20年前，因?yàn)橐粋€(gè)偶然的機(jī)會(huì)，上海交通大學(xué)特聘教授趙立平察覺(jué)到，腸道細(xì)菌與人體健康有關(guān)，從而開(kāi)啟了當(dāng)時(shí)幾乎處于“一片空白”的人體腸道菌群研究。

后來(lái)，他陸續(xù)鎖定一些與人體健康密切相關(guān)的腸道細(xì)菌并解析其作用機(jī)制。2024年，他成功解析出人體腸道的284個(gè)核心菌群成員，分為“基石功能群”和“病生功能群”兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的群體，確認(rèn)其作為人體器官的功能。

可以說(shuō)，趙立平的研究不僅在國(guó)內(nèi)開(kāi)啟了腸道菌群研究的新天地，在國(guó)際上同樣走在前沿?，F(xiàn)在，他的研究成果已在國(guó)內(nèi)多家知名醫(yī)院落地，進(jìn)入臨床研究。

“現(xiàn)代人的腸道菌群幾乎都處于營(yíng)養(yǎng)不良的狀態(tài)，這也是現(xiàn)代人各種疾病和亞健康狀態(tài)比較多的原因。”趙立平直言，要從根本上改變現(xiàn)代人食物鏈中腸道基石功能群營(yíng)養(yǎng)缺乏的現(xiàn)狀，很可能需要從作物育種、糧食加工、烹飪方式、到最終進(jìn)食習(xí)慣進(jìn)行全鏈條的創(chuàng)新和變革。日前，他接受了本報(bào)記者的專(zhuān)訪(fǎng)。

不斷進(jìn)化的腸道菌群，守護(hù)人類(lèi)直到今天

問(wèn)：為什么說(shuō)腸道菌群是人體器官？這和我們傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的器官似乎不太一樣，很難想象人體器官是由一群細(xì)菌組成。

趙立平：人體腸道菌群非常復(fù)雜，但是正常人的腸道細(xì)菌都分為兩個(gè)功能群。這也是我們2024年發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一項(xiàng)重要研究成果：人體腸道中的284株核心細(xì)菌可分成兩個(gè)菌群——基石功能群和病生功能群。這兩個(gè)功能群組成了一個(gè)“菌群蹺蹺板”，其中，基石功能群就和它的名字一樣，是人體健康的基石，它們就好像是森林中的大樹(shù)，維持著整個(gè)森林系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們也把它稱(chēng)為“大樹(shù)菌群”；病生功能群，一聽(tīng)名字就知道，這是會(huì)引發(fā)人體疾病的“壞細(xì)菌” 群體。

當(dāng)基石功能群在腸道中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，壓制著病生功能群時(shí)，人體就處于健康狀態(tài)。相反，一旦病生功能群占據(jù)優(yōu)勢(shì)，那么不僅僅腸道環(huán)境不健康，人體還會(huì)產(chǎn)生炎癥，甚至出現(xiàn)各種疾病。

簡(jiǎn)言之，基石功能群就是具備抗炎作用、讓人體更健康的菌群，同時(shí)它還能讓人進(jìn)食后產(chǎn)生飽腹感和滿(mǎn)足感。病生功能群則會(huì)讓人的全身出現(xiàn)炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗等現(xiàn)象，會(huì)使饑餓感加重。當(dāng)病生功能群占據(jù)優(yōu)勢(shì)，會(huì)產(chǎn)生吲哚、硫化氫之類(lèi)的物質(zhì)，且人會(huì)出現(xiàn)暴飲暴食的行為，脂肪消耗的基因開(kāi)關(guān)被關(guān)閉，脂肪只合成而不消耗，人也會(huì)開(kāi)始發(fā)胖。

FG：基石功能群，PG：病生功能群。人類(lèi)腸道菌群中基石功能群占據(jù)優(yōu)勢(shì)就讓人既容易吃飽也容易滿(mǎn)足；病生功能群占據(jù)優(yōu)勢(shì)則人會(huì)暴飲暴食。

那么，為什么說(shuō)腸道菌群是一個(gè)器官？人體的器官都有正常的結(jié)構(gòu)、功能和分子機(jī)制。過(guò)去20年，我們通過(guò)研究解析了腸道菌群，發(fā)現(xiàn)腸道菌群具有器官所具備的一切特性。

首先，器官必須有明確的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道，人的腸道菌群共有284株核心細(xì)菌，分為兩大功能群，每一個(gè)功能群里的每一個(gè)細(xì)菌的基因組序列也有非常明確的結(jié)構(gòu)。其次，器官必須有不可替代的功能，人體腸道菌群正有著其它器官不能替代的功能。此外，腸道菌群的分子機(jī)制，目前也已研究得很清楚了。而且，器官如果出現(xiàn)偏差，人就會(huì)得病，但是這種偏差是可以糾正的，腸道菌群同樣如此，甚至可以和器官一樣進(jìn)行移植。

所以說(shuō)，腸道菌群完全可以看作人體必需的一個(gè)器官，而且是經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年進(jìn)化而形成的人體的一個(gè)“古老的新器官”。

問(wèn)：按照您的說(shuō)法，腸道菌群若是經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年進(jìn)化而形成的話(huà)，那么古人類(lèi)的腸道菌群是如何進(jìn)化為現(xiàn)代人的腸道菌群結(jié)構(gòu)的呢？

趙立平：科學(xué)家通過(guò)對(duì)一萬(wàn)多年前古人類(lèi)的糞便化石研究發(fā)現(xiàn)，古人類(lèi)大部分時(shí)間處于食物匱乏的狀態(tài)，能吃到的主要是植物的根、葉、種子，這些食物都屬于低能量、低營(yíng)養(yǎng)密度，但含有大量的膳食纖維。為了消化這類(lèi)食物，古人類(lèi)進(jìn)化出能高效分解膳食纖維的腸道菌群——基石功能群。而且，因?yàn)槟c道中的無(wú)氧環(huán)境，基石功能群無(wú)法把膳食纖維徹底氧化分解為二氧化碳和水，這些無(wú)法徹底分解的成分就被釋放到腸道中——這些成分就是乙酸和丁酸。

國(guó)際上已有大量關(guān)于乙酸和丁酸功能的研究?？梢悦鞔_的是，它們有四大功效。

首先，它們的一個(gè)主要作用是改善腸屏障功能。腸道表皮細(xì)胞每3天更新一次，其能量來(lái)源就是丁酸鹽，如果沒(méi)有足夠的膳食纖維提供給基石功能群，就無(wú)法產(chǎn)生足夠的丁酸，腸道表皮生長(zhǎng)就會(huì)受影響，從而影響腸道屏障功能。其導(dǎo)致的后果是，腸道中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)入血液，引發(fā)人體炎癥反應(yīng)，甚至導(dǎo)致更多疾病。

其次，乙酸和丁酸可以精準(zhǔn)高效地調(diào)節(jié)腸道內(nèi)的調(diào)節(jié)性免疫T細(xì)胞，使免疫系統(tǒng)處于一個(gè)既能對(duì)抗感染、又不損傷自身細(xì)胞和器官的平衡狀態(tài)。2025年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)就頒發(fā)給了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在天然情況下，就是由乙酸和丁酸來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)T細(xì)胞升高時(shí)，炎癥反應(yīng)會(huì)降低，胰島素受體就會(huì)非常敏感，人的饑餓感就不會(huì)很強(qiáng)烈；但是當(dāng)腸道菌群紊亂，T細(xì)胞異?；罨?、增殖時(shí)，人體就會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏等癥狀，包括克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎在內(nèi)的炎癥性腸病。

同時(shí)，乙酸和丁酸還能夠調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌。人的腸道中一個(gè)最重要的內(nèi)分泌細(xì)胞叫L細(xì)胞，它會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)和食欲調(diào)節(jié)有關(guān)的激素：GLP-1和PYY。其中，GLP-1叫飽腹感激素，讓人產(chǎn)生飽腹感，而PYY激素直接調(diào)控大腦的食欲中樞，讓人進(jìn)食后產(chǎn)生愉悅感。乙酸和丁酸恰好能夠調(diào)節(jié)L細(xì)胞去升高這兩個(gè)激素，讓人既有飽腹感又有滿(mǎn)足感，這樣，人自然就會(huì)停止進(jìn)食。

乙酸和丁酸還能降低腸道PH值，酸性環(huán)境使外來(lái)病菌很難立足，更不用說(shuō)生存下去，所以很大程度上也可以改善“病從口入”的問(wèn)題，起到抑制有害菌的作用。

可見(jiàn)，能夠降解膳食纖維的基石功能菌群確實(shí)非常了不起，它能幫助改善腸屏障功能、調(diào)節(jié)免疫、調(diào)節(jié)飲食行為、調(diào)節(jié)代謝、同時(shí)還有非常重要的生態(tài)功能。這也使得古人類(lèi)在長(zhǎng)期“吃糠咽菜”的情況下，也能夠產(chǎn)生飽腹感和滿(mǎn)足感，且活得還挺健康。

但自從古人類(lèi)開(kāi)始打獵、收獲獵物后，因?yàn)闆](méi)有食物儲(chǔ)存技術(shù)，他們就必須在成功打獵后的幾天中都暴飲暴食，把食物吃完。要實(shí)現(xiàn)暴飲暴食后還有食欲繼續(xù)吃，把攝入的多余能量變成脂肪儲(chǔ)存起來(lái)，到食物匱乏時(shí)讓脂肪燃燒、對(duì)抗饑餓——這個(gè)時(shí)候，病生功能群就出場(chǎng)了。

當(dāng)人體進(jìn)食大量肉類(lèi)時(shí)，病生功能群會(huì)快速生長(zhǎng)，壓制住基石功能群。病生功能群會(huì)關(guān)閉GLP-1和PYY的信號(hào)開(kāi)關(guān)，讓人吃了還想吃，進(jìn)入暴飲暴食狀態(tài)。而且，病生功能群會(huì)使人體處于輕微的炎癥狀態(tài)，這樣人體會(huì)出現(xiàn)胰島素抵抗，更容易餓、更想多吃。更重要的是，病生功能群還會(huì)通過(guò)基因靶點(diǎn)關(guān)閉肝臟上消耗脂肪的基因開(kāi)關(guān)，讓人只儲(chǔ)存脂肪而不消耗脂肪。

不過(guò)，由于古人類(lèi)常常處于吃完上頓沒(méi)下頓的狀態(tài)，過(guò)幾天身體炎癥很快就消下去了，所以并不會(huì)造成很?chē)?yán)重的后果。

但現(xiàn)在，我們一直處在“豐收”狀態(tài)，而和我們一起進(jìn)化了幾百萬(wàn)年的腸道菌群并不知道這一點(diǎn)，所以一旦腸道中的病生功能群處于優(yōu)勢(shì)，基石功能群升不上去，那么腸道菌群依然會(huì)以為你會(huì)不斷面臨食物短缺，給你的大腦發(fā)出指令：但凡能吃飽，就要多吃多存。這會(huì)讓人全身處于炎癥狀態(tài)。其實(shí)，這也是為什么現(xiàn)在體重超標(biāo)并且逐漸發(fā)展到糖尿病等慢性病的人那么多的原因。可以說(shuō)，它是人的現(xiàn)代飲食、腸道菌群和人體基因綜合的結(jié)果。

簡(jiǎn)言之，大自然的巧妙設(shè)計(jì)讓人類(lèi)可以進(jìn)化到今天，它對(duì)我們基因和腸道菌群的天然設(shè)計(jì)就是讓我們多吃，而不是面對(duì)美食無(wú)動(dòng)于衷。從某種程度上而言，節(jié)制地吃是反人性的。

從肥胖到神經(jīng)退行性疾病，都與腸道菌群密切相關(guān)

問(wèn)：如果病生功能群可以簡(jiǎn)單理解為“壞細(xì)菌群”，那是不是能盡量清除它們，讓人體處于健康狀態(tài)呢？

趙立平：大自然的設(shè)計(jì)很精妙，病生功能群并非一無(wú)是處。它是新生兒免疫系統(tǒng)的“訓(xùn)練員”，新生兒腸道的基石功能群主要通過(guò)母親的產(chǎn)道、初乳等傳遞，每升母乳有10到15克的母乳寡糖，可以促進(jìn)基石功能群的生長(zhǎng)。

來(lái)自母體的基石功能群使新生兒天生具備一定的免疫功能，但新生兒要應(yīng)對(duì)出生后的開(kāi)放環(huán)境，還需要病生功能群的幫助。病生功能群的“壞細(xì)菌”會(huì)產(chǎn)生一些毒素，但并不致命，新生兒的免疫系統(tǒng)正是在和這些壞細(xì)菌以及毒素的接觸中不斷提升免疫力。同樣，成年后免疫系統(tǒng)也需要保持一定的警惕性，如果人體的免疫系統(tǒng)什么有害物質(zhì)都接觸不到，它就會(huì)變得遲鈍。而病生功能群往往承擔(dān)著免疫系統(tǒng)日常練兵的“陪練”功能，幫助免疫系統(tǒng)通過(guò)日常練兵、演習(xí)保持一定的警惕。

問(wèn)：如果腸道菌群的機(jī)制已經(jīng)如此明確，這是不是意味著我們可以把腸道菌群作為靶點(diǎn)，來(lái)減肥甚至治病？或者，我們是否可以多補(bǔ)充一些膳食纖維，這樣就能提高基石功能群的活力，變得更健康？

趙立平：我們確實(shí)在腸道菌群中發(fā)現(xiàn)了與疾病相關(guān)的多個(gè)靶點(diǎn)?，F(xiàn)在有研究認(rèn)為，阿爾茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病也與腸道菌群有關(guān)。

早在20多年前我們就發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與肥胖有關(guān)。2012年，我們首次在一個(gè)體重350斤的年輕人腸道中發(fā)現(xiàn)了一種叫做陰溝腸桿菌的致病菌，它占腸道菌群的35%。通過(guò)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)，四周后，這種菌檢測(cè)不到了；23周后，他的體重下降了51.4公斤，糖尿病、高血壓、高血脂癥狀都消失了，指標(biāo)全部回到正常范圍。此后，我們通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了這一病菌是他生病的原因。這是國(guó)際上首個(gè)被鑒定出的引起肥胖的腸道細(xì)菌。

后來(lái)，我們又發(fā)現(xiàn)腸道菌群與2型糖尿病有確切的關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群可以對(duì)2型糖尿病進(jìn)行治療干預(yù)或營(yíng)養(yǎng)支持。

同時(shí)，很多癌癥病人也都曾經(jīng)有過(guò)便秘的經(jīng)歷。這一點(diǎn)在國(guó)際上目前已研究得比較清楚，應(yīng)該是便秘、菌群失調(diào)，導(dǎo)致全身發(fā)炎。然后，外部再出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)生致癌物質(zhì)的菌引起細(xì)胞突變，演變成癌癥。而且，一旦腸道菌群完全崩潰、腸道成為一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，人體的健康狀態(tài)很可能就回天乏術(shù)了。

現(xiàn)在，我們確實(shí)可以通過(guò)為腸道基石功能群增加營(yíng)養(yǎng)，使它們占據(jù)優(yōu)勢(shì)，降低身體的炎癥反應(yīng)，從而預(yù)防疾病，或?qū)膊≈委熖峁┹o助支持。而腸道菌群及其工作機(jī)制的解析，也讓我們進(jìn)一步理解為什么很多人通過(guò)節(jié)食并不能真正地減肥，反而導(dǎo)致身體狀態(tài)下降，甚至容易生病。

因?yàn)椴∩δ苋罕旧砭筒恍枰~外補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)人開(kāi)始節(jié)食或斷食時(shí)，基石功能群的營(yíng)養(yǎng)反而更加糟糕，在體內(nèi)菌群“蹺蹺板”中，病生功能群仍然壓制著基石功能群。所以，要減重就必須為基石功能群提供更多營(yíng)養(yǎng)，使其占據(jù)優(yōu)勢(shì)，從而在腸道中制造“飽腹”信號(hào)，并打開(kāi)讓脂肪燃燒的基因開(kāi)關(guān)。

雖然基石功能群以膳食纖維為能量來(lái)源，但并非我們多吃點(diǎn)蔬菜、水果、粗糧就能為基石功能群增加營(yíng)養(yǎng)。

我們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，古人類(lèi)每天的膳食纖維攝入量是200到400克，而現(xiàn)代人平均每天膳食纖維的攝入量只有15克，且這15克中，很多還不是基石碳水。這就導(dǎo)致現(xiàn)代人的腸道菌群幾乎都處于營(yíng)養(yǎng)不良的狀態(tài)。

但是，我們又不可能恢復(fù)古人類(lèi)吃糠咽菜的生活，那么又該如何為基石功能群提供營(yíng)養(yǎng)呢？對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，是不是多吃粗糧、蔬菜、水果，多補(bǔ)充膳食纖維就可以了呢？

并非如此。因?yàn)椴⒉皇撬械纳攀忱w維都是基石功能菌群的“食物”?；δ苋旱氖澄锎蠖鄶?shù)在食物的種子、果實(shí)中。仔細(xì)想一想就可以理解，古人類(lèi)的主食除了樹(shù)葉、草根之外，能夠采集到的也就是植物種子了。但在正常飲食情況下，植物種子攝入還會(huì)產(chǎn)生熱量過(guò)高、升糖快等其它問(wèn)題，且很多粗糧并非健康食品，有些還是高升糖食物。

我們通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，引入人工智能解析了腸道菌群的工作機(jī)制，同時(shí)對(duì)植物種子等高膳食纖維的食物進(jìn)行改造。在醫(yī)療實(shí)踐中，我們通過(guò)檢測(cè)基石功能群，然后有針對(duì)性地幫助病患恢復(fù)基石功能群。

與人的社會(huì)性相似，腸道菌群也是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)

問(wèn)：腸道菌群研究目前在學(xué)術(shù)界很熱門(mén)，但大多數(shù)集中在個(gè)體腸道菌種的研究，您卻長(zhǎng)期圍繞腸道菌群的兩個(gè)大類(lèi)來(lái)研究，可否談?wù)勀难芯恐饕悸泛头绞剑?/strong>

趙立平：我們都知道，人是社會(huì)性動(dòng)物，其實(shí)腸道菌群的社會(huì)性不輸人類(lèi)，無(wú)論是人類(lèi)社會(huì)還是菌群，都是組成成員眾多的復(fù)雜系統(tǒng)。要理解這類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)作、尋找核心成員，雖然方法不同，但最核心的指導(dǎo)思想是一致的——Stable relationships signify corecomponents，即“穩(wěn)定的關(guān)系意味著核心的成員組成”。

復(fù)雜系統(tǒng)中成員的相互作用構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)，其中最關(guān)鍵的成員應(yīng)該是具有不受環(huán)境沖擊影響的、關(guān)系穩(wěn)定的成員。也就是說(shuō)，被穩(wěn)定關(guān)系連在一起的成員很可能就是核心成員。

人類(lèi)社會(huì)中每個(gè)人都不是孤立的，都有多重身份。在一個(gè)城市中，每人都有一部手機(jī)，只要觀(guān)察一個(gè)手機(jī)的信號(hào)每天什么時(shí)間和哪些手機(jī)信號(hào)一起出現(xiàn)在什么地方，我們甚至不需要知道手機(jī)主人的其它信息，就能夠解析其社會(huì)關(guān)系。

當(dāng)我們把腸道菌群看作一個(gè)整體，且用解析人類(lèi)社會(huì)的方式來(lái)解析它們時(shí)，各個(gè)菌群的功能也就逐漸浮出水面。我們把每一類(lèi)細(xì)菌的全基因組序列都測(cè)出來(lái)，一個(gè)基因組代表一個(gè)菌，哪些細(xì)菌總是同時(shí)出現(xiàn)，哪些細(xì)菌總是互相“回避”，那么就能比較明確地區(qū)分它們的功能群。

而且，就像人類(lèi)社會(huì)一樣，哪些群體對(duì)維持社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)最重要？和平年代或許很難區(qū)分，可一旦自然災(zāi)害或者戰(zhàn)爭(zhēng)等極端情況出現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)受到巨大沖擊時(shí)，戰(zhàn)士、警察、醫(yī)生等社會(huì)應(yīng)急部門(mén)的人就會(huì)比平時(shí)更緊密地聯(lián)系在一起，這些群體就是維持社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)最重要的力量，這就說(shuō)明它們是“核心部門(mén)”。

對(duì)于腸道菌群，我們通過(guò)不同的方式?jīng)_擊它們，每次也都可以比較明確地區(qū)分出兩個(gè)群體。

當(dāng)然，也和人類(lèi)社會(huì)一樣，一旦兩個(gè)功能群都解散了，那么腸道菌群系統(tǒng)就崩潰了。而如果這兩個(gè)功能群不能恢復(fù)，那么人幾乎就會(huì)不可挽救地走向死亡。

目前，我們正在與多家醫(yī)院聯(lián)合開(kāi)展臨床研究，對(duì)難治性便秘、包括克羅恩病在內(nèi)的炎癥性腸病、腸易激綜合征等20多種疾病進(jìn)行輔助治療。首先是對(duì)基石功能群進(jìn)行檢測(cè)，然后再對(duì)基石功能群開(kāi)展?fàn)I養(yǎng)補(bǔ)充，都不行的話(huà)再做基石功能群的移植。不過(guò)，要提醒的是，腸道菌群移植是非常專(zhuān)業(yè)的醫(yī)療方式，并非所有的機(jī)構(gòu)都可以做。

（本版圖片由受訪(fǎng)者提供）