生活第50集:进入你的微生物群

抗生素无疑可以挽救生命，但如果我们在年轻时就用抗生素治疗，我们是否会让一些人终生面临一系列免疫疾病的风险增加?纽约大学的Martin Blaser认为我们是。他向克里斯·史密斯(Chris Smith)解释说，虽然他们还不知道具体是怎么回事，但他的团队发现，干扰易患自身免疫性糖尿病的幼鼠的微生物群，会显著加速其疾病的发展轨迹，这或许与我们现在在人类1型糖尿病患者身上看到的情况类似。

马丁:这是近年来加速发展的一种疾病。它的发病率每20或25年翻一番。在这段时间里，当这种疾病翻倍时，抗生素出现了。所以抗生素可能是导致这种疾病以及肥胖和哮喘等其他疾病的一个因素。它们发挥作用的方式可能是通过影响人类微生物群，即生活在人体内和体表的有机体。我们知道抗生素会扰乱微生物群。我们的假设是，在生命早期对它的干扰是导致这种大幅增长的原因。

克里斯-那么这里的实验方法是什么?

马丁:我们在老鼠身上做了实验。有一种叫做NOD的老鼠会自发患上1型糖尿病。我们想看看能否通过给老鼠早期抗生素来加速糖尿病的发展?事实上，我们在雄性老鼠身上发现了这一点。雄性和雌性之间存在差异，这是我们正在探索的，但我要告诉你们的几乎所有事情都与雄性老鼠有关。

克里斯-对。你有一群老鼠。我想，你要么给他们一个对照组，让他们不服用任何抗生素要么给他们一剂广谱抗生素然后跟踪他们，问他们后来患糖尿病的几率是高还是低?

马丁:是的，你说得很好。我们在老鼠很小的时候就给它们注射了一个疗程的大环内酯类抗生素，然后跟踪观察它们是否会患上糖尿病。我们在这里看到，即使是一个疗程的抗生素都加速了糖尿病，它发生得更早，实际上更多的老鼠变成了糖尿病。

克里斯:你能证明在使用微利德抗生素的同时，你也确实扰乱了微生物群吗，你以一种一致的方式扰乱了被治疗动物的微生物群

马丁-是的。所以我们的第一个发现与抗生素对微生物群的影响有关。我们发现了非常普遍的差异，这些差异在老鼠身上是一致的，我们能够命名出一些明显受到干扰的特定有机体，它们与糖尿病的发展有关。

克里斯:如果这就是导致你所看到的结果的关系，那么有人会推测，如果你把缺失的细菌放回去，或者你只是让这些动物在使用抗生素之前的微生物群重新聚集，你应该能够推迟患糖尿病的风险。你做过那个实验吗?

马丁:我们现在正在做一个实验，就是把正常的微生物群加回去，然后问一个问题，我们能把它们恢复到基线水平吗?

克里斯- 1型糖尿病是一种自身免疫性疾病。你可以看到情况的轨迹加速了。你可能会认为这是正常控制过程的某种损失，阻碍了免疫系统的发展。当你以这种方式扰乱微生物群时，你认为会发生这种情况吗?

马丁:是的。因此，研究的下一部分是观察这些微生物组变化对宿主的影响。我们主要关注宿主的肠道我们主要关注的是基因表达，哪些基因是开启的，哪些基因是关闭的。我们的第一个观察是，当我们观察老鼠变老时，我们可以看到一条成熟的途径。随着时间的推移，一些基因被开启，一些基因被关闭。现在我们发现抗生素扰乱微生物群极大地改变了正常的成熟过程。

克里斯:在现代，还有许多其他与免疫相关的疾病的发病率似乎在增加，比如糖尿病和抗生素的使用。你认为我们是否有一个共同的机制，我们让婴儿在微生物群成熟的关键窗口期接触大剂量的抗生素，这对他们的免疫系统成熟的方式产生了连锁反应，因此，像过敏风险等等?

马丁:是的，我们也同意。我们没有在这篇论文中对此进行研究，但这与哮喘等疾病的平行增加是一致的。事实上，当我们观察基因表达时我们发现了许多不同免疫条件下的通路。我们在这些途径中发现了扰动，我们也在代谢途径中发现了扰动。例如，关于宿主如何处理能量化合物的途径。所以我们认为这一切都是联系在一起的，新陈代谢和免疫力。

克里斯-所以我们在医学上是拆东墙补西墙吗?因为我们着眼于短期如何保障年轻人的安全并确保医生不被起诉。但从长远来看，我们的防御行为是否会给患者带来免疫后果?

马丁:是的，这是一个非常重要的问题。首先，我想说的是，抗生素是很好的药物。它们是神奇的药物，拯救了无数人的生命。但医生和其他健康从业者越来越多地使用抗生素来治疗非常微不足道的疾病，人们认为既然抗生素没有实际成本，没有生物成本，我们不妨试试。他们的口头禅是“这可能没有帮助，但不会造成伤害”。但我们发现越来越多的证据表明，它可能会造成伤害，可能会改变发展轨迹。这非常令人担忧，因为抗生素在世界各地的儿童中被广泛使用。

克里斯-那是不是太晚了?如果这已经发生在个人身上有没有办法重置系统或者这艘船已经起航了?

马丁:这是个很重要的问题。我们不知道答案。这就是为什么我们要做修复实验，看看我们能不能修复，能不能让它们回到原来的水平?有可能船已经开了，我们必须关注下一代。对那些还没有出生的孩子进行治疗，这样我们就可以防止他们遭受同样的命运。我们可以防止这个问题变得更糟。

维生素是我们不能自己制造的分子，我们依靠饮食来提供。但我们并不孤单，因为我们需要细菌的许多化学物质也依赖于我们;这有时会使我们与自己的微生物发生冲突。亚伦·韦克斯勒向克里斯·史密斯解释了维生素B12是如何起作用的。

Aaron:从根本上来说，我们感兴趣的是回答一个问题:怎样才能成为一个成功的肠道细菌。从我们实验室之前的工作中我们知道——我们使用了一种模型肠道细菌，它是类杆菌属的一部分，几乎普遍存在于人类群体中——它需要的一件事是吸收小分子维生素B12的能力。

Chris -当你说“好的微生物组”成员时，这对细菌有益还是对宿主有益?

Aaron -所以当我说一个成功的肠道细菌时，我主要是从细菌的角度来说的。所以它们想要在肠道中定居，所以如果它们没有做好自己的工作，它们就会从那个环境中灭绝

但是，同样的，如果他们太滥交和太贪婪，也会给主人带来后果，不是吗?

亚伦:确实是这样。大多数细菌都局限于大肠，它们在那里似乎很好。我们从中得到一些好处，比如消化，比如小分子维生素K和叶酸。然而，当它们发现自己在肠道的错误位置，比如小肠，那么我们就开始看到人类的问题了。

这些问题包括包括与B12有关的问题吗?

亚伦:是的。所以这些细菌很擅长吸收维生素B12。这篇论文的重点之一是我们发现的一种叫做BTG的特殊蛋白质，它位于这些细菌的表面，对维生素B12有很高的亲和力。所以当这些细菌携带这些对B12有高亲和力的蛋白质进入小肠并生长到很大的密度时，它们就开始从我们的蛋白质中带走B12。

克里斯:什么，因为这种特殊的B12结合蛋白非常擅长完成它的工作它比我们自己的蛋白质做得更好，所以如果你让这两种蛋白质在竞争中正面交锋，细菌会赢?

亚伦-这当然是体外实验的结果。所以当我们服用一种叫做内在因子的人类蛋白质我们以前服用维生素B12时，给它维生素B12。但是我们把它和细菌蛋白一起孵育，我们发现在很短的时间内细菌蛋白几乎带走了人类蛋白质中所有的B12。因此，我们可以推断，当这些细菌数量过多时，类似的过程可能会发生在人类和小肠中。

克里斯-这就像把牛头犬和贵宾犬扔给羊排，然后问谁会赢，不是吗?那么，为什么这种细菌进化到对B12有如此惊人的清除能力呢?显然，它是一种有价值的分子，但这听起来像是一种过度杀伤的情况?

亚伦-没错。我认为这更多是与细菌争夺B12而不是与人类争夺B12有关。所以我认为从内在因素，人类蛋白质中窃取B12，我认为这是偶然的。我认为这是肠道细菌与人类和肠道细菌之间争夺维生素B12的结果。所以这些细菌，就像我说的，它们主要生活在大肠里那里的细菌密度非常高。所以在细菌密度高的情况下细菌间对营养物质的竞争就会很激烈。人类的内在因素也随着人类的进化而进化，它不习惯与肠道细菌争夺维生素B12。所以当这些细菌发现自己在小肠内有大量存在内在因子时，碰巧这些细菌几乎每次都会赢得竞争。

克里斯，这是否填补了临床空白，因为我们知道有些病人最终会缺乏B12，他们确实有细菌过度生长这就解释了为什么这些细菌会导致我们缺乏B12 ?

Aaron -我认为这是一个合理的解释。我们不确定这是否发生在这些病人身上因为我们还没有做实验来证明这一点。然而，我们收集的体外数据表明，这是一个合理的假设。

Chris -那你是怎么发现这个的呢?

Aaron -我们在研究这些肠道细菌对B12的吸收。我们发现一种叫做拟杆菌的肠道细菌含有与大肠杆菌相同的维生素B12吸收的四种成分，大肠杆菌是研究维生素B12更新的典型细菌。所以我们肠道中的这些拟杆菌含有相同的四种蛋白质，但它们含有额外的基因，这些基因与编码拟杆菌转运体的基因相邻，这些基因没有已知的功能。其中一种基因，我们称之为BTG，是对维生素B12有高亲和力的表面蛋白。

克里斯:那么你是怎么做的呢，有一点跳跃的结论，你认为他们在同一个区域，所以他们可能参与其中?然后你去看它们，发现哦，嘿，很快，其中一个真的参与了这个，这就是函数?

亚伦:是的。所以我们不能假设，仅仅根据他们的基因位置，他们参与了B12的运输。为了得到答案，我们首先采用了分子遗传学方法，通过删除BTG，当我们这样做时，我们发现这些细菌在低浓度的b中很难生长。第二个线索来自我们所做的研究，我们发现缺乏这种蛋白质的细菌的细胞内B12浓度较低。

克里斯:那你接下来要看什么?

Aaron:我们有一些线索表明BTG并不是故事的结局。可能还有其他因素在起作用，我们不知道它们在做什么。另一件事是要从临床角度去研究BTG是否真的是解释小肠细菌过度生长导致人体维生素B12缺乏的关键因素。