人類第二基因組!腸道微生物菌相不只調控免疫,還與人類老化息息相關?

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人體腸道內約有高達 10-100 兆腸道菌,其組成龐大複雜的功能號稱是人體「第二個基因組」,它們參與腸胃的消化與吸收,更有越來越多研究顯示,微生物生態和人體各式生理功能息息相關。

飲食決定了腸道微生物菌相,也調節人體免疫系統

“You are what you eat.” 美國史丹佛大學團隊近期研究從「微生物」的角度證明了這句話,他們發現飲食條件不但形塑腸道微生物的生態,也間接影響人體免疫系統。這項研究將受試者分為兩組,分別接受以植物為主的高纖食物、發酵性碳水化合物,維持 17 週飲食調控。

結果發現,高纖食物組受試者體內由微生物生成的酵素種類增加,這些酵素是能分解植物細胞壁與纖維素的 CAZyme(carbohydrate active enzyme)。更特別的是,發酵性食物組的受試者體內微生物菌相多樣性增加,而且多項發炎指標下降;意味著如果要訓練人體免疫系統,可以從長期的飲食調控、進而改變體內微生物生態著手。

圖片來源:《Cell》

腸道微生物組成隨年紀改變

有越來越多研究顯示微生物不只是腸胃道的寄居者,微生物實質影響人體健康許多層面,從免疫、代謝、到癌症與許多疾病的發生,都與微生物組成有關。微生物學家 Marcus Boehme、John Cryan 研究團隊,近 10 年來進行一系列以腸道微生物為主題的研究,逐步確認微生物與生物老化之間的關係。

首先,他們從老年人的排泄物下手,分析老人糞便中的腸道微生物組成。2012 年他們發表的研究指出,老年人之間體內的微生物組成差異相當大,而且這些差異和老年人個別的衰老、發炎與併發症等健康狀況直接相關。

透過調節微生物組成緩解腦功能退化

2017 年他們延伸探討微生物組成的研究方向,這次更聚焦在微生物對於老化的腦功能影響。他們比較不同年紀小鼠的腦功能,發現小鼠腸道的微生物組成會隨著小鼠年紀增加而改變,而當微生物生態失衡就會危害到免疫功能,例如造成腦部神經發炎,使老化小鼠表現出焦慮、腦部退化等症狀。

在得知微生物組成與腦功能之間的關聯後,研究團隊下一步想知道透過調節微生物菌相,能不能緩解宿主腦部退化的進展,這次的實驗對象則是「中年危機」的認知退化小鼠。他們餵食這些小鼠能促進益生菌生長的菊糖(inulin),成功緩解中年小鼠的腦功能退化情形。此外,近期最新發表於《Nature Aging》研究,他們更直接將年輕小鼠的腸道微生物移植到老年老鼠體內,發現老年小鼠的認知能力、免疫功能都大幅改善。

從日常飲食到老化,和腸道微生物共存

從一方面來看,人體的腸道微生物組成並不是固定不變的,個體的飲食條件或年齡、老化生理狀態決定了體內的微生物組成。另一方面,微生物生態又會回過頭影響人體的免疫功能,尤其在許多研究都指出,當微生物生態失調會造成腦部的免疫細胞發炎,也就是腦功能衰退的老化現象。

在這個前提之下,透過調節微生物生態來延緩老化趨勢,成了許多科學家關注的新方向,其中透過飲食調控便是一個可行的管道。甚至在小鼠模型中更證實了,直接將健康的腸道微生物組成移植到老年小鼠體內,能延緩老化的進展。儘管小鼠模型在人體是否適用還需要更多實驗驗證,但是不能否認的是,老化不只是個體的生理衰退,也和體內的微生物群息息相關。

延伸閱讀:古今人類腸道菌相大不同!共生演化新發現

參考資料:
1. Cell, 2021; https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00754-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkin
2. Nature, 2012; https://www.nature.com/articles/nature11319
3. Brain, Behavior, and Immunity, 2017; https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S088915911730034X
4. Molecular Psychiatry, 2019; https://www.nature.com/articles/s41380-019-0425-1
5. Nature Aging, 2021; https://www.nature.com/articles/s43587-021-00093-9

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