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华子春教授主讲主宰人体的细菌们:出生、活动与死亡
“诚计划”第62期
发布于:2023-08-16
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         2023年8月8日(周二)晚19:30-21:00,德甲直播校友终身学习辅助计划“诚计划”第62期《主宰人体的细菌们:出生、活动与死亡》,在德甲直播“暾学堂”开讲。

       本次讲座的主讲人是德甲直播生命科学学院教授、博士生导师、长江学者特聘教授(2009)、国家杰出青年基金获得者华子春教授。华教授现任江苏省产业技术研究院医药生物技术研究所所长、江苏省重组蛋白质制造工程实验室主任。曾经担任医药生物技术国家重点实验室主任、德甲直播生命科学学院执行院长、中国药科大学生物药物学院院长。

        现代生物学认为,我们人体=微生物基因组+人基因组。在我们的身体内,居住着数以万亿计的细菌和其他微生物。它们寄生在我们的皮肤、生殖器、口腔,特别是肠道等部位。寄生在人体表面和内部的细菌,其细胞的数量远超人体细胞本身,比例大约是10:1。体内微生物帮助构筑我们的身体,它们甚至影响到我们的行为、情绪和思考模式。

       华教授围绕人体微生态构建及其影响因素、人体微生态生理功能、微生态失衡与疾病、口腔菌群与心血管疾病、微生态与疾病诊疗以及地铁微生态与人群移动等六个方面和大家进行分享和探讨。

       从群体生物学和生态学的角度观察人体,可以将人体视作人的真核细胞群与微生物的原核细胞群、真核细胞群及非细胞型生物组成的生物共同体。这些微生物数量远超人体自身细胞,参与了人体的代谢过程、人体内环境稳态调节及免疫系统构建,是人体不可或缺的部分,称为人体微生态。人体微生态因菌群更替、菌群易位、宿主免疫力下降等原因失衡时,可导致疾病。

       人在不同年龄段,其体内微生态构成以及影响因素有所不同。婴幼儿时期,人体常见微生物为双歧杆菌、肠球菌。婴幼儿可从母体获得微生态,母亲的遗传、饮食、职业、用药史、生活方式、所在地理环境均可影响子宫内的微生物组成;分娩方式、喂养方式、饮食、药物、家中是否有宠物、社交、营养补充等均可影响婴儿微生态。已有研究表明,母乳微生物有助于新生儿肠道益生菌的生长与定植,启动新生儿肠道免疫,产前产后促进免疫系统发育。人的整个生命周期中,饮食习惯、激素水平、运动、职业、生活方式、环境、宠物等均可影响人体微生态。

           在人体微生态生理功能方面,人体微生态与免疫系统在长期进化中相互适应,人类先天免疫系统进化出病原模式识别受体,获得性免疫系统的抗体多样性等均与微生态共进化有关;正常菌群占位性形成生物屏障,防止病原体入侵;可刺激免疫系统,应对病原体入侵;可帮助消化食物、药物转化与代谢等。

       具体来说,人体微生态具有组织特异性,肠道、肺部、皮肤的微生物种类不同,作用也不同。鼻腔微生物可促进黏液产生、抗菌化合物;口腔微生物可辅助消化、清除病原体;肺部微生物可润滑肺组织;胃部微生物可预防胃并发症;结肠微生物可辅助消化复杂的碳水化合物;生殖器官微生物可维持合适的pH,产生H2O2杀死病原体;皮肤微生物可增强免疫。研究表明,人体皮肤正常微生物群可帮助角细胞活化,促进创伤愈合。糖尿病患者因皮肤糖分高,微生态失衡,创伤更难愈合。胃强酸性环境并不适合微生物生存,但是幽门螺杆菌通过释放尿素酶分解尿素产生氨,从而保持细菌周围中性环境,通过产氨作用、分泌空泡毒素A等物质引起细胞损害。肠道微生物产生生理功能众多的短链脂肪酸,可对肺部、神经系统、免疫系统等产生重要影响。肠道微生物产生的各种各样的代谢物,可通过血液循环作用于脑部,影响人类心情、行为等。很多肠道菌群能代谢产生大量神经递质及其类似物,此外肠道菌群的部分代谢物质也会通过免疫系统影响神经系统。目前已经发现一些与神经系统疾。òǘ喾⑿杂不,自闭症,帕金森病等)相关的菌。研究发现,这些疾病患者的某些菌群的数量明显发生变化,表明中枢神经系统的变化与菌群的变化有某种关联。另有研究表明,菌群和菌群产物的扰动会影响小鼠模型和人类的行为结果。

       微生态失衡与多种疾病有关:肥胖、糖尿病、过敏、动脉粥样硬化、衰老、老年痴呆、多发性硬化症、高血压、代谢综合征、肝脏疾病、肿瘤、自身免疫性疾病等。

       以自闭症为例,科学家怀疑造成自闭症的原因有遗传、环境甚至胃肠道代谢功能障碍等多方面原因。越来越多证据证明肠道菌群的组成与个体行为相关,特别是在自闭症患者中。科学家们研究了肠道里的细菌是怎么影响大脑的。免疫系统、中枢神经系统肯定参与其中,而细菌代谢产物也在发挥核心重要的作用,至少有两种肠道细菌产生神经递质γ-氨基丁酸。微生物代谢产物,能进入包括人在内的哺乳动物血液循环,并穿过血脑屏障进而影响神经系统发育,他们能促进或减弱包括自闭症在内的神经障碍疾病。科学家们发现,微生物是在动物发育的最早期对大脑发育产生最大的影响。在小鼠试验中发现,剖腹产的小鼠比自然顺产的小鼠更为焦虑并能观察到抑郁症状,而它们的肠道菌群完全不一样。剖腹产的小鼠,在生产过程中无法获得母鼠阴道中的细菌进而定殖在它们体内,有可能影响终身的精神健康。一些研究表明,母亲如在孕期遭受严重感染,孩子具有患自闭症的巨大风险,被病原体感染的母亲生下来的孩子的肠道菌群发生了变化,特别是在感染期间使用了抗生素的妈妈,她们可能因此带给自己孩子一生的精神残疾。一直以来,科学界对自闭症的研究主要集中于寻找遗传因素,以及相应引起的神经发育异常。实际上,许多自闭症病人通常伴随便秘、腹胀、腹泻、肠易激综合征等肠道症状。动物和人类的研究发现,自闭症患者的肠道菌群发生了改变,胃肠道症状与自闭症的严重程度存在很强的相关性,饮食或肠道细菌产生的短链脂肪酸可能是引发自闭症或自闭症样行为的环境因素。这表明儿童神经精神疾病患者肠道微生物结构、数量与健康人有显著区别,患者的腹泻、腹胀、便秘等胃肠道症状的严重程度和孤独症有相关性。研究表明,通过饮食、益生菌改变重建健康菌群,可在一定程度上改善症状。

       口腔菌群与心血管疾病方面,研究表明,口腔菌群不仅影响到口腔健康,口腔不良卫生增加了致死或非致死性心血管事件(如心肌梗死、冠状动脉旁路移植术、冠状动脉血管成形术、脑卒中和心力衰竭)的发生率和轻度炎症形成的风险。心血管代谢疾病 (Cardiometabolic diseases, CMDs)作为一种世界性的流行性代谢疾。氤Φ牢⑸锏墓叵狄渤晌蚩蒲Ъ夜刈⒌慕沟。已有研究表明CMDs患者往往伴随着Roseburia菌群(一种产生丁酸盐的菌群)的缺失症状,同时,肠道微生物可将富含胆碱的食物的转化形成三甲胺氧化物(trimethylamine N- oxide,TMAO),该代谢产物对CMDs患者的心脏有着严重的影响。富含卵磷脂的食物在肠道微生物及肝脏的黄素单加氧酶(FMO)的作用下转化为三甲胺氧化物(TMAO),进而引起人体心血管或肾脏相关疾。缍鲋嘌不蛏鲈嗨鹕。高脂、高糖、硝酸盐、抗生素、硫酸盐、运动、压力等都能改变肠道微生态,而肠道微生态的改变会引发脑部疾病、心脏疾病及肿瘤发生。

       微生态与疾病诊疗方面,微生物可作为疾病诊断标志物,比如,幽门螺杆菌导致胃溃疡;痤疮丙酸杆菌导致痤疮、湿疹、过敏。微生物亦可作为疾病治疗药物,比如乳酸杆菌、双歧杆菌治疗腹泻,表皮葡萄球菌治疗特异性皮炎。有一些微生物益生菌对重构微生态至关重要,类似于干细胞的作用。

       在人类生活环境中,也存在大量微生物。以地铁微生态为例,2013年,美国科学家在纽约市几个地铁站点和联合广场公园收集了生物气溶胶,以探索复杂地铁环境微生物的组成及对人类健康的影响。结果发现,地铁内的细菌成分相对简单。地铁气溶胶中的细菌是由来自土壤、环境水和人类皮肤的菌群共同构成。检测到的人体皮肤共生菌主要为葡萄球菌属,如表皮葡萄球菌(在人体体表上最丰富和普遍的共生菌)、人型葡萄球菌、孔氏葡萄球菌及溶血葡萄球菌等。研究人员并没有检测到与公共卫生问题相关的微生物。2014年,研究人员收集了香港多条地铁系统内和户外的气溶胶样本。结果发现,地铁环境中最常见的细菌属是与皮肤相关的菌属。各地铁线微生物群落分类具有多样性。每条地铁线的微生物群落与建筑特征,邻近的室外微生物群,以及与其他线路的连通相关。同时,微生物的多样性与组成会因取样的日期、取样的时间、高峰与非高峰期间微生物群落的变化(高峰期间皮肤相关的菌属会增多)而有所差异。此外,微生物的多样性还会受到地铁内的温度与相对湿度的影响,并且二氧化碳水平与地铁内乘客相关菌属的丰度成正相关。值得注意的是,地铁内所测得微生物大多无害。2015年,美国研究人员收集了整个纽约地铁系统、Gowanus运河和公共公园的物体表面DNA进行Shotgun宏基因组测序。结果发现,地铁里有数百种细菌,但大部分是无害的,其中富含与皮肤相关的菌属(例如不动杆菌属)。2016年,波士顿的研究人分析了波士顿地铁内和车站物体表面的微生物群落。结果发现,微生物群落结构的最大决定因素是不同的物质材料类型。地铁内金属扶手上的细菌数量比较少,软垫座椅或塑料扶手上细菌数量比较多。所有物体表面均以人皮肤和口腔黏膜共生菌为主,如丙酸杆菌、棒状杆菌、葡萄球菌和链球菌。地铁系统内物体表面的微生物群落来源于人体皮肤共生菌及环境中的微生物,其富集的菌群与人体、暴露环境之间的相互作用有关。2018年,香港大学研究人员通过检测乘坐地铁后乘客手掌皮肤的菌群变化,探索地铁环境与城内和城际交通流量对人体皮肤菌群和耐药菌群的影响。结果发现,乘客手掌上大多数细菌来自4种主要的细菌门,即放线菌、变形菌、厚壁菌和拟杆菌。在10种数量最多的菌种中,8种是常见的人体与皮肤共生菌。更为重要的发现是,人体相关菌种和临床上重要的抗生素耐药基因(ARG)的相对丰度在傍晚较高。连接香港与深圳的ER地铁线存在着潜在的跨境ARGs传播,特别是四环素和万古霉素的耐药基因。人流量大的地铁线路并未检测到更多临床重要的ARGs或更高的ARGs传播潜力。但车速更快的线路在耐药菌方面的风险并没有增加。纽约市的微生物环境基因组研究数据表明,地铁表面的主要物种与皮肤,胃肠道和泌尿生殖道有关。

          华教授最后指出,众多的研究表明,人体表面和内部的微生物,影响人体健康、疾。踔廖颐堑那樾、行为和思考模式都带有微生物的印记。该如何利用微生物对人体的作用、跟疾病的关系等研究结果为人类服务,是最为重要的。

          讲座最后,华教授针对直播间校友们的提问进行详细的解答,反响热烈。

 

 

       欢迎大家持续关注和学习,本期讲座回放地址:PC端链接地址:https://wsp.njude.com.cn/next/learn/6312

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供稿:梁惠惠


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