“人类第二基因组”

石楠

现在，有越来越多的人自愿捐献自己的血液、组织或器官，但你听说过捐献粪便吗？这听上去似乎令人难以置信，但事实上，粪便的价值也许远超你的想象。

美国一家名为“开放生物组”的非营利机构正在当地征集粪便捐献者，并承诺为捐献者提供一定经济补偿（每次成功捐献补偿40美元）。有不少人在该机构网站注册成为自愿捐献者，但最终真正参与了捐献的只有3%。因为粪便捐献者的筛选条件相当严苛：捐献者必须高分通过临床评估，并进行多次血液和粪便检查，以确保他们足够健康，能提供合格的粪便。

“开放生物组”是一家“粪便银行”。捐献的粪便经过处理之后被冷冻保存，一部分被用于科学研究，一部分将成为救命良药，用于治疗复发性艰难梭菌感染。艰难梭菌感染常见于正在使用抗生素的病人体内，因为抗生素会使肠道内的细菌整体减少。一般来说，一旦病人停止服用抗生素，肠道菌群很快就会恢复，艰难梭菌感染也会不药而愈。然而，大约20%的康复患者会出现复发性感染，导致严重腹泻和结肠炎等，严重时可能致死。

艰难梭菌的某些菌株具有极强的抗药性，使得复发性感染很难根治，而粪便提取物对治疗最顽固、最危险的感染非常有效。粪便中含有大量有活性的肠道微生物，通过灌肠、胃喉管或口服胶囊等将这些微生物“移植”到患者的肠道，能使其肠道微生物群恢复平衡，让有益菌遏制致病菌，从而治愈感染。这种治疗方法被称为“粪便微生物移植”，又称粪便移植。对抗生素治疗无效或治疗后复发的患者，粪便移植的有效率高达85%～90%。

近几年，粪便移植逐渐成为治疗艰难梭菌感染的标准疗法。美国食品和药物管理局（FDA）在2014年发布了规范这种疗法的指导方针，并将人类粪便作为一种试验性药物进行管理。越来越多像“开放生物组”这样的“粪便银行”正在兴起。

一些研究发现，粪便移植对于某些消化道疾病甚至自身免疫疾病及神经系统疾病都有疗效。这些神奇的疗效全都源于粪便中复杂的微生物，而这些微生物也只是人体微生物群的一部分而己。

人体表面和内部“寄居”着数以万亿计的共生微生物。它们几乎存在于身体的每个部位，包括皮肤、口腔、肠道、呼吸道、泌尿道等。我们全身内外的微生物群落被称为人体微生物群，由细菌、真菌、古菌和病毒（噬菌体）等组成。微生物群仅占人体总质量的1%～3%，但在人类健康中却发挥着重要作用。

细菌构成了我们身体微生物群的最主要部分，它们是目前研究最多的微生物。据估计，人体内生活着超过1万种细菌，这些细菌的蛋白质编码基因与人类基因的比例是360：1。大多数细菌生活在肠道内，帮助分解和吸收营养物质、合成必需的维生素，还影响着脂肪储存和抗炎因子的产生。

除了细菌外，人体微生物群还含有大量的病毒。病毒在微生物群落生态系统的动态中扮演着重要的角色，对预防病原体微生物也很重要。噬菌体是最常见的病毒之一，它们是感染细菌的病毒。噬菌体能将基因从一种细菌转移到另一种细菌，而细菌的基因变化又能影响人类代谢。

在我们刚出生时人体微生物群就开始形成。通过自然分娩出生婴儿，会在母亲阴道内接触到第一种共生微生物一一乳酸菌，这种细菌能帮助婴儿消化乳汁中的乳糖。在我们生命中的前3年，全身的微生物群逐渐建立。在这一阶段，母亲皮肤和乳汁中的微生物对孩子的微生物群构成起到了至关重要的作用。

人体微生物群就像一个人的指纹一样独一无二。但与指纹不同的是，微生物群是一个动态系统，它一部分由我们本身的基因决定，一部分与环境有关，在人的一生中会不断发生变化。人体微生物群最显著的变化发生在一个人的婴幼儿期，而在整个成年期基本保持稳定，但居住环境、生活习惯和药物（尤其是抗生素）使用情况还是会对微生物群组成造成一定影响。

人体微生物群被一些科学家认为是人体的一个重要“器官”。这些微生物的数量比人体细胞总量还多，基因多样性更是远超人来基因组。人体微生物群的全部遗传物质被称为人体微生物组，对人体消化系统、免疫系统、中枢神经系统的调节以及情绪和认知能力都至关重要，因此也被称为“人类第二基因组”。所有人类的基因有99.7%都相同，但微生物组可能只有20%～30%是相同的。在某些方面，人体微生物组对我们身心的影响可能比我们自己的基因组更大。肠道菌群作用大

我们身体不同部位有不同的微生物群落组成，其差异之大，堪比海洋与荒漠之间微生物群落的差异性。与其他身体区域相比，肠道中的微生物群數量最大、多样性最高。到目前为止，对人类微生物组的大部分研究都集中于生活在肠道中的微生物，尤其是细菌。

一些肠道菌群与人之间存在互利共生的关系。肠道细菌能将人体不能分解的膳食纤维发酵成短链脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）。短链脂肪酸可以被人体吸收，作为能量物质使用，它们还与维持肠道pH值、调节免疫功能有关。肠道细菌产生的短链脂肪酸等化合物在人体中起到类似激素的调节作用，因此肠道菌群有时也被视为一种内分泌器官。肠道细菌也参与肠道对矿物质的吸收、B族维生素和维生素K的合成以及胆汁酸、甾醇和一些外源物质（如药物）代谢。

健康的肠道菌群还能扼制病原微生物，起到这一作用的主要细菌包括小肠中的普氏菌、瘤胃球菌、拟杆菌、厚壁菌和结肠中的消化链球菌、双歧杆菌、乳酸菌等，它们可以通过竞争肠道中的营养物质和肠黏膜附着位点来防止有害细菌（如艰难梭菌）的过度生长。

许多疾病和健康问题都与肠道微生物群有关。从肥胖、糖尿病等代谢问题，到结肠炎、肠易激综合征等消化系统疾病，以及食物过敏、类风湿关节炎等免疫系统障碍都与肠道微生物群的失调相关。心理健康和肠道健康之间同样有很强的联系。从生物学角度来看，所有导致抑郁症的因素都受到肠道微生物群的调控：炎症、大脑可塑性、大脑免疫激活、基因表达。它还会影响大脑中的神经递质水平，在调节压力反应系统中扮演着非常重要的角色。

食物和药物对我们身体系统的影响也与我们体内的微生物有关。大量研究表明，肠道细菌能够决定癌症患者对某些化疗药物和免疫疗法的反应。对于正在接受化疗的癌症患者而言，如果其肠道菌群恰好适合于这种化疗药物，他们的存活率将是其他患者的3倍。现在，美国的一些癌症中心会定期对化疗的癌症患者进行肠道菌群检查，并提供调整菌群的饮食建议，以得到更好的疗效。

值得注意的是：许多研究显示，肠道菌群与身体健康有相关性，但不能确定二者具有因果关系。此外，有些研究仅基于对无菌小鼠的研究，还没有在人类身上进行过探索。有科学家认为，在某些情况下，肠道菌群失调不一定是疾病的原因，但它可能是疾病的次级效应。

我们还可以通过调节肠道菌群来治疗一些疾病。粪便移植疗法就是一个成功的案例，更多的菌群调节疗法也正在开发当中。例如，美国一家生物科技公司正在开发一种微生物修饰药物，它能阻止一种肠道细菌产生过多的甲烷气体，而甲烷气体会引起腹胀、便秘和腹痛。早期临床试验发现，这种药物缓解了肠易激综合征的症状。还有一家制药公司在对一种治疗乳糖不耐受的药物进行试验。它能刺激大腸内的乳酸菌和其他细菌分解乳糖，让乳糖不耐受的人放心食用乳制品，而不用担心腹痛、腹泻。

2007年，美国国家卫生研究院发起了“人类微生物组计划”，旨在了解人体微生物群的特征，以进一步了解微生物组如何影响人类健康。根据该项目2012年发布的报告，研究人员从242名健康的美国志愿者的口腔、鼻腔、皮肤和阴道等部位提取了近5000份样本，确定了超过1万种微生物，这些细菌可能占健康西方人微生物群的81%～99%。该项目还有一些其他发现。例如，一项研究显示，女性的阴道菌群在分娩之前会发生巨大变化，这可能对新生儿微生物群的建立有重要意义。另一项研究显示，从发烧儿童的鼻腔样本中提取的病毒DNA比没有发烧的儿童多5倍。

2013年，微生物对人体健康影响的研究被《科学》杂志评为当年十大突破性科学进展之一。2014年，人类微生物组计划进入了第二阶段，主要任务是利用各种组学技术，对三类人群（怀孕和早产群体、炎症性肠病患者和2型糖尿病患者）及其微生物组进行分析，建立综合数据库，进一步探究微生物群与人类健康的关系。

2016年，美国克利夫兰诊所评选出“2017年最值得期待的十大医疗创新”，其中排名第一的就是“利用微生物组预防、治疗和诊断疾病”。得益于全基因组测序技术的进步，以及更成熟的动物模型的应用，人体微生物组研究正在迅速发展。这将有助于科学家进一步了解人体微生物群的结构和功能，并为利用它改善人类健康提供了更多可能。