趙立平撰文談腸道菌群與慢性病的關系

　　6月17日出版的《自然》（Nature）雜志，在NEWS and VIEWS欄目刊登了上海交通大學教授的文章。

　　應該刊編輯部的邀請，針對《自然》和《科學》雜志最近發表的有關人體元基因組的論文，趙教授評價了這些論文在理解腸道菌群與慢性病的關系的意義。文章指出，下一階段人體元基因組學研究的重點應該是關注營養如何改變菌群從而導致慢性病的發生。

　　文章說，在人體中，人的細胞數量僅占細胞總量的10%，而共生微生物的細胞所占比例高達90%。共生細菌大部分生活在腸道里，有大約1.5千克。這些細菌在生長活動中產生的代謝物可以進入人的血液，影響人的健康。有益菌可以產生消炎、鎮痛、抗氧化的物質，還可以合成維生素、氨基酸、丁酸鹽等營養成份，對人體有滋養和保護作用。有害菌則可以產生神經毒素、致癌物質和游離抗原，進入血液后能夠引起兒童自閉癥、老年癡呆、肥胖癥、糖尿病、冠心病、甚至癌癥等各種慢性病。

　　因此，結構失調的腸道菌群可能是誘發慢性病的重要因素，這個觀點叫“慢性病的腸源性學說”。該學說由趙立平教授提出并發表在近期出版的《生物技術雜志》（Journal of Biotechnology）上。

　　腸道菌群具有至少1000多種細菌，攜帶著大量的基因。3月4日的《自然》雜志刊登封面文章，報道了深圳華大基因研究院與法國農科院等單位用一次可以產生上百萬條短標簽序列的新一代測序方法，對124個歐洲人腸道樣品大規模測序的結果，發現了至少3百萬個新的基因。

　　這就意味著，人體內其實有兩個基因組在影響人的健康，一個是先天遺傳來的人的基因組，帶有約2萬多個基因，另一個是后天進入人體但終身與人相伴的所有共生微生物構成的“微生物組”，帶有至少上百萬個基因，相當于人的第二個基因組。第二基因組的基因容量是第一基因組的至少100倍，可見其對人體健康的作用和影響是不可忽視的。

　　趙教授研究組的工作表明，飲食是影響腸道菌群組成的最重要因素，不同的飲食結構，可以形成不同的菌群結構。無基因缺陷的動物，食用高脂食物后就可以患肥胖癥和早期糖尿病，這是因為，長期食用高脂肪、低纖維的食物，可以造成腸道菌群結構失調，增加進入血液的毒素的量，誘發慢性炎癥，從而導致肥胖、糖尿病、冠心病等慢性病的發生。這個工作成果發表在近期出版的《國際微生物生態學會會刊》（The ISME Journal）上。

　　為了更深入地理解腸道菌群與健康的關系，找到與慢性病直接相關的細菌，需要對腸道菌群攜帶的基因進行精細的測序。通過與菌群的代表性菌株的參考基因組序列進行對比，可以快速而準確地知道哪個片段來自哪個細菌，也可以知道其可能的功能。5月21日出版的《科學》雜志，報道了178個來自人體的共生細菌的基因組的序列，成果來自美國國立衛生研究院（NIH）的人體微生物組路線圖計劃資助的項目。這個工作，為人體微生物組的參考基因組制定了統一的標準，而且所有數據都對公眾是開放的。

　　由于很多腸道菌是不能分離培養的，很難獲得它們的參考基因組。趙教授在文章中提出，依托上海交通大學“系統生物醫學科技創新平臺”建立的“功能元基因組”技術為解決這個問題提供了途徑。他們與帝國理工醫學院等單位合作，建立了通過測定尿液代謝物的組成變化和腸道菌群結構變化的關系，來判斷哪一種細菌可能影響人體的哪一部分代謝的方法，就有可能將具有重要功能的細菌鑒定出來。然后再設法通過單細胞分離和全基因組擴增獲得其參考基因組序列。整個過程不需要分離培養細菌，可以突破培養技術的瓶頸，獲得更多重要細菌的參考基因組序列。

　　在《自然》評論中，趙立平教授以我國自主創新建立的“人體系統生物學”作為技術框架，以“慢性病的腸源性學說”為理論框架，對目前的國際人類元基因組研究進展做了評述。在最后，趙立平教授呼吁國際學術界開展多學科交叉研究，特別是基因組專家與微生物專家要密切合作，力求在慢性病的病因學和早期預防技術研究方面取得實質性突破，以遏制慢性病在全球的蔓延趨勢。