)境中（即我們的腸道）。所以，讓我們首先看看腸道細(xì)菌平時(shí)都吃些什么。
作為一個(gè)腸道居民，腸道細(xì)菌的主要食物就是我們“吃剩下的東西”。也就是說，我們每天吃的食物，在經(jīng)過消化道消化吸收后，那些無法被消化或者還來不及吸收的成分就可能成為腸道細(xì)菌的食物，比如，各種膳食纖維。膳食纖維主要來源于植物性食物的碳水化合物（即糖）的聚合物。和普通的淀粉不同，它們無法被小腸中的消化酶消化，所以也無法被人體直接利用。但是，對(duì)于腸道細(xì)菌而言，這些膳食纖維正是它們上佳的食物。細(xì)菌可以合成一種酶，把膳食纖維降解成含有5個(gè)或6個(gè)碳原子的單糖。這些單糖則可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步代謝。在代謝過程中，單糖被徹底氧化成二氧化碳和水，從而為細(xì)菌提供能量；或者被轉(zhuǎn)化成其他化合物，比如，可以合成氨基酸（之后可合成蛋白質(zhì)）或者長(zhǎng)鏈脂肪酸，以供細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)所用。除了這些比較“普通”的產(chǎn)物外，細(xì)菌還可以將部分單糖轉(zhuǎn)化成只含有幾個(gè)碳原子的短鏈脂肪酸（SCFA），這種脂肪酸對(duì)人體的健康有重要作用。
除了吃膳食纖維，腸道細(xì)菌還可以吃腸道中的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)一部分源自人體攝入的食物。據(jù)估計(jì)，約有5%～10%的膳食蛋白質(zhì)逃脫了在消化道中被消化吸收的命運(yùn)而進(jìn)入了大腸?，F(xiàn)在，這些“逃跑”的膳食蛋白質(zhì)成了腸道細(xì)菌的盤中餐。除了膳食來源外，消化道分泌的消化酶本身也是蛋白質(zhì)，因此也可以成為細(xì)菌的食物。據(jù)估算，大腸中每天有3.5克來自胰腺的消化酶最后可以被細(xì)菌利用。細(xì)菌吸收利用蛋白質(zhì)的方法和人體細(xì)胞類似，即通過蛋白水解酶將其降解為氨基酸，氨基酸被細(xì)菌細(xì)胞吸收后可以在細(xì)胞內(nèi)參與各種代謝活動(dòng)。比如，這些氨基酸可以作為原料合成細(xì)菌需要的蛋白質(zhì)；也可以進(jìn)一步代謝以合成各種其他產(chǎn)物，直至最后徹底氧化，為細(xì)胞提供能量；還可以用來合成各類短鏈脂肪酸。
比較有意思的是，腸道本身有時(shí)候也給細(xì)菌提供食物。腸壁的最內(nèi)層含有大量的黏液，這些黏液是由杯狀細(xì)胞分泌的，其主要作用是為腸道黏膜提供一個(gè)屏障，具有保護(hù)作用。黏液本質(zhì)上是分子量很大的糖基化的蛋白質(zhì)。所謂糖基化就是在蛋白質(zhì)的某些氨基酸上連上復(fù)雜的糖鏈（即多個(gè)糖縮合而成的寡糖基團(tuán)）。黏液分子中約80%以上的分子量來源于這些糖鏈。對(duì)于細(xì)菌而言，這些糖鏈（有時(shí)還包括蛋白質(zhì)本身）成了它們的天然食物。在人體膳食營(yíng)養(yǎng)成分不足的情況下，這些糖鏈就成了腸道細(xì)菌的“救命糧”。
腸道細(xì)菌的代謝產(chǎn)物
除了攝入營(yíng)養(yǎng)和進(jìn)行代謝外，細(xì)菌還會(huì)向外界排放各種代謝產(chǎn)物，其中很多產(chǎn)物有重要的生物活性，特別值得一提的是短鏈脂肪酸。
短鏈脂肪酸包括乙酸（即醋酸）、丙酸、丁酸、異丁酸等。這些脂肪酸一般含有的碳原子數(shù)量不超過6個(gè)，所以被稱為短鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸可以被人體細(xì)胞識(shí)別，并且對(duì)人體細(xì)胞的某些功能起到調(diào)控作用。比如，它們往往是抗炎癥分子，可以調(diào)低免疫細(xì)胞對(duì)腸道細(xì)菌的反應(yīng)程度，從而降低腸道中產(chǎn)生炎癥的可能性。
在腸道中，免疫細(xì)胞就像在菜市場(chǎng)中巡邏的警察，每天都可以看到大量的小商小販（腸道正常菌群），偶然可能會(huì)遇見幾個(gè)犯罪分子（致病菌）。對(duì)于菜市場(chǎng)里的守法商販，警察顯然不會(huì)有過激反應(yīng)，否則腸道就會(huì)長(zhǎng)期處于炎癥狀態(tài)，導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病（如炎癥性腸?。?。短鏈脂肪酸就像這些守法商販向警察發(fā)出的信息，自己不是壞人，請(qǐng)警察盡管放心。除了調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)外，短鏈脂肪酸還與其他很多疾病存在相關(guān)性，比如動(dòng)脈硬化、二型糖尿病、肥胖、脂肪肝等，但是具體的作用機(jī)理現(xiàn)在并不完全清楚。
除了短鏈脂肪酸，腸道菌群還可以參與合成另一些具有生物活性的代謝產(chǎn)物，例如，色氨酸的代謝產(chǎn)物5-羥色胺和B族維生素?；瘜W(xué)分子5-羥色胺是人腦中的神經(jīng)遞質(zhì)，也就是說它在神經(jīng)細(xì)胞中起著傳遞信號(hào)的作用。腸道中合成的5-羥色胺無法進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但是它可以調(diào)控包括腸道的蠕動(dòng)、炎癥、分泌等各種生理過程。腸道中另外一類特別重要的物質(zhì)是B族維生素。在我們?nèi)梭w細(xì)胞中，這些維生素往往在重要的生物化學(xué)反應(yīng)中起著參與催化的作用（比如與酶一起形成生物催化劑，維生素也被稱為輔酶）。人體細(xì)胞往往缺乏有效合成此類維生素的能力，因此其主要來源就是膳食或者通過腸道細(xì)菌合成。比如，有一種重要的維生素—葉酸（維生素B9）與腸道細(xì)菌關(guān)系緊密。葉酸是人體內(nèi)涉及核苷酸合成的重要輔助因子，因此是核酸（由核苷酸聚合而成）合成中所必需的。不過，人體有很大一部分葉酸來自腸道細(xì)菌。據(jù)估計(jì)，腸道細(xì)菌合成的葉酸總量實(shí)際上大于膳食中的供給。
腸道健康需“平衡”
在腸道中，正常菌群的成員一邊吃著腸道所提供的食物，另一邊又分泌出它們合成的產(chǎn)物回饋腸道。所以，維持一個(gè)平衡的腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于腸道健康非常重要。
對(duì)腸道健康有重要影響的一個(gè)因素就是我們的膳食結(jié)構(gòu)。研究表明，平衡的飲食結(jié)構(gòu)中需包含充足的膳食纖維，這些膳食纖維可以豐富腸道中的細(xì)菌種類，令正常菌群更具多樣性，也可以增加腸道中的短鏈脂肪酸。如果我們的飲食以蛋白質(zhì)或脂肪為主（即“大魚大肉”），攝入的膳食纖維較少，那么腸道細(xì)菌則不得不以蛋白質(zhì)和脂肪作為它們的主要營(yíng)養(yǎng)來源，其后果就是降低了腸道菌群的多樣性和短鏈脂肪酸的合成。
在現(xiàn)代社會(huì)中，隨著收入的增加，人們逐漸傾向接受更為西方化的飲食結(jié)構(gòu)。在這些飲食結(jié)構(gòu)中，肉類占比越來越高，結(jié)果導(dǎo)致食物中膳食纖維減少，蛋白質(zhì)及脂肪增加。同時(shí)，研究者們發(fā)現(xiàn)，人群中腸道炎癥乃至腸癌的發(fā)病率也有明顯的上升趨勢(shì)。這個(gè)變化很可能與腸道菌群的變化有一定的相關(guān)性。因此，如果我們想過更加健康的生活，一定要善待這些腸道里的居民們。
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