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情绪低落,也许是微生物在作怪?
作者:马克安德烈瑟罗斯 | 2024/3/4 13:16:31 | 浏览:292 | 评论:0

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《生活大爆炸》
去年整个冬天,总能听到身边的朋友又中招流感的消息。一时间人人自危,大家不断地防菌消毒,在担心感染病毒的同时,也时刻警惕着细菌“入侵”,甚至想把所有细菌除之而后快。
我们常常会误认为细菌乃至微生物都是有害的,其实它们的作用和对我们日程生活的影响要比我们想象的重要得多。为什么勤洗手也容易生病?身材的胖瘦,与肠胃微生物群落有关?人类的心情可能被细菌改变?微生物群落可以影响我们的社交生活?自闭症的流行可能源于微生物?“精神益生菌”又是什么?
你无需拥有深奥的生物学知识,便可以跟着马克-安德烈·瑟罗斯一起,进行一次奇妙的生物世界游历。在《看不见的陪伴》中,我们将目光前所未有地缩小,以全新的视觉,仔细观察我们所生活的世界。我们因而惊奇地发现,微生物无处不在——我们的生活习惯乃至文明,我们周遭的动物、植物,无不和微生物密切有关。
“除了那些我一生只能经历一次的事情,我的每个动作、每句话、每个念头,本书的每个字,每个清晨都因为有微生物陪伴而成为可能。在我的皮肤上和体内,它们已经和我的细胞一样多;它们对我的健康和心情都有贡献......就这样,我和我周围的一切就像是看不见的微生物的表现,它们在我们体内,一直都在,无处不在,正因如此我们才从不孤单。”


皮肤:有屏障作用的微生物薄层
我们的皮肤上有大量细菌,哪怕经过揉搓和清洁,微生物群落形成的隐蔽、不连续的生物薄膜依然还在,里面有细菌和酵母菌,如马拉色菌。这些微生物依靠我们的分泌物和死皮为生,它们有时会进入皮肤深层,到达发根或皮肤腺。皮脂腺分泌皮脂覆盖皮肤表面,皮脂里有相对厌氧的微生物,如痤疮丙酸杆菌。
皮肤保护得最好的部位(臀下皱襞、乳房下皱襞、鼻翼、腋下、肚脐……)通常较湿润,在这些地方,有一个微生物群落,它的组成几乎不变。这些地方的微生物群落以棒状杆菌和葡萄球菌为主,因环境湿润而十分活跃,偶尔明显的汗液味道就是它产生的。刚洗过澡的身体其实是没有气味的,皮肤微生物群落产生的气体形成了我们的体味(就如同宠物一般,身体的异味都是由微生物引起的)。
脚的皮肤是一种极端情况,尤其是在人类社会,鞋袜让脚的皮肤温度高且湿润,而气味(有时浓郁得像奶酪)主要由短杆菌分解死皮中的角蛋白形成。这种蛋白富含硫氨基酸,短杆菌释放其中的硫,形成挥发性的甲硫醇,即脚气味的分子。我们会在第十二章的奶酪中再次遇到短杆菌和甲硫醇!我们的脚也携带其他真菌,其中有些是病原菌,也可以为气味“做贡献”。这些气味会被寄生虫利用:蚊子可以根据我们呼出的二氧化碳找到我们,也可以根据皮肤上微生物的产物(比如丁酸、乳酸或者甲酚)。个体的皮肤微生物数量越多且种类越单一,就越能吸引蚊子。“吸蚊肤质”其实某种程度上是吸蚊微生物造成的!
微生物多样性和另一只手不同,这反映了其表面和环境的接触不同。此外,女性的手和男性的手也不同:一般而言,女性手上的微生物更多样。这可能和肥皂以及化妆品的使用有关,因为洗手的间隔时间和使用产品的性质都会影响微生物的多样性,导致两性间的差异……反常的是,在这个研究中,女性洗手更勤,而这应该会减少微生物多样性:这些说明,差异也可能是由性别引起的。
这些微生物参与了保护皮肤。一方面,微生物们从疑似病原菌处获取营养物质;另一方面,它们起到抗生素的作用。痤疮丙酸杆菌通过发酵毛囊皮脂腺分泌的皮脂形成挥发性脂肪酸,从而形成屏障抵御多种微生物,也帮助散发“没洗干净”的味道。皮肤上的一些葡萄球菌也产生抗生素:表皮葡萄球菌分泌苯酚,苯酚有广谱抗生的作用;路邓葡萄球菌合成一种抗生蛋白,能摧毁金黄色葡萄球菌。
10%—30%的人类为金黄色葡萄球菌健康携带者,但是一旦失控,这些细菌可以引起皮肤疾病,如疖子和瘭疽,也可以侵入组织,损害器官或者引起败血症。皮肤微生物群落里埋伏了潜在的病原菌:除了金黄色葡萄球菌,还有马拉色菌之类的酵母菌,如果大量繁殖,可以引发皮炎(发红、发痒、湿疹……)。在“健康”的微生物群落里,病原菌受到抑制,毒害性小,但是除掉起屏障作用的部分微生物,会让它们重获自由。杀菌皂的滥用就是一例,比如在医院环境中,频繁洗手会反常地引发真菌病。

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《人体星球》

除了竞争和抗生素,我们在小鼠身上证实了微生物群落在皮肤免疫系统里的另一个功能。人人都有微生物群落,但是近几十年来我们已经能培育没有细菌的小鼠,即无菌鼠:自第一代小鼠剖宫产出后,它们接下来都代代生活在无菌环境中。这些无菌鼠让我们了解微生物的功能,并可以通过引入一种微生物测试其反应,包括来自人类的微生物。可以说,在接下来的段落里,它们会频繁出现,因为它们连同宏基因组学提供了这一章和下一章的素材。
无菌鼠的皮肤上没有微生物。一旦在它们的皮肤上接种利什曼原虫试剂,无菌鼠会有局部轻微的反应,并染病……然而,在正常鼠身上,皮肤会有更强烈的反应,并且一般不会染病。如果在试验前接种表皮葡萄球菌,它们能在无菌鼠皮肤上正常生活,也恢复了无菌鼠的正常防御功能!通过正常鼠和无菌鼠的比较发现,这不仅是一个细菌屏障那么简单,葡萄球菌能局部激活有免疫功能的淋巴细胞,增强它们对感染的反应能力。这样,皮肤通过竞争和抗生素进行直接保护,也通过伴随免疫进行间接保护——我们会在下一章再讲身体其他部分的伴随免疫。
是不是突然没有那么想疯狂地勤洗手或者时刻抹免洗洗手液了!那么去角质这种残暴对待皮肤生物膜的行为呢?……不要忘了,我们与祖先一脉相承,而他们几乎是不洗浴的!当然,还是要知道保持皮肤清洁的好处,但要有度。正常的清洁是只在合适的时间洗手,如饭前或者睡前。要接受轻微且有保护作用的“干净的脏”,而不是以虚幻的无菌状态为目标,那只会最先遭殃。我们的皮肤微生物群落里,住着被周围环境抑制的病原菌,这就是“干净的脏”:有不干净的东西,但是没有危险。

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《实习医生格蕾》


肠胃:稳中有变的微生物生态系统
尽管有个体和文化上的差异,人类肠胃微生物群落所组成的微生物生态组具有明显的个体差异,其类型被称为肠道型。它们存在于所有个体中,无论其国籍、性别和年龄为何。肠道型通过主导细菌类型划分:以普雷沃氏菌为主导的普氏菌型,以拟杆菌为主导的拟杆菌型,这两种细菌都属于拟杆菌门。还有一种是以瘤胃球菌为主导的瘤胃球菌型,属于梭菌纲。这些肠道型长时间来看相对稳定,尽管个体可以在几个月内换到另一种肠道型。此外,我们在黑猩猩身上也发现了类似的肠道型。对黑猩猩是否存在肠道型还存有争议,因为它们的微生物群落属于中间态,而肠道型的微生物群落更加极端和常见。食物对肠道型起决定性作用:拟杆菌型对应的饮食结构以饱和脂肪酸和蛋白质为主,而瘤胃球菌型与酒精以及不饱和脂肪酸相关(这两种肠道型在西方国家很普遍);普氏菌型对应的饮食结构以糖和纤维为主(常见于以谷类为食的乡村)。
然而,大量的细菌为常见菌种,如大肠杆菌。它经常用于实验研究,在上一章我们曾谈到它的基因组检测。其属名是为了纪念儿科医生特奥多尔·埃舍里希(1857—1911):1885年,他在粪便中分离出大肠杆菌。每个人体内有几千亿大肠杆菌,所以在地球上有……超过十垓!但是决定我们身份的是其他五千种可选择组合的细菌。比较二十个人身上的细菌发现,80%的细菌种类是独有的。微生物群落的组成是个人身份的一部分,而且它较稳定,变化缓慢。这个身份带有群体的印记,因为每个人的微生物群落和一起生活的人相似,相似度高于社交圈的人。这可能是因为住在同一处,有人与人之间的接触,甚至是相同的习性。这与环境和基因共同决定的观点是一致的。事实上,在双胞胎或者母女身上,微生物群落也通常相似,至少在一些菌种上(如瘤胃球菌)是相似的。在下一章我们还会了解到,一些易感基因会造成微生物群落的病变。

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《实习医生格蕾》
除了易感基因,环境也可以改变微生物群落,尤其是饮食的改变,这也是肠道型和饮食相关的原因之一。环境还包括不请自来的微生物群落,它们来自近邻、家人、朋友等等。将母鼠对调的实验可以证明这一点。一组鼠的后代出于基因的原因,会出现由克雷伯氏菌和奇异变形杆菌引起的肠道感染。如果用这组鼠的母鼠喂养其他没有这些症状的幼鼠,幼鼠们可能获得这些细菌,出现感染。相反地,如果用一个对此不敏感的母鼠喂养对此敏感的幼鼠,它们不会得病,因为接触不到有害细菌。总的来说,微生物群落的发展受易感基因和环境的共同影响。
尽管我们的肠道微生物群落长远来说是稳定的,但其中也会有变动,最粗暴的例子就是口服抗生素,微生物群落首当其冲。治疗期间细菌数目和种类急剧下降,那些抗生素耐受的种类会相对增加。这会导致有抗生素耐受的细菌通过粪便进入环境,并将耐受性扩散,导致抗生素的疗效降低。短期抗生素治疗需要一个星期以恢复到治疗前的微生物群落水平,对抗生素敏感的细菌也有这种韧性。就像是森林遭受大火后重生,微生物群落通常会慢慢地恢复。但是,我们发现,微生物的多样性的改变有时会持续,可以持续到服用抗生素后许多年,尤其是持续服用时。再用植物界相似的生态过程打比方,这就像森林大火后荒原和灌木长期覆盖的状态,森林重生受到阻碍或延缓。
腹泻是另一种变动情形,这和入侵病原菌的繁殖有关。腹泻在西方环境中已经少见,但是在其他地方还是很常发生。这可能要说一下阑尾。这个器官对应动物的盲肠,不发达。医学上只有提到阑尾炎,将其堵塞时,细菌的滋生有使其破裂的危险,一旦破裂,细菌就会进入腹部引起腹膜炎,有生命危险。阑尾是无用的退化器官,是远祖遗留下来的,他们更偏爱植食,盲肠也应该更发达。
有时,我们会趁其他手术之便将阑尾切除,以免后顾之忧。然而,既然有阑尾炎的风险,为什么我们人类还会保留它呢?既然阑尾没有任何优势,那些没有阑尾或者阑尾严重退化的人应该早就是主流了……因为我们已经预设阑尾是退化器官,可有可无,所以没有人真正去研究它的作用或它被切除后的影响。两个独立研究分别指出,切除阑尾增加了,或者相反地减少了患结肠癌的风险。
医学界对这一问题依旧没有兴趣,但是微生物学家知道,阑尾里的细菌很多样,由阑尾分泌的液体将其送进盲肠。我们认为,在腹泻频繁的时候,阑尾独立于这些汹涌的流动,可以更快地给肠道接种有用的菌株,像是生态被干扰后的修复者。其他学者认为,在这个地方,免疫系统学会识别好细菌(比如肠胃里的那些),避免过激反应。阑尾的角色和它与微生物关系的关联还需要更多的探索。

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《非自然死亡》


微生物影响人类的行为
人也有肠脑轴,我们慢慢开始弄清这个事实。肠脑轴对人的神经系统发育、心情和行为可能都有影响,尽管这很难通过实验证明。把抑郁的人的菌群接种到小鼠身上,小鼠的行为发生了较大改变,它们会变得抑郁(用著名的强迫游泳测试证明);相反地,接种没有抑郁的人的菌群,它们则没有任何反应。一场卫生灾难揭示了细菌可以改变人的心情,而这再次证明了细菌的影响。2000年,加拿大沃克顿发生洪灾,迫使居民饮用被污染的水。一些人出现不同程度的肠胃不适,他们中的多数在接下来的几年里出现抑郁和焦虑,而这和灾难后遗症无关。我们认为,这是由细菌感染引起的,特别是空肠弯曲菌。这种细菌和抑郁症相关,将它植入小鼠体内会使它们在强迫游泳测试中的表现变差。
另一些细菌扮演的角色则相反,它们有镇静的功能,甚至能使人快乐。如果我们还记得细菌在合成血清素中的作用,这就不意外了。在第一个实验中,我们给女性用酸奶的形式服用不同的益生菌(包括乳杆菌),每天两次,持续一个月。我们观察她们的大脑在看到愤怒或者恐惧的面部表情图片时的反应,在与情感和痛苦相关的大脑区域,和服用安慰剂组的女性相比,接受益生菌组的女性的大脑活动要少一些。在第二个实验中,我们给服用双歧杆菌(长双歧杆菌)的男性进行压力测试和记忆力测试:他们分泌的皮质醇(压力荷尔蒙)比接受安慰剂组的要少;此外,他们的视觉记忆力得到加强。在第三个实验中,结合瑞士乳杆菌和长双歧杆菌可以减缓小鼠(强迫游泳实验)和健康人类的焦虑……
我们离制造幸福或者明白这些观察现象后面的机制还很远,但是,正如激素,微生物群落影响我们的身体运转、精神状态和对世界的认识。这给微生物移植疗法留下了“精神”副作用的可能,所以如果要使用它,还需要更多的测试。虽然用细菌指引大脑运作和心情还为时尚早,但是可以促进精神健康的益生菌已经被称作“精神益生菌”了。

情绪低落,也许是微生物在作怪?

《人体星球》

此外,微生物群落可以影响人与人之间的关系和社交。社交生活影响我们的微生物群落(见前一章),反之亦然。让我们再回到动物上来,因为微生物群落缺失调整了它们个体之间的关系。和正常鼠相比,无菌鼠对放入它们笼子里的陌生鼠伴没有那么好奇:正常鼠对陌生鼠伴会给予更多关注,而无菌鼠对陌生的或者认识的鼠伴的兴趣持平。信息素一般由动物自己产生,微生物也可以产生这种分子,以调节个体关系。包括犀牛、狐狸和鼬类动物(如伶鼬)在内的许多动物用粪便的味道划分地盘,并部分使用微生物群落产生的分子做标识!调节昆虫聚合所需要的产物部分来自微生物。沙漠蝗虫以群体迁徙的方式生存,严重威胁北非和中东的农业(是古埃及的七灾之一)。它们的消化道细菌产生愈创木酚,这种信息素能让它们的群体聚合到一起。
寄生在树上的鞘翅目(如Dendroctonus和Ips,它们都属于第六章讲过的小蠹亚科)似乎会释放马鞭草烯酮,驱赶无关紧要的同类。这种抗聚集的激素来自有虫洞酵母的针叶树树脂的改变。微生物群落对果蝇的影响,包括通过信息素选择交配对象:当我们把以糖蜜为食的果蝇和以淀粉为食的果蝇混合在一起,它们倾向于和吃同样食物的个体配对。这种倾向在使用抗生素后消失,但是只要用正常果蝇粪便接种无菌果蝇就可以修复—粪便的来源决定了交配对象的偏好!以淀粉为食有利于乳杆菌的生长,它们看似能改变吸引交配对象的信息素。在这个例子中,把喜好不同食物的果蝇进行隔离交配,长此以往会形成不相往来的不同物种。因此,微生物群落对个体关系的改变影响重大。
对于人类而言,微生物群落对个体关系的影响不那么明显。自闭症患者的人际交往行为受阻,这倒兴许和微生物群落有关。自闭症患者的微生物群落的组成很特殊,肠胃经常有问题,而抗生素疗法可以部分地改善一些自闭症症状。诚然,这种改变只是暂时的,但这表明,微生物群落不是导致自闭症的主要原因,但对改善其症状有贡献。根据卫生学推测,当下自闭症的流行(病例数是三十年前的10倍)可以用微生物群落的一种贡献解释:当帮助发育的细菌数量不够且生长太慢时,会让大脑和微生物群落的功能发育停滞在异常状态。特别的是,微生物群落异常让消化黏膜可以渗透,导致其产生的发酵产物流失。2,3-二吡啶甲酸和犬尿喹啉酸尤为如此,它们会使大脑功能紊乱。把它们注入小鼠体内,小鼠也会出现和自闭症相关的行为变化。微生物群落和自闭症的关系,以及宏观上和社会行为的关系,还有待论证,然而,鉴于我们目前对寄生微生物的认知,一旦证实了也不会意外。


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