腸道菌群也有生物鐘

探戈

人體是人類細(xì)胞和各種細(xì)菌的共生體。據(jù)國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》最新研究顯示，在一具70千克的標(biāo)準(zhǔn)人體中，約含有30萬(wàn)億個(gè)人類細(xì)胞和約39萬(wàn)億個(gè)細(xì)菌。雖然細(xì)菌的數(shù)量比人體細(xì)胞多，但是體積極其微小，其總重量只占人體重量的1%～3%。

這些細(xì)菌廣泛分布于消化道、呼吸道和泌尿系統(tǒng)，以及皮膚、毛發(fā)等全身各處，成為人體不可或缺的組成部分。其中，以腸道中的微生物數(shù)量最多、種群最豐富，人體大約80%的正常微生物都集中在那里，種類約有500～1000種，它們絕大部分是不需要氧氣的厭氧細(xì)菌。這些腸道菌群能夠幫助機(jī)體消化食物、產(chǎn)生特殊的維生素，以及保護(hù)機(jī)體免于感染，可以說如果沒有腸道菌群，人類就無(wú)法存活。我們知道，人體每個(gè)器官、組織和細(xì)胞都有自己的生物鐘。最新研究表明，長(zhǎng)期與人類共生的腸道菌群不僅擁有自己的生物鐘，而且還與人類的生物鐘協(xié)調(diào)一致，甚至可以反作用于人類的生物鐘。

2014年，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員收集來(lái)自人類和小鼠不同時(shí)間段的糞便樣本，并分析其中的微生物，發(fā)現(xiàn)早上采集樣本中的微生物組與在晚上采集的微生物組有很大不同。而且，這些微生物的基因表達(dá)、菌群數(shù)量等都呈現(xiàn)節(jié)律性，因此他們推測(cè)人類和小鼠腸道菌群也擁有自己的生物鐘。比如，在一天內(nèi)腸道中乳酸菌數(shù)量的擴(kuò)增和收縮會(huì)隨著時(shí)間的推移，表現(xiàn)出規(guī)律性的變化，而且這些腸道菌群的生物鐘會(huì)與寄生宿主的生物鐘保持一致，因此正常的睡眠和飲食習(xí)慣是維持腸道菌群節(jié)律波動(dòng)所必需的。一旦宿主生物鐘發(fā)生紊亂，比如飲食規(guī)律改變、頻繁環(huán)球旅行等，腸道菌群則會(huì)失去節(jié)律，從而引發(fā)宿主肥胖或糖尿病等代謝疾病。

研究人員還將患上時(shí)差綜合征的小鼠體內(nèi)的腸道菌群移植到正常小鼠體內(nèi)，結(jié)果這些腸道原本無(wú)菌的小鼠也會(huì)變得肥胖，而且不能有效控制血糖，出現(xiàn)一些罹患糖尿病的前兆。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上，該刊與美國(guó)的《科學(xué)》和英國(guó)的《自然》一并被稱為科學(xué)家最看重的三大頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。

兩年之后，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員又發(fā)現(xiàn)了一些更為有趣的現(xiàn)象。新的研究不僅進(jìn)一步證實(shí)了人體和小鼠的腸道菌群擁有自己的生物鐘，而且這些腸道微生物每天都會(huì)在基本固定的時(shí)間段，從腸道內(nèi)膜的一個(gè)地方移動(dòng)幾微米到另一個(gè)地方，一段時(shí)間后又會(huì)回到它們?cè)瓉?lái)的位置。研究人員據(jù)此推測(cè)腸道微生物這樣有規(guī)律的移動(dòng)，可以使腸道上皮細(xì)胞接觸到不同的微生物及其代謝產(chǎn)物，進(jìn)而影響宿主的生物節(jié)律，甚至影響其他器官的節(jié)律。研究人員給小鼠施用抗生素，殺死其體內(nèi)大部分的腸道菌群后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過抗生素的處理，小鼠的肝臟生物節(jié)律發(fā)生了顯著的變化。后研究人員又嘗試給小鼠飼喂一種治療疼痛的藥物——乙酰氨基酚，這種藥物與其他藥物一樣，需要肝臟解毒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在黎明時(shí)分給予小鼠過量的乙酰氨基酚所造成的毒性最小，而在黃昏時(shí)分則毒性最大。這項(xiàng)研究成果同樣發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)首次證明了腸道菌群能夠改變一個(gè)器官的晝夜節(jié)律活動(dòng)，也有助于科學(xué)家針對(duì)不同疾病、不同藥物和不同個(gè)體，找到最佳給藥方式，從而提高藥物利用效率和治療效果，同時(shí)減少藥物的毒副作用。

人體腸道內(nèi)聚集了數(shù)百種微生物

2017年9月，美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的研究人員在《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，機(jī)體腸道微生物可以協(xié)同機(jī)體的生物鐘，共同調(diào)節(jié)其脂肪攝入和儲(chǔ)存過程。之前有報(bào)道顯示，由于受眾多生物鐘轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，哺乳動(dòng)物腸道上皮細(xì)胞中的基因表達(dá)會(huì)進(jìn)行24小時(shí)的規(guī)律性波動(dòng)，以指導(dǎo)機(jī)體的一些生物代謝過程，其中NFIL3轉(zhuǎn)錄因子能夠促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞對(duì)脂肪酸的攝取以及儲(chǔ)存。研究人員通過比較正常小鼠、無(wú)菌小鼠和NFIL3轉(zhuǎn)錄因子敲除的小鼠，發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以通過分泌物與小腸免疫細(xì)胞相互作用，提高NFIL3轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄，最終促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞對(duì)脂肪的攝取和儲(chǔ)存。

這些新發(fā)現(xiàn)讓我們更深入地了解了腸道菌群與機(jī)體生物鐘協(xié)調(diào)一致的工作機(jī)制，同時(shí)對(duì)夜班工作者和頻繁環(huán)球旅行的人們?yōu)楹晤净即x性疾病的風(fēng)險(xiǎn)較高這一問題作出了科學(xué)的解釋，從而為科學(xué)家干預(yù)肥胖、代謝綜合征等與生物鐘紊亂相關(guān)的健康問題提供理論依據(jù)。