20年前，因為一個偶然的機會，上海交通大學特聘教授趙立平察覺到，腸道細菌與人體健康有關，從而開啟了當時幾乎處于“一片空白”的人體腸道菌群研究。

后來，他陸續(xù)鎖定一些與人體健康密切相關的腸道細菌并解析其作用機制。2024年，他成功解析出人體腸道的284個核心菌群成員，分為“基石功能群”和“病生功能群”兩個相互競爭的群體，確認其作為人體器官的功能。

可以說，趙立平的研究不僅在國內開啟了腸道菌群研究的新天地，在國際上同樣走在前沿?，F(xiàn)在，他的研究成果已在國內多家知名醫(yī)院落地，進入臨床研究。

“現(xiàn)代人的腸道菌群幾乎都處于營養(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?！壁w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、到最終進食習慣進行全鏈條的創(chuàng)新和變革。日前，他接受了本報記者的專訪。

不斷進化的腸道菌群，守護人類直到今天

問：為什么說腸道菌群是人體器官？這和我們傳統(tǒng)認識中的器官似乎不太一樣，很難想象人體器官是由一群細菌組成。

趙立平：人體腸道菌群非常復雜，但是正常人的腸道細菌都分為兩個功能群。這也是我們2024年發(fā)表在《細胞》雜志上的一項重要研究成果：人體腸道中的284株核心細菌可分成兩個菌群——基石功能群和病生功能群。這兩個功能群組成了一個“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，維持著整個森林系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們也把它稱為“大樹菌群”；病生功能群，一聽名字就知道，這是會引發(fā)人體疾病的“壞細菌” 群體。

當基石功能群在腸道中占據(jù)優(yōu)勢，壓制著病生功能群時，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，那么不僅僅腸道環(huán)境不健康，人體還會產生炎癥，甚至出現(xiàn)各種疾病。

簡言之，基石功能群就是具備抗炎作用、讓人體更健康的菌群，同時它還能讓人進食后產生飽腹感和滿足感。病生功能群則會讓人的全身出現(xiàn)炎癥反應、胰島素抵抗等現(xiàn)象，會使饑餓感加重。當病生功能群占據(jù)優(yōu)勢，會產生吲哚、硫化氫之類的物質，且人會出現(xiàn)暴飲暴食的行為，脂肪消耗的基因開關被關閉，脂肪只合成而不消耗，人也會開始發(fā)胖。

FG：基石功能群，PG：病生功能群。人類腸道菌群中基石功能群占據(jù)優(yōu)勢就讓人既容易吃飽也容易滿足；病生功能群占據(jù)優(yōu)勢則人會暴飲暴食。

那么，為什么說腸道菌群是一個器官？人體的器官都有正常的結構、功能和分子機制。過去20年，我們通過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構?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道，人的腸道菌群共有284株核心細菌，分為兩大功能群，每一個功能群里的每一個細菌的基因組序列也有非常明確的結構。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行移植。

所以說，腸道菌群完全可以看作人體必需的一個器官，而且是經(jīng)過幾百萬年進化而形成的人體的一個“古老的新器官”。

問：按照您的說法，腸道菌群若是經(jīng)過幾百萬年進化而形成的話，那么古人類的腸道菌群是如何進化為現(xiàn)代人的腸道菌群結構的呢？

趙立平：科學家通過對一萬多年前古人類的糞便化石研究發(fā)現(xiàn)，古人類大部分時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、低營養(yǎng)密度，但含有大量的膳食纖維。為了消化這類食物，古人類進化出能高效分解膳食纖維的腸道菌群——基石功能群。而且，因為腸道中的無氧環(huán)境，基石功能群無法把膳食纖維徹底氧化分解為二氧化碳和水，這些無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。

國際上已有大量關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，它們的一個主要作用是改善腸屏障功能。腸道表皮細胞每3天更新一次，其能量來源就是丁酸鹽，如果沒有足夠的膳食纖維提供給基石功能群，就無法產生足夠的丁酸，腸道表皮生長就會受影響，從而影響腸道屏障功能。其導致的后果是，腸道中的有毒有害物質進入血液，引發(fā)人體炎癥反應，甚至導致更多疾病。

其次，乙酸和丁酸可以精準高效地調節(jié)腸道內的調節(jié)性免疫T細胞，使免疫系統(tǒng)處于一個既能對抗感染、又不損傷自身細胞和器官的平衡狀態(tài)。2025年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎就頒發(fā)給了調節(jié)性T細胞。調節(jié)性T細胞在天然情況下，就是由乙酸和丁酸來調節(jié)的。當T細胞升高時，炎癥反應會降低，胰島素受體就會非常敏感，人的饑餓感就不會很強烈；但是當腸道菌群紊亂，T細胞異?；罨⒃鲋硶r，人體就會出現(xiàn)過敏等癥狀，包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎在內的炎癥性腸病。

同時，乙酸和丁酸還能夠調節(jié)腸道內分泌。人的腸道中一個最重要的內分泌細胞叫L細胞，它會產生兩個和食欲調節(jié)有關的激素：GLP-1和PYY。其中，GLP-1叫飽腹感激素，讓人產生飽腹感，而PYY激素直接調控大腦的食欲中樞，讓人進食后產生愉悅感。乙酸和丁酸恰好能夠調節(jié)L細胞去升高這兩個激素，讓人既有飽腹感又有滿足感，這樣，人自然就會停止進食。

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

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

但自從古人類開始打獵、收獲獵物后，因為沒有食物儲存技術，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存起來，到食物匱乏時讓脂肪燃燒、對抗饑餓——這個時候，病生功能群就出場了。

當人體進食大量肉類時，病生功能群會快速生長，壓制住基石功能群。病生功能群會關閉GLP-1和PYY的信號開關，讓人吃了還想吃，進入暴飲暴食狀態(tài)。而且，病生功能群會使人體處于輕微的炎癥狀態(tài)，這樣人體會出現(xiàn)胰島素抵抗，更容易餓、更想多吃。更重要的是，病生功能群還會通過基因靶點關閉肝臟上消耗脂肪的基因開關，讓人只儲存脂肪而不消耗脂肪。

不過，由于古人類常常處于吃完上頓沒下頓的狀態(tài)，過幾天身體炎癥很快就消下去了，所以并不會造成很嚴重的后果。

但現(xiàn)在，我們一直處在“豐收”狀態(tài)，而和我們一起進化了幾百萬年的腸道菌群并不知道這一點，所以一旦腸道中的病生功能群處于優(yōu)勢，基石功能群升不上去，那么腸道菌群依然會以為你會不斷面臨食物短缺，給你的大腦發(fā)出指令：但凡能吃飽，就要多吃多存。這會讓人全身處于炎癥狀態(tài)。其實，這也是為什么現(xiàn)在體重超標并且逐漸發(fā)展到糖尿病等慢性病的人那么多的原因?？梢哉f，它是人的現(xiàn)代飲食、腸道菌群和人體基因綜合的結果。

簡言之，大自然的巧妙設計讓人類可以進化到今天，它對我們基因和腸道菌群的天然設計就是讓我們多吃，而不是面對美食無動于衷。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

問：如果病生功能群可以簡單理解為“壞細菌群”，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：大自然的設計很精妙，病生功能群并非一無是處。它是新生兒免疫系統(tǒng)的“訓練員”，新生兒腸道的基石功能群主要通過母親的產道、初乳等傳遞，每升母乳有10到15克的母乳寡糖，可以促進基石功能群的生長。

來自母體的基石功能群使新生兒天生具備一定的免疫功能，但新生兒要應對出生后的開放環(huán)境，還需要病生功能群的幫助。病生功能群的“壞細菌”會產生一些毒素，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)什么有害物質都接觸不到，它就會變得遲鈍。而病生功能群往往承擔著免疫系統(tǒng)日常練兵的“陪練”功能，幫助免疫系統(tǒng)通過日常練兵、演習保持一定的警惕。

問：如果腸道菌群的機制已經(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，來減肥甚至治?。炕蛘?，我們是否可以多補充一些膳食纖維，這樣就能提高基石功能群的活力，變得更健康？

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

早在20多年前我們就發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與肥胖有關。2012年，我們首次在一個體重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%。通過營養(yǎng)干預，四周后，這種菌檢測不到了；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，指標全部回到正常范圍。此后，我們通過試驗證實了這一病菌是他生病的原因。這是國際上首個被鑒定出的引起肥胖的腸道細菌。

后來，我們又發(fā)現(xiàn)腸道菌群與2型糖尿病有確切的關系，通過調節(jié)腸道菌群可以對2型糖尿病進行治療干預或營養(yǎng)支持。

同時，很多癌癥病人也都曾經(jīng)有過便秘的經(jīng)歷。這一點在國際上目前已研究得比較清楚，應該是便秘、菌群失調，導致全身發(fā)炎。然后，外部再出現(xiàn)一個產生致癌物質的菌引起細胞突變，演變成癌癥。而且，一旦腸道菌群完全崩潰、腸道成為一個開放的系統(tǒng)，人體的健康狀態(tài)很可能就回天乏術了。

現(xiàn)在，我們確實可以通過為腸道基石功能群增加營養(yǎng)，使它們占據(jù)優(yōu)勢，降低身體的炎癥反應，從而預防疾病，或對疾病治療提供輔助支持。而腸道菌群及其工作機制的解析，也讓我們進一步理解為什么很多人通過節(jié)食并不能真正地減肥，反而導致身體狀態(tài)下降，甚至容易生病。

因為病生功能群本身就不需要額外補充營養(yǎng)，當人開始節(jié)食或斷食時，基石功能群的營養(yǎng)反而更加糟糕，在體內菌群“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養(yǎng)，使其占據(jù)優(yōu)勢，從而在腸道中制造“飽腹”信號，并打開讓脂肪燃燒的基因開關。

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

我們通過研究發(fā)現(xiàn)，古人類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。這就導致現(xiàn)代人的腸道菌群幾乎都處于營養(yǎng)不良的狀態(tài)。

但是，我們又不可能恢復古人類吃糠咽菜的生活，那么又該如何為基石功能群提供營養(yǎng)呢？對現(xiàn)代人來說，是不是多吃粗糧、蔬菜、水果，多補充膳食纖維就可以了呢？

并非如此。因為并不是所有的膳食纖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、果實中。仔細想一想就可以理解，古人類的主食除了樹葉、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，植物種子攝入還會產生熱量過高、升糖快等其它問題，且很多粗糧并非健康食品，有些還是高升糖食物。

我們通過機器學習模型，引入人工智能解析了腸道菌群的工作機制，同時對植物種子等高膳食纖維的食物進行改造。在醫(yī)療實踐中，我們通過檢測基石功能群，然后有針對性地幫助病患恢復基石功能群。

與人的社會性相似，腸道菌群也是一個復雜系統(tǒng)

問：腸道菌群研究目前在學術界很熱門，但大多數(shù)集中在個體腸道菌種的研究，您卻長期圍繞腸道菌群的兩個大類來研究，可否談談您的研究主要思路和方式？

趙立平：我們都知道，人是社會性動物，其實腸道菌群的社會性不輸人類，無論是人類社會還是菌群，都是組成成員眾多的復雜系統(tǒng)。要理解這類系統(tǒng)的運作、尋找核心成員，雖然方法不同，但最核心的指導思想是一致的——Stable relationships signify corecomponents，即“穩(wěn)定的關系意味著核心的成員組成”。

復雜系統(tǒng)中成員的相互作用構成了一個動態(tài)變化的網(wǎng)絡，其中最關鍵的成員應該是具有不受環(huán)境沖擊影響的、關系穩(wěn)定的成員。也就是說，被穩(wěn)定關系連在一起的成員很可能就是核心成員。

人類社會中每個人都不是孤立的，都有多重身份。在一個城市中，每人都有一部手機，只要觀察一個手機的信號每天什么時間和哪些手機信號一起出現(xiàn)在什么地方，我們甚至不需要知道手機主人的其它信息，就能夠解析其社會關系。

當我們把腸道菌群看作一個整體，且用解析人類社會的方式來解析它們時，各個菌群的功能也就逐漸浮出水面。我們把每一類細菌的全基因組序列都測出來，一個基因組代表一個菌，哪些細菌總是同時出現(xiàn)，哪些細菌總是互相“回避”，那么就能比較明確地區(qū)分它們的功能群。

而且，就像人類社會一樣，哪些群體對維持社會正常運轉最重要？和平年代或許很難區(qū)分，可一旦自然災害或者戰(zhàn)爭等極端情況出現(xiàn)，當一個系統(tǒng)受到巨大沖擊時，戰(zhàn)士、警察、醫(yī)生等社會應急部門的人就會比平時更緊密地聯(lián)系在一起，這些群體就是維持社會運轉最重要的力量，這就說明它們是“核心部門”。

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

當然，也和人類社會一樣，一旦兩個功能群都解散了，那么腸道菌群系統(tǒng)就崩潰了。而如果這兩個功能群不能恢復，那么人幾乎就會不可挽救地走向死亡。

目前，我們正在與多家醫(yī)院聯(lián)合開展臨床研究，對難治性便秘、包括克羅恩病在內的炎癥性腸病、腸易激綜合征等20多種疾病進行輔助治療。首先是對基石功能群進行檢測，然后再對基石功能群開展營養(yǎng)補充，都不行的話再做基石功能群的移植。不過，要提醒的是，腸道菌群移植是非常專業(yè)的醫(yī)療方式，并非所有的機構都可以做。

（本版圖片由受訪者提供）

原標題：《人為何會暴飲暴食、發(fā)胖？這位教授用20年研究揭示真相，都和腸道菌群有關》

欄目主編：樊麗萍

本文作者：文匯報 姜澎