看不见的「隐形器官」：肠道微生物组基础认知

你有没有过这样的经历？明天要期末考试，你坐在书桌前复习，明明大脑很紧张，却突然觉得肚子一阵绞痛，忍不住跑向厕所；或者上台演讲前，明明做好了准备，却突然感觉肠道一阵翻涌，想上厕所的冲动根本压不住。以前你可能只会觉得这是“太紧张了”，但今天我要告诉你：这其实是你的肠道在给你发信号——它就是你身体里的“第二大脑”，而你肠道里数以万亿计的微生物，就是这座“大脑”里的“居民”，共同构成了一个你肉眼看不见的微观宇宙。

要认识这个微观宇宙，我们得先从400年前的一个荷兰商人说起。1674年，做布料生意的安东尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）为了检查布料的纤维质量，自己磨制出了能放大200倍的显微镜——这在当时可是个“黑科技”，比当时普通显微镜的放大倍数高了10倍。出于好奇，他对着自己的牙垢刮片看了起来，结果看到了一堆极小的“小动物”：有的像小棍子，有的像小圆球，还有的游来游去，速度特别快。他赶紧给英国皇家学会写信，说自己在自己的嘴里发现了“活的微小微生物”，结果当时很多人都不信，觉得他是在瞎编。为了证明自己，列文虎克特意给皇家学会的成员送了自己磨制的显微镜，让他们亲自观察，最终才确认了他的发现——人类第一次看到了微生物的世界。

列文虎克当时看到的只是口腔里的微生物，直到19世纪，科学家才慢慢发现，我们的肠道里也生活着大量的微生物。1857年，法国微生物学家路易·巴斯德（Louis Pasteur）证明了微生物不是自然发生的，而是来自空气或者已经存在的微生物，这为后来研究肠道微生物打下了基础。到了20世纪初，科学家们发现肠道里的微生物并不是“来蹭饭的过客”，而是真的和我们的健康有关系：比如有的微生物能帮我们消化食物，有的能合成维生素，还有的会让我们生病。但那时候大家对肠道微生物的了解还非常少，只知道“有这些东西”，但不知道具体有哪些，有什么功能。

直到2007年，美国国立卫生研究院（NIH）启动了一个耗资1.7亿美元的大项目——人类微生物组计划（Human Microbiome Project, HMP），目标是测出人体不同部位（口腔、皮肤、肠道、生殖道等）的所有微生物的基因序列，搞清楚它们的种类、数量、功能。这个项目花了5年时间，在2012年正式完成，出来的结果让全世界都震惊了：人体内共生微生物的总数大约是$10^{14}$到$10^{15}$个，也就是10万亿到100万亿个，而人体自身的细胞总数大概是30万亿个——也就是说，你身体里的微生物数量，至少是你自身细胞总数的3倍，最多能达到10倍。如果把这些微生物一个挨一个排成队，长度可以绕地球整整2圈半。更夸张的是，这些微生物携带的基因总数，是人体基因总数的150倍左右，也就是说，从基因数量来看，你更像是一个“微生物和人类细胞组成的混合体”，而不是一个纯人类。HMP还发现了一个很有趣的结论：哪怕是同卵双胞胎，他们的肠道菌群也有明显的差异，这说明肠道菌群不是天生固定的，而是和你后天的饮食、生活习惯、生活环境密切相关，你完全可以通过调整自己的生活方式来改变自己的菌群。

```mermaid pie title 人体不同部位微生物数量占比 "肠道" : 85 "口腔" : 8 "皮肤" : 5 "其他部位" : 2 ```

我们常说的“肠道微生物组”（Gut Microbiome），就是指生活在我们肠道里的所有微生物的集合，包括细菌、古菌、真菌、病毒，还有感染细菌的噬菌体。其中细菌占了90%以上，是我们研究最多的部分。这些细菌也不是乱七八糟的，而是分成了不同的“门派”，最常见的有两个：一个是厚壁菌门（Firmicutes），一个是拟杆菌门（Bacteroidetes），这两个加起来占了肠道细菌总数的90%以上。除此之外，还有放线菌门（比如我们常说的双歧杆菌、乳杆菌都属于这个门）、变形菌门（里面既有有益菌，也有有害菌，比如大肠杆菌就属于这个门）等等。

```mermaid graph TD A[肠道微生物组] --> B[细菌（占比90%以上）] A --> C[古菌] A --> D[真菌] A --> E[病毒/噬菌体] B --> B1[厚壁菌门：擅长分解脂肪、蛋白质] B --> B2[拟杆菌门：擅长分解膳食纤维] B --> B3[放线菌门：双歧杆菌、乳杆菌等益生菌] B --> B4[变形菌门：既有有益菌也有有害菌] ```

很多人一听到“肠道里有这么多微生物”，第一反应是“好恶心，都是细菌，会不会生病？”其实你完全不用担心——这些微生物绝大多数都是和你“和平共处”的好居民，只有极少数是“坏蛋”，而且在正常情况下，好居民的数量远多于坏居民，根本不会让你生病。甚至可以说，没有这些微生物，你根本活不下去。

这种微生物和宿主（也就是你）之间互惠互利的关系，在科学上叫做“共生”（Symbiosis）。举个最简单的例子：你每天吃的蔬菜、水果里有很多人体消化酶分解不了的膳食纤维，这些膳食纤维到了肠道里，就会被拟杆菌门的微生物分解，产生一种叫做“短链脂肪酸”（Short-Chain Fatty Acid, SCFA）的物质，比如丁酸、乙酸、丙酸。这些短链脂肪酸能给肠道细胞提供能量，还能让肠道壁更紧密，防止有害菌入侵，甚至能调节你的免疫系统，减少过敏的发生。而微生物分解膳食纤维产生的废物，就是你平时拉的便便的一部分——你看，你给微生物提供了住的地方和食物，微生物帮你消化你消化不了的东西，还帮你合成维生素K、B族维生素这些你自身没法合成的营养物质，这就是典型的互惠互利的共生关系。

> [!TIP] 小知识：你肠道里的益生菌，比如双歧杆菌、乳杆菌，其实从你出生的时候就开始陪伴你了——顺产的宝宝会经过妈妈的产道，获得第一波益生菌，而喝母乳的宝宝能从母乳里获得低聚糖，这些低聚糖就是益生菌的“专属食物”，所以母乳喂养的宝宝肠道菌群更健康，这也是为什么医生都推荐母乳喂养的原因之一。

既然肠道微生物这么重要，那是不是越多越好？当然不是。正常情况下，肠道里的微生物种类、数量、比例会保持在一个相对稳定的状态，这种状态在科学上叫做“菌群稳态”（Microbiota Homeostasis）。你可以把肠道想象成一个繁华的宇宙城市：不同的微生物是城市里的不同“居民”，有的负责分解食物，有的负责抵抗有害菌，有的负责合成维生素，大家各司其职，数量比例合适，城市就能正常运行，你的身体也就健康。但如果这个平衡被打破了，比如有害菌太多，或者有益菌太少，就会发生“菌群失调”（Dysbiosis），轻则便秘、腹泻、腹胀，重则可能引发过敏、炎症性肠病，甚至影响你的情绪和大脑功能。

比如很多青少年都有的“乳糖不耐受”问题，其实就是菌群失调的一种：正常情况下，肠道里的一些微生物能产生乳糖酶，帮你分解牛奶里的乳糖，但如果你平时很少喝奶，肠道里的产乳糖酶的菌就会变少，喝牛奶的时候乳糖没法被分解，就会在肠道里发酵，产生气体，让你肚子疼、拉肚子。这时候你只要坚持喝一段时间酸奶，补充产乳糖酶的菌，就能慢慢改善这个问题。

接下来我们就来讲讲肠道被称为“第二大脑”的核心原因——肠神经系统（Enteric Nervous System, ENS）。如果你觉得“第二大脑”只是个浪漫的比喻，那可就小看你的肠道了：你的肠道壁里，有一套完全独立的神经系统，它从你的食道开始，一直延伸到肛门，整个消化道壁里都分布着它的“零件”。这套神经系统里大约有5亿个神经元，数量和你脊髓里的神经元差不多，比猫的全身神经元还多。这些神经元能独立完成很多工作：比如控制肠道的蠕动，让食物在肠道里正常移动；控制消化液的分泌，帮你消化食物；甚至能“感受”到肠道里的疼痛、酸胀、扩张这些刺激，不需要大脑的参与。

最厉害的是，这套神经系统有很强的独立性。科学家做过一个实验：把动物的迷走神经（连接大脑和肠道的主要神经通路）切断，结果发现动物的肠道依然能正常蠕动、消化，甚至对食物的刺激还能做出正常的反应。也就是说，就算肠道和大脑“断联”，它依然能独立工作，这就是为什么它能被称为“第二大脑”。你平时感觉到的“肚子饿得咕咕叫”“吃撑了肚子胀”“吃坏了肚子疼”，其实都是肠神经系统在工作，它不需要等大脑下指令，自己就能做出反应。

当然，“第二大脑”不是说它和大脑没关系，恰恰相反，肠道和大脑之间有着非常密切的“沟通渠道”，科学上叫做“肠脑轴”（Gut-Brain Axis）。它们之间的沟通主要有三条路：第一条是通过迷走神经，这是最快的一条路，肠道里的信号几毫秒就能传到大脑，大脑的信号也能几毫秒传到肠道，比如你紧张的时候，大脑会通过迷走神经给肠道发信号，让肠道蠕动加快，你就会想上厕所；第二条是通过免疫系统，肠道里的微生物代谢产物可以进入血液，

……第二条是通过免疫系统，肠道里的微生物代谢产物可以进入血液，调节全身的免疫反应，免疫细胞又会释放细胞因子，通过血液循环影响大脑的功能；第三条是微生物代谢通路，肠道菌群分解食物产生的代谢物，比如短链脂肪酸、神经递质（5-羟色胺、多巴胺、γ-氨基丁酸）、胆汁酸代谢产物等，可以直接进入血液循环，穿过血脑屏障，直接影响大脑的神经活动。比如90%以上的5-羟色胺（也就是常说的“快乐激素”）其实是在肠道里合成的，它的前体色氨酸需要肠道菌群的帮助才能转化为活性形式，如果肠道菌群失调，5-羟色胺的合成就会减少，你就会更容易出现情绪低落、焦虑的问题。再比如乳酸杆菌能合成γ-氨基丁酸（GABA），这是一种能抑制神经兴奋、让人放松的神经递质，如果你肠道里的乳酸杆菌太少，考试紧张的时候就更容易出现手脚冰凉、肚子疼、拉肚子的反应。

```mermaid graph LR A[肠道生态系统] --> B[迷走神经通路] A --> C[免疫调节通路] A --> D[微生物代谢通路] B --> E[中枢神经系统] C --> F[免疫细胞释放细胞因子] --> E D --> G[短链脂肪酸/神经递质/胆汁酸] --> H[血液循环] --> E ```

这三条通路构成了完整的“肠脑轴”，这也是肠道被称为“第二大脑”的核心原因——它不仅能独立工作，还能反过来影响你的大脑功能，甚至你的情绪、性格、学习能力，都和肠道菌群有关系。

> [!TIP] 侧边栏：你每天拉的便便里，大约有30%-50%的重量是肠道微生物的尸体和它们的代谢产物，所以便便的颜色、形状、气味，其实能直接反映你的肠道菌群健康程度。如果便便经常不成形、有恶臭，或者经常便秘，可能就是菌群稳态被打破了。

如果你还是觉得“肠道是第二大脑”是个夸张的比喻，那我们可以看看具体的证据：科学家做过一项针对青少年的研究，把100名12-15岁的青少年分成两组，第一组每天喝含有双歧杆菌和乳杆菌的益生菌饮料，第二组喝普通的 placebo 饮料，连续喝4周。结果发现，第一组青少年的注意力集中度比第二组高17%，记忆力测试得分高12%，而且在模拟考试中的焦虑得分低21%。这说明肠道菌群确实能直接影响你的学习能力和情绪状态。

当然，肠道的作用远不止“第二大脑”，它还是人体最大的免疫器官：人体70%的免疫细胞都分布在肠道的黏膜层里，组成肠道相关淋巴组织（Gut-Associated Lymphoid Tissue, GALT），占全身免疫组织的70%以上。你每天吃进去的食物里可能有很多细菌、病毒、有害物质，肠道免疫细胞的作用就是识别哪些是有益的共生菌和营养物质，哪些是有害的病原体，只把有害的清除掉，同时不会对有益的东西产生过度反应。如果肠道菌群失调，免疫细胞就会“乱打”，把无害的食物当成敌人，引发食物过敏，或者攻击自己的肠道细胞，引发炎症性肠病。

而且肠道还是人体最大的内分泌器官：它能合成几十种激素，比如控制食欲的饥饿素、瘦素，调节情绪的5-羟色胺、多巴胺，还有调节血糖的胰高血糖素样肽-1（GLP-1）。这些激素不需要大脑下指令，就能直接调节你的食欲、情绪、血糖水平，这也是为什么你菌群失调的时候会特别想吃高糖高油的东西——因为有害菌会通过激素给你发信号，让你吃它们喜欢的糖和脂肪，它们就能大量繁殖。

2.2 看不见的“城市”：肠道菌群的稳态与失调

前面我们把肠道比作一个“微观宇宙城市”，这个城市的正常运行，靠的就是“菌群稳态”（Microbiota Homeostasis）。你可以把菌群稳态理解成这个城市的“治安状态”：不同的微生物是城市里的不同“居民”，厚壁菌门的微生物是“建筑工人”，擅长分解脂肪和蛋白质，给你提供能量；拟杆菌门的微生物是“清洁工”，擅长分解膳食纤维，产生短链脂肪酸，维持肠道健康；放线菌门的双歧杆菌、乳杆菌是“警察”，能抑制有害菌的繁殖，维持治安；少量的变形菌门的微生物是“环卫工人”，少量存在的时候能帮助代谢，但如果数量太多就会变成“流氓”。

正常情况下，这些“居民”的数量、比例保持在一个相对稳定的范围，城市就能正常运行，你的身体就健康。但如果这个平衡被打破，就会发生“菌群失调”（Dysbiosis），也就是城市的治安乱了：要么“流氓”（有害菌）太多，要么“警察”（有益菌）太少，要么“建筑工人”和“清洁工”的比例失调，就会引发各种问题。

菌群失调在青少年中非常常见，最常见的诱因有三个：第一是不合理的饮食，比如长期吃高油高糖的外卖、奶茶、炸鸡，蔬菜水果吃得少，膳食纤维摄入不足，会导致拟杆菌门等有益菌“饿肚子”，数量减少，而厚壁菌门等擅长分解脂肪的菌会大量繁殖，F/B比（厚壁菌门/拟杆菌门比例）升高，肥胖、便秘、长痘的风险都会升高；第二是滥用抗生素，很多青少年感冒发烧、嗓子疼就自己吃抗生素，抗生素在杀死致病菌的同时，也会杀死肠道里的有益菌，导致菌群多样性下降，严重的甚至会引发抗生素相关性腹泻；第三是长期熬夜、压力大，压力会导致大脑释放皮质醇，皮质醇会通过肠脑轴抑制有益菌的繁殖，同时让有害菌大量繁殖，还会破坏肠道屏障，导致“肠漏”（也就是肠道壁的紧密连接变松，有害菌的代谢产物进入血液，引发慢性炎症）。

这里可以举一个非常贴近青少年的真实案例：15岁的中学生小林，备战中考的时候每天熬夜到12点，早餐经常吃包子、油条，午餐吃外卖的炸鸡、汉堡，晚餐吃泡面，几乎不吃蔬菜水果，每天还要喝2杯奶茶。连续一个月之后，他开始出现反复的腹胀、便秘，脸上疯狂长痘，而且经常莫名烦躁，上课注意力不集中，考试的时候还经常出现肚子疼、拉肚子的情况。他的妈妈带他去医院做了检查，没有发现器质性问题，后来做了肠道菌群检测，发现他的F/B比高达3.8:1，是正常水平的2倍多，拟杆菌门的比例只有8%，双歧杆菌的数量只有正常值的1/10，短链脂肪酸的合成能力只有正常人的30%。医生说他这就是典型的菌群失调，调整饮食一个月之后，他的腹胀、便秘好了很多，长痘的情况也减轻了，上课注意力也集中了，第二次模拟考的成绩还提高了20分。

> [!NOTE] 小知识：肠漏（Leaky Gut）并不是一个正式的医学诊断名称，但越来越多的研究发现，肠道屏障功能受损确实是很多慢性炎症、自身免疫病、情绪问题的诱因。当肠道壁的紧密连接变松的时候，有害菌的代谢产物（比如脂多糖LPS）就会进入血液，引发全身的慢性炎症，导致疲惫、注意力不集中、情绪烦躁等问题。

2.3 从出生到青春期：你的菌群是怎么形成的？

很多人觉得肠道菌群是天生固定的，其实不是——你的肠道菌群从出生开始就在不断变化，直到3岁左右才基本稳定，之后的饮食、生活习惯会持续影响你的菌群，直到你老去。

首先，你的菌群来源和你的出生方式密切相关：顺产的宝宝会经过妈妈的产道，会获得大量的乳杆菌、双歧杆菌等有益菌，这是宝宝的第一波“菌群接种”；而剖腹产的宝宝没有经过产道，初始菌群主要来自皮肤、医院环境的微生物，有益菌的比例比顺产宝宝低30%左右，后续患过敏、哮喘的风险也更高。当然，这并不是说剖腹产不好，只是剖腹产的宝宝后续可以通过母乳喂养、补充益生菌等方式调整菌群。

其次，喂养方式对菌群的影响也很大：母乳里不仅有营养物质，还有大量的低聚糖，这些低聚糖是双歧杆菌的“专属食物”，母乳喂养的宝宝肠道里双歧杆菌的比例能占到90%以上，而配方奶喂养的宝宝双歧杆菌的比例只有60%左右，这也是为什么医生都推荐母乳喂养的原因之一。

到了添加辅食的阶段，你吃进去的食物就开始成为菌群的主要“食物来源”：如果你多吃蔬菜、水果、杂粮，膳食纤维摄入充足，拟杆菌门、双歧杆菌等有益菌就会大量繁殖；如果你多吃糖、油、肉，厚壁菌门等分解脂肪的菌就会大量繁殖。到了青春期，你的饮食、作息、压力水平都会剧烈变化，菌群也会随之波动：比如很多青少年在青春期会突然长胖、长痘，除了激素变化的原因，也和菌群失调有很大关系。2021年《自然·代谢》杂志上发表的一项研究显示，青春期菌群失调的青少年，成年后患肥胖症的风险是普通人的2.3倍，患2型糖尿病的风险高1.8倍，患情绪障碍的风险高2.1倍，这说明青春期的菌群健康对一生的健康都有重要影响。

2.4 看不见的“隐形器官”：肠道的功能远超你的想象

现在我们就可以回答本章的核心问题：为什么肠道被称为“看不见的隐形器官”？

首先，它是“看不见”的：藏在腹腔深处，被其他器官包裹，我们平时看不到、摸不到，不像皮肤、心脏这些器官，出了问题会有明显的体表征兆。其次，它是“隐形”的：在过去几百年里，医学界一直把肠道当成单纯的消化器官，直到最近20年，科学家才发现它还有免疫、神经、内分泌、代谢调节的功能，这些功能一直被忽视，就像“隐形”了一样。

现在我们已经知道，肠道至少有以下四个核心功能： 1. 消化吸收功能：这是肠道最基础的功能，你吃进去的食物90%以上的营养物质都是在肠道里被吸收的，肠道里的微生物还能帮你消化人体消化酶分解不了的膳食纤维，产生短链脂肪酸等营养物质。 2. 免疫功能：肠道是人体最大的免疫器官，70%的免疫细胞都在肠道，它能识别有害物质，防止病原体入侵，同时维持免疫平衡，避免过敏、自身免疫病的发生。 3. 神经调节功能：肠神经系统有5亿个神经元，能独立控制肠道的蠕动、消化液分泌，还能通过肠脑轴影响大脑的情绪、注意力、认知功能。 4. 内分泌调节功能：肠道能合成几十种激素，调节你的食欲、饱腹感、血糖水平、情绪状态。

这四个功能共同构成了肠道作为“隐形器官”的核心价值，它虽然看不见，但几乎参与了人体所有核心生理活动的调节。

2.5 趣味实践：青少年肠道菌群检测入门

很多同学可能会好奇：“我怎么知道自己的菌群是不是健康？”现在已经有非常成熟的青少年肠道菌群检测技术，不需要去医院，在家就能完成采样，流程非常简单：

1. 采样：用无菌采样棒在卫生纸上沾一点便便的中间部分（不要沾到尿液或者水），放到采样管里，拧紧盖子，常温保存即可。 2. 寄送：把采样管放到快递盒里，寄回检测实验室，一般3-5天就能出结果。 3. 解读报告：检测报告一般会包含以下几个核心指标：

• 菌群多样性指数：一般用Shannon指数表示，正常范围是3.5-6.5，指数越高说明菌群越丰富、越健康。
• 厚壁菌门/拟杆菌门比例（F/B比）：