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古老的肠道微生物组为现代疾病的诊治带来曙光

February 6, 2014 专题讨论 Comments Off on 古老的肠道微生物组为现代疾病的诊治带来曙光

居住在城市,生活环境较西化的人与居住在偏远欠发达地区的居民相比,其肠道微生物菌群存在差异。比如,研究显示居住在布基纳法索偏远地区的儿童的肠道微生物菌群与欧洲人的肠道微生物菌群差异极大。与上述情况类似的是,居住在马拉维和委内瑞拉乡村地区的居民与美国居民的肠道微生物组之间同样存在较大差异。研究显示,我们体内的微生物生态环境一直在变化之中,而研究者对1400年前被遗弃的一处远古洞穴的研究成果为该领域的研究带来新曙光。研究者对墨西哥杜兰戈州Rio Zape的一处名为La Cueva de los Chiquitos Muertos的考古遗址中发现的古人类粪便样本进行了遗传分析,结果表明,这些远古人类所携带的肠道微生物菌群与当今偏远乡村地区居民的肠道菌群极为类似。

在使用一款名为SourceTracker的新型生物信息学软件(用于将未知样本中的微生物菌群与已知样本中的菌群进行比较)后,研究者们发现来自Rio Zape的粪便样本中的微生物菌群与冰人奥茨(一具在阿尔卑斯山脉冰川中保存了约5200年的木乃伊)体内的微生物菌群也极为类似。

但该粪便样本中的微生物群落结构与大部分现代人类都存在显著差异。比如,Rio Zape居民的肠道内存在大量普氏菌属(Prevotella),这与他们经常进食富含碳水化合物的饮食有关,而该菌属在非洲和拉丁美洲的偏远乡村地区的居民体内也十分常见。而在西方社会中生活的现代人类(进食大量动物脂肪与肉类)的肠道内则通常是拟杆菌属(Bacterioides)微生物占主导地位。

这项最新研究的共同作者,俄克拉荷马大学的人类学家Cecil Lewis表示:“居住在城市环境中的人们拥有更好的卫生条件,并经常使用抗生素,这使得我们与微生物之间的关系发生了根本性变化。总体来说,这一转变利大于弊,但很显然,我们发生过敏和其他炎症性疾病的风险也随之增高了。而破解当前困局的最佳方式便是研究远古时期人类的微生物组”。华盛顿州立大学的分子人类学家Brian Kemp 表示:“在历经数千年的岁月后,我们还能够通过考古学样本了解这些古老的微生物群落的特征真是太令人兴奋了”。他同时指出,这项新发现为研究远古时期的生物学指明了新途径,也为探索目前人类与微生物之间特殊但可能依然极富活力的关系打开了新的思路。

其中的一个例子是,居住在Rio Zape的古人类和居住在非洲和拉丁美洲偏远地区的现代人类的体内都携带有螺旋体属的密螺旋体(Treponema)。一些研究者们提出假说认为密螺旋体可能有助于乡村居民消化高纤维素饮食,并保护他们免受结肠炎性疾病的困扰,而这一疾病正是现代城市居民的常见病之一。Lewis指出,“这一微生物已经从现代城市居民的微生物组中消失了,但是在奉行更传统生活方式的人群体内,密螺旋体似乎是一种常见的微生物”。


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不锈钢表面上的艰难梭菌
C. difficile on stainless steel ©Jim Reed/Corbis

近期的一些研究(包括一项研究古人类牙菌斑微生物群落的开创性研究)均表明,自人类开始种植农作物并驯养动物以来(尤其是自从工业革命以来),人类的肠道和口腔微生物组便开始朝着不断变化且日益多样化的方向发展,这也为当前炎症性疾病的广泛流行埋下了伏笔。Lewis表示:“人类是一种超级生物——我们体内的细菌细胞的数目比人体细胞的数目多十倍以上,所以在种植、抗生素面世和工业化(改变了我们体内的微生物群落结构)后,我们的健康为此付出了一定的代价,这没什么惊讶的”。

华盛顿大学的儿科医生Indi Trehan(他同时也是近期一项比较偏远和发达地区人群肠道微生物组研究的共同作者)表示“了解远古时期的人体微生物组可能有助于阐明我们的生理和病理生理现状究竟发生了怎样的变化,我们目前对这一领域的理解还处于起步阶段,而要应用古人类微生物组研究所揭示的信息则还有更远的路要走——但这些新研究中蕴藏着许多值得我们学习的信息,可能还有助于解决我们当前存在的各种问题……我对此持乐观态度”。

一个潜在的例子是,研究古人类微生物组的相关成果可能最终为治疗艰难梭状芽胞杆菌(Clostridium difficile)感染引起的现代疾病带来了帮助。这种产毒素的细菌会感染某些因使用广谱抗生素而耗竭了肠道内正常菌群的患者。罹患该疾病的患者体内的艰难梭菌密度会直线上升且同时还会出现抗生素耐药,这使得该疾病引起了广泛关注。与使用抗生素治疗相比,移植健康人的粪便以重建患者的肠道微生物多样性被证明是治愈艰难梭菌感染更为有效的方案。Lewis表示:“在研究古人类微生物组的过程中,我们可能会找到治疗艰难梭菌感染和其他现代疾病更好和更可靠的方案”。

 “我们目前对这一领域的理解还处于起步阶段,而要应用古人类微生物组研究所揭示的信息则还有更远的路要走——但这些新研究中蕴藏着许多值得我们学习的信息,可能还有助于解决我们当前存在的各种问题……我对此持乐观态度”。——华盛顿大学Indi Trehan

Sharon Levy,居住在加利福利亚州洪堡郡,自1993年开始写作,文章涵盖生态、进化和环境科学。她是《过去和未来的巨人:冰河时期灭绝地球最大动物的启示》(Once and Future Giants: What Ice Age Extinctions Tell Us about the Fate of Earthˇs Largest Animals)一书的作者。

译自 EHP 121(4):A118 (2013)
翻译:吕子全

原文链接:

http://dx.doi.org/10.1289/ehp.121-a118


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