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人类与微生物的“爱恨情仇”

作者:张哲弢 中国科技大学附属第一医院(南区)

史天陆 中国科技大学附属第一医院(南区)

郭玉金 济宁市第一人民医院

审核:赵 杰 郑州大学第一附属医院 中华医学会临床药学分会主任委员

主任药师 教授

一提到微生物,您可能会问:什么是微生物?微生物生活在哪里呢? 微生物是存在于人体和自然界的一群体形微小、结构简单、肉眼看不见、必须借助显微镜才能观察到的微小生物,包括我们日常生活中常提到的细菌、病毒、真菌、衣原体、支原体等。

人类与微生物的“爱恨情仇”插图

图1 版权图片 不授权转载

一、人类与微生物的“交锋”

微生物的历史远比人类要悠久,人类自诞生之初就与微生物相处。微生物与人体共存共栖,虽然很早之前人类就知道了它们的存在,然而第一次看清它们的“长相”还是在1676年,列文虎克通过自己手工打磨制作的显微镜第一次看到了微生物。1876年,科赫将炭疽杆菌注射入小鼠体内使其死亡,验证了炭疽病是由细菌引起的,从而提出了疾病的“细菌论”,从此人类开始了通过药物研发和应用与细菌之间的战争。

1928年,弗莱明偶然发现了能杀死金黄色葡萄球菌的“天然武器库”中的“盘尼西林”,也就是我们熟知的青霉素,它是来源于细菌的代谢产物,所以称为抗生素。自弗洛里1944年实现了青霉素的工业化生产后,越来越多的天然的、半合成的、合成的抗生素被用于抗感染治疗,人类开始进入了抗生素时代。1935年多马克从衣物染料中提取了“百浪多息”(一种磺胺类药物),奠定了抗感染药物化学合成的研发方向。由细菌代谢提取的抗生素和化学合成药物统称为抗菌药物。抗微生物药物,即抗感染药物,指能杀灭或者抑制微生物生长或繁殖的药物,包括抗菌药物、抗病毒药物、抗滴虫原虫药物,以及抗支原体、衣原体、立克次体药物等,但不包括抗寄生虫药物。

罗斯伯里经过30余年的研究和整理,于1962年出版了《人类原生微生物》,详细地描写了人体各部位的常见细菌。法国著名微生物学家巴斯德说道:“细菌可能有益于我们,甚至是必不可少的。”2007年,旨在全面了解人体内微生物组群信息的“人类微生物组联盟”在美国华盛顿成立,中国也成为“人类微生物组学计划”的发起方之一。可以预见,我们对这些共同依存的微生物的了解将日益加深。

二、人类与微生物和谐共处

人体各部位有不同的环境,如特定的温度、酸碱度、含氧量及其他能决定特定微生物生长的条件。例如我们的胃会分泌酸性很强的胃酸,把大多数细菌拒之于外,只有幽门螺杆菌等极能耐受酸性环境的特殊细菌才能“驻扎”其中。另外,新生儿从母亲产道中滑出的那一刻便收到了妈妈的第一份礼物——来自母体的微生物群,婴儿的免疫系统给微生物敞开了一扇窗。传统观念认为母乳是无菌的,但随着分子生物学的发展,人们逐渐发现,母乳给婴儿提供了多样性的细菌来源,另外,产后护理、生产方式、母亲饮食、母亲抗菌药物的使用等因素均会影响母乳菌群的组成。

随着年龄的增长,我们与体内微生物群的关系变得更紧密:我们为它们提供适宜的栖息地和生长所需的养分,而它们则为维持我们身体的正常运转耕耘奉献。它们能帮助我们把食物内的钙、镁、锌等矿物质释放出来,让食物变得更容易被吸收;它们能帮助我们合成某些维生素供机体吸收,如B族维生素和维生素K;它们还能将我们无法消化的脂类分解成短链脂肪酸,这些短链脂肪酸会聚集并激活大量的抗炎细胞,使反应过度的免疫系统恢复平静;它们甚至能降解我们摄入体内的某些特殊化学物质(如毒素、药品),使其不会“捣乱”。

人类与微生物的“爱恨情仇”插图1

图2 版权图片 不授权转载

三、微生物影响药物的作用

我们体内的微生物群会协助我们处理体内的药物,无论我们是否“邀请”它们参与其中。越来越多的证据表明,药物的疗效不仅取决于药物和机体,还会受到体内“邻居们”的影响。每十个患者中就可能有一个使用地高辛(一种用于治疗心力衰竭的药物)后效果甚微,这种现象是由一种叫“缓慢爱格士氏菌”的肠道细菌的差异性导致的。“住”在结肠里的细菌可以将柳氮磺吡啶变成5-氨基水杨酸,从而发挥抗炎作用,受到同样影响的药物还有奥沙拉嗪。奥沙拉嗪的治疗作用在很大程度上取决于肠道内的细菌,只有借助细菌的偶氮还原酶,奥沙拉嗪才能变成有治疗作用的5-氨基水杨酸。同样的道理,乳果糖依靠肠道细菌的代谢转化为乳酸和醋酸,从而发挥泻药的作用。肠道微生物还会影响他汀类药物的吸收和代谢,从而使其出现疗效的差异。另外,一些中药成分也能被肠道微生物代谢成相应的可吸收的活性物质,如人参中的人参皂苷Rb1。

药物对人体的作用也会受到体内微生物的影响。艰难梭菌(一种住在我们肠道内的厌氧细菌)会影响乙酰氨基酚的代谢及其肝毒性。伊立替康被肝脏灭活的产物会被肠道微生物重新激活,从而导致腹泻、体重减轻、免疫系统抑制等不良反应。

我们体内的微生物群就像每栋楼房里的住户一样,在不同人体内是不同的,这种差异性源自多方面的原因,如遗传基因、居住环境、年龄、饮食习惯及使用过的药物,特别是抗生素,对体内微生物群具有非常重要的影响。

四、抗微生物药物不是万能的

其实微生物和人体是相互依存的关系,正常生活状态下,人体体表和体内的细菌种类和数量保持相对固定。当人体出现淋雨受凉、外伤、手术及其他侵入性操作,或者患有其他导致免疫功能低下的疾病时,身体抵抗力会下降,外部致病细菌或体表定植的细菌就会乘机侵入人体并大量繁殖,从而导致感染的产生。使用抗微生物药物的目的仅是把外部侵入的致病菌杀灭或把局部增生的细菌降低到与人体免疫能力相平衡的数量,而不是把人体内的细菌杀灭光。微生物离开人是能存活的,而人体如果没有了某些细菌是不可能生存的。

人类与微生物的“爱恨情仇”插图2

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微生物已经陪伴我们走过了几百万年,如何与之和谐相处,依然是人类需要长期研究的课题。

人类与微生物的“爱恨情仇”插图3

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3条评论

  1. 微生物是存在于人体和自然界的一群体形微小、结构简单、肉眼看不见、必须借助显微镜才能观察到的微小生物,了解利用微生物造福人类。

  2. 认真科普微生物知识,随着年龄的增长,我们与体内微生物群的关系变得更紧密:我们为它们提供适宜的栖息地和生长所需的养分,而它们则为维持我们身体的正常运转耕耘奉献。

  3. 微生物与人类共同生存了数百万年,始终保持着“亦敌亦友”的奇妙关系。正确认识如何与之和谐相处,以应对未来所面临的巨大挑战。

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