1 肠道微生物——伴随一生的朋友
前面几节，我已经把各种微生物介绍给大家了，有的微生物可以致病，有的微生物可以帮助我们制作美味的食品。这一节，我将专门介绍人体上的微生物。
微生物是地球的主宰，在地球上，无论有没有人类分布的地方，都有微生物的分布，包括人类自身，也是由微生物主宰的。从出生那刻起，人类自身就注定要和微生物共处一生，这些微生物就犹如人体的一个器官，它们是否正常决定了人体的健康状况。
“超级生命体”
分布在人体体表和体内的微生物，数量可达百万亿，最近的研究估计有390 000万亿，而我们人类自身的细胞数量才300 000亿个，微生物比自身细胞数量都多。这万亿的细菌和真菌分布在你的眼、耳、口、鼻以及膀胱、胎盘和血液等你看得到和看不到的每一寸皮肤和黏膜上，其中有80%生活在消化道内，其种类超过1000种，重量可达2千克，几乎可以装满一大桶可乐瓶子。
当我们端坐在椅子上，体会一下我们身体中90%的细胞都不属于我们自己，并且这些大约只有人体细胞千分之一大小的“小东西”编码的基因数量可以达到300万~900万，是人类自身编码的基因数量的数百倍！这是一种怎样的感觉？我们自己已经不是我们自己了，我们是人体和微生物的共生体，人体为微生物提供了栖息地，提供了它们生存的生态环境，微生物是我们身体里的“居民”，我们与微生物是共生在一起的，相互依靠，互利共生，是人体不可或缺的部分。
人体是一个独特的完整的生态系统，是个“生命小宇宙”，所以，人体也被称作“超级生命体（super organisms）”。现在已经非常明确了，人体微生物在数量和基因总数上都要比人类多得多，而且它们注定会对我们的健康产生重要影响。过去十年，人体微生物在调节代谢、免疫和人类行为等方面的重要作用已经越来越多地被发现。
测便识肠菌
肠道，特别是大肠，是人体第一大微生物聚集区，紧随其后的是口腔，女性的生殖道里微生物的种类和数量也很多。你应该已经注意到，人体微生物主要的聚集区都相对封闭且温暖湿润，非常适宜微生物的生长和繁殖，并且食物越丰富的地方微生物就越多，因此，肠道毫无争议地位列第一。
据推测，健康成人肠道内的细菌总重量可达1~1.5千克，如果对此没有概念的话，下次排完大便回头看看马桶里的它们，除了水之外，粪便中的大部分干物质是细菌，差不多有20多克，肠道中保留或附着的细菌更多。正常人一次排的粪便有250g左右，其中80%~90%是水，去除水分之后的干物质里有30%~50%是由肠道细菌和其“尸体”构成，其余的是食物残渣、人体代谢废物及脱落的肠黏膜细胞。从数量上来说，每克干大便中含有的细菌数量可以达到6000亿~10 000亿个，脱落的肠细胞数量也能达到107个。正是由于粪便中携带了大量的肠道微生物，人们通过检测它里面的微生物来间接了解肠道微生物的组成，这也是我工作的一部分，分析肠道微生物的细菌组成，评估肠道微生态的健康状况。
肠道微生物来自哪里？
实际上，粪便中的微生物也并不都是来自大肠，从嘴巴到肛门这8~9米长的整个消化道的表面都分布有不同的微生物。口腔里的微生物以舌头表面居多，唾液中也含有一定比例的微生物，这里的微生物重量可以达到20克，平均每毫升唾液中有十亿到百亿数量级的细菌，主要以消化链球菌、梭杆菌和拟杆菌为主。想象一下在每一次接吻过程中，相互交换的微生物数量可达数千万或数亿个，所以，接吻的过程不仅是双方在表达爱意，还在交换彼此体内的微生物。
咀嚼过程中，口腔里的微生物会跟食物混合在一起，通过食管后很快进入胃。食物在胃里跟胃液再次混合，pH值极低的胃酸可以杀死食物中的细菌和病毒。但是，并不是所有微生物都会被杀死，有些耐酸的微生物还长期生活在胃里，如著名的幽门螺杆菌。这种菌是引起胃炎的一种细菌，澳大利亚的两位科学家因发现这种菌和胃炎之间的相关性而获得了诺贝尔奖。一般胃部不舒服的话，很多医生都会建议患者去做一个幽门螺杆菌检测，看看是不是这个菌感染引起的。胃里的细菌除了幽门螺杆菌之外，还有其他的耐酸细菌，据估计，每毫升胃液中平均只有数千到数万个，明显要比口腔里少得多。
很多人认为，胃酸会将进入胃里的微生物全部杀死，实际上一些微生物进化出了不同的应对策略来适应或者躲过胃酸，经过胃酸消化后，微生物并没有被完全杀死，只是数量减少非常明显，仍有一些细菌苟延残喘地存活在胃容物中，这些残存的微生物实际上是肠道微生物的主要来源。我都怀疑，很多可以活着穿过胃的微生物，是我们的胃有意“放水”，特别是一些有益菌，我们的胃能够识别它们并发送特殊的通行证，好让它们能够进入肠道开展工作。
进入胃部的食物需要4小时左右才能进入小肠。消化道中最长的部分就是小肠，分为十二指肠、空肠、回肠三个部分，有6~7米长。一些细菌在离开胃后数量就变得很少了，那些好不容易躲过胃酸的细菌们，进入小肠后会在短时间内通过细胞分裂的方式指数级繁殖，数量急剧增多。
紧邻胃的部位是十二指肠，在十二指肠上的开口处，肝脏分泌的胆汁和胰腺分泌的胰液会排泄到十二指肠内，与胃里出来的食物混合。胰液含碳酸氢盐和多种消化酶，可以分解碳水化合物、脂肪和蛋白质三种食物成分，是消化力最强的消化液。胰液的pH值为7.8~8.4，是呈碱性的液体，正好跟呈酸性的胃里出来的食物中和一下，恢复中性的pH值，避免损伤肠道。据估计，正常成人每日胰液分泌量为1~2升，相当于三四瓶矿泉水的量。胰液中的碳酸氢盐主要中和进入十二指肠的胃酸的，避免了强酸腐蚀肠黏膜，剩余的碳酸氢盐可以继续维持小肠的碱性环境，促进小肠内多种消化酶的活性。
胆汁的主要成分有胆盐、胆固醇、卵磷脂（磷脂酰胆碱）和胆色素等，作用是促进脂肪的分解和吸收，但是里面却不含消化酶。一个很有意思的现象，成年人体每天生成的胆汁量为500~1000毫升，其中75%的胆汁不是胆分泌的，而是肝细胞分泌的。俗话说“肝胆相照”，就十分形象地形容了它们之间的这种亲密关系。
胆汁里的胆盐，除了促进脂肪及脂溶性维生素A、D、E、K的消化和吸收，还具有很强的抑制肠道细菌生长的作用。那些不怕胃酸的细菌进入小肠后也会再一次被胆汁绞杀，这时，绝大多数的细菌会再次被消灭掉。即使经过了胃酸和胆汁的两轮绞杀，小肠中的细菌数量还能达到每毫升数万到数十万个数量级，明显高于胃里的微生物数量。
肠道微生物参与“制作”大便？
小肠内的细菌主要是拟杆菌、乳杆菌和链球菌等。由于小肠内壁有大量的环形皱襞，表面又有很多绒毛状的突起，网球场大小的小肠表面积可以容纳的细菌数量和种类至今仍不算很明确，再加上小肠部位很难取样，所以，我们对小肠内微生物的了解并不多。从十二指肠到回肠，随着离胃距离越来越远，酸性也越来越弱，躲过了酸和碱的洗礼，经过一段时间的繁殖后，细菌数量也在逐渐增加，到回肠末端，细菌数量达到每毫升数百万到数亿个，是小肠的几百倍了。
在小肠中没有被消化和吸收的食物残渣会进入大肠，每天大约有 600毫升，比一瓶矿泉水多一点。大肠只有1.5米，形状很像“门”字，从大肠入口（“门”字的左下角）开始依次分为升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠和直肠。与小肠相比，大肠的功能要单一得多，其主要功能是负责制造并储存大便。大肠不停地蠕动，目的就是把那600毫升的稀粥样的食物残渣制作成“香肠”状的大便。
这个过程简单来说就是随着食物残渣向前蠕动，大肠要逐一检测里面的成分，把有用的东西回收回来，避免浪费，逐步吸收里面的水分和矿物质，并且还要把人体排泄出的多余的镁、钙和铁等物质糅进粪便里。
制作大便的整个过程比较缓慢，需要12~48小时。在这段时间里，肠道里的微生物可是占尽了便宜，食物残渣对细菌来说是绝对的美食，肠道缓慢的蠕动，给了它们足够的时间进食，它们会充分消化吸收里面的营养并发展壮大自己。大肠里的微生物都是通过口腔，一路过关斩将从食物和环境中进来的，最终，它们在水土丰美的大肠安家落户了。
因此，大肠里的细菌数量要远远多于小肠，可达每毫升数千亿到万亿，同时细菌的种类也明显增多。由于大肠远离消化道入口，几乎没有氧气，这就造成了这里超过98%的细菌为专性厌氧菌，主要是拟杆菌、普氏菌、双歧杆菌、肠杆菌和真杆菌等。有研究估计，人体肠道中存在1000~1150种细菌，这不是说每个人的肚子里都有这么多种菌，而是说在人类的肠道中曾经检测出来过这么多种菌，平均到每个人身上含有160多种优势菌。
小肠维持生存，大肠决定生存质量
我们都知道，小肠的作用是分解食物并将营养吸收进体内，那么大肠究竟有什么作用呢？一个非常有意思的研究，比较了小肠和大肠的作用。最终发现，去掉动物的小肠，没有了营养来源，动物就无法生存，而如果拿掉动物的大肠，它们仍能存活。这样看起来，对于动物的生存，小肠是必需的，大肠的作用似乎并不大。但是，随着近年来研究的深入，我们开始对大肠的作用有了新的认识，我们以前大大低估了大肠对人体健康的作用。实际上，小肠是维系生命所必需的，为生命运行提供能量，是生存的基础，而大肠却是维持生命正常运行所必需的，决定了生存的质量。
近几年的研究发现，大肠的功能不仅仅是制作和储存粪便，它还承担着更为重要的工作。大肠蠕动的过程也是微生物分解和合成各种活性物质的过程。大肠转运的食物残渣在肠道微生物的作用下发生了转化，血液中36%的小分子物质是由肠道微生物代谢产生的。大肠是一些特殊食物成分的加工厂。食物中的纤维素很难被人体分解利用，因为人体缺乏分解它们的酶，只能保留在食物残渣中进入大肠，而肠道里的微生物有多种酶可以降解纤维素，产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA），所以，这里的微生物特别喜欢它们。
短链脂肪酸是碳原子数少于6个的脂肪酸，也称挥发性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA），按照其结构称为甲酸、乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸等。其中，丁酸是结肠上皮细胞的主要能量来源，能够维持大肠的正常功能以及结肠上皮细胞的形态和功能，并且还可以促进肠道有益菌，如乳酸杆菌和双歧杆菌的生长，抑制大肠杆菌等有害菌的数量，维护肠道微生物的平衡。也就是说，肠道微生物通过分解食物残渣为肠道的运动提供了直接的能量，并且还为人体提供了大量的物质资源。
肠道微生物除了可以产生像短链脂肪酸这样的有益物质，还可以产生硫化氢和氨等毒性物质，这些毒性物质很容易进入血液系统引起系统性的病变，成为各种疾病的罪魁祸首。不同种类的微生物，或者不同状态的微生物产生的物质不同，这就导致肠道微生物中所谓有益菌和有害菌构成的不同，它们的代谢产物也不同，对健康的影响也不一样。
清除肠道菌群，后果很严重
有一天，我在跟一个朋友介绍肠道微生物的时候，他本身就是个急性子，听到这么复杂的肠道微生物后沉不住气了说：“管它有益菌还是有害菌，统统把它们清除掉，这样岂不是清静了？”实际上，早在20世纪 60年代，人们确实这样做过。他们在实验室里培育出了体内完全没有微生物的“无菌小鼠”（germ-free mice），神奇的是，他们发现这些小白鼠的寿命还出奇得长，是普通小鼠的1.5倍！按照这个结果来看，人体内如果完全没有细菌的话，似乎对人类健康也没有什么坏的影响，反而更有益。实际上并非如此简单，这样的无菌小鼠只能养在无菌的环境里，还必须吃特别配制的饲料，而饲料中添加的特殊成分很多都是动物自身不能合成而微生物可以合成的。一旦把这些完全无菌的小鼠放到自然环境中，由于它们缺乏微生物的刺激没有形成正常的免疫系统，抵抗力非常差，碰到环境中的细菌可能就立马死掉了。
完全无菌的环境确实避免了有害菌对身体的伤害，可以延长一些寿命，但是同时也缺乏了有益菌的刺激，使得免疫系统发育不完善，而且也缺少了肠道细菌产生的维生素K，导致受伤后血液难以凝固，伤口无法愈合，即使能够勉强维持生命，最终，将会严重影响生存的质量。况且，在自然状态下根本无法做到完全无菌，所以，朋友的想法是不现实的，最明智的做法还是要学会与微生物和谐共处，相互之间达到共生，无论好菌还是坏菌我们都要接受，只要控制好它们之间的平衡就可以了。很多疾病的发生并不是由于有害菌的感染，而是由于有益菌的缺乏，或者不同菌群的比例失调。人类积累了非常多的杀灭有害菌的经验，但是面对有益菌缺乏或者菌群失调的问题，通常就无计可施了。
肠道菌群的传递
肠道里的菌群并非是与生俱来的，它们实际上是人体的“外来户”，是伴随我们一起成长的“青梅竹马”的朋友。2010年以来，人们对人体微生物的认识打破了很多传统观念，也在冲击着我们几千年来形成的认知。胎儿在母体子宫时就已经开始跟妈妈的菌接触了，以往被认为无菌的乳腺、膀胱、胎盘、羊水等部位，都被逐一证明了菌群的存在。婴儿还在母亲子宫时，微生物在体内的萌发、代谢和免疫作用可能就已经启动了。
2016年，有一项研究分析了15对妊娠期满并采取剖腹产的母亲和婴儿的粪便、胎盘、羊水、初乳及胎便样本，通过检测里面的微生物，发现所有样本中菌群的丰度和多样性都较低，但是婴儿的胎便与胎盘和羊水中的菌群组成最相似，并且，剖腹产婴儿的脐带血中可培养出少量的屎肠球菌、表皮葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌，这些菌在肠道中也大量存在。出生3~4天后，婴儿肠道菌群的组成就变得开始与初乳中的菌群十分相似了，也就是说随着母乳喂养，乳汁中的菌群定植到了婴儿的肠道。
为了进一步证实母亲的菌群会进入胎儿体内，一项在小鼠模型中做的研究发现，给母鼠口服做了标记的来自人体的屎肠球菌后，很快就可以在羊水中检测到这个标记过的菌的存在。现在已经毫无悬念，胎儿的菌群确实是来自母亲，或者来自母亲的循环系统，或者阴道中的细菌。
出生后，婴儿的菌群一部分是母亲体内的细菌通过分娩过程由阴道摄入，或者在哺乳时从口腔摄入，还有一部分是直接从空气吸入和吃的食物中带入的，无论何种来源，最终，它们都在肠道内定植，形成新生儿的肠道菌群。随着婴儿的成长，饮食种类的丰富，肠道菌群的种类和构成也逐渐趋于稳定，到3岁左右时，形成了接近成人的成熟肠道菌群。
在怀孕期间，母亲传递给胎儿的菌群作为最早定植的居民，会显著影响胎儿，甚至孩子未来一生的健康。这些细菌就这样潜移默化的定居到人体内，悄无声息地影响着免疫系统及身体和大脑的发育及代谢过程，并且与人相伴一生，直到终老。不同的是，人会死去，而菌则将进入环境中继续存活，有朝一日，再被另一个人“招募”到体内继续生存繁衍下去。
人生有涯，菌群无涯！