筛子假说：巧妙的研究表明人体胃功能的另一种解释

本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

你有一个胃。我有一个胃。这是我们为数不多的共通之处之一。人类以许多不同的方式交配、歌唱、交谈和抚养孩子，但我们都有胃。问题是为什么。

胃帮助消化食物；它们启动了这个过程，通过用粘液、酶和酸包裹食物来进行煮沸和研磨。这是教科书式的解释，没有人说它是错误的，但在我最近一次珍贵的图书馆漫步中，我偶然发现一篇论文，表明这种解释是不完整的，甚至可能是非常不足的。对我们的生存同样重要的是胃在分离（可以说，筛分）对我们的肠道有益的细菌和有害细菌方面的作用。我发现的这项研究由皇家丹麦技术学院的退休教授奥拉-詹森博士领导。奥拉-詹森通过比较年轻人、健康老年人和患有痴呆症的老年人的肠道细菌，测试了关于胃的新想法。奥拉-詹森的发现可能是我们身体生态学之谜中的重要一块拼图。

图 1. 人体胃部的示意图。胃可能充当筛子，只允许某些种类的微生物通过进入小肠。

关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。

奥拉-詹森和同事首先假设，或者也许更好的词是假设，胃的一个关键功能是用酸杀死有害细菌。他们认为，酸充当筛子。它阻止有害细菌，特别是最具机会主义的病原体，但它不会阻止所有细菌。它让那些有适应性来应对胃酸的有益细菌——这些适应性是在数千代进化中磨练出来的——继续沿着胃肠道前进。在他们的模型中，如果胃不能杀死有害细菌，病原体就会在肠道中占主导地位。它们取代了帮助我们身体消化食物和产生营养的有益微生物。当这种情况发生时……死亡或至少无法茁壮成长几乎是不可避免的。

奥拉-詹森和同事从早期的工作中得知，人体胃部的pH值会随着年龄的增长而升高；胃的酸性降低。这种影响在70岁以上的人群中最为明显。奥拉-詹森预测，在这些人中，胃作为有害微生物杀手的有效性可能会受到损害。反过来，肠道，作为离开胃的所有东西（无论死活）的接受者，可能会被病原菌物种（如顽固且致命的艰难梭菌）或口腔物种（虽然在口腔中有益，但在肠道中可能成为病原体）所主导。这是一个足够简单的预测，但也可能过于简单。肠道的生物群落是复杂的。它可以包含数千个物种，并受到许多因素的影响，这些因素在许多方面已被证明是难以解决的。胃的pH值真的重要到足以产生可衡量的差异吗？当我阅读奥拉-詹森的论文时，我持怀疑态度，但我足够好奇地读完了结果。我坐在图书馆的地板上，准备待一会儿。

图 2. 艰难梭菌的显微照片。图片由 CDC/ Lois S. Wiggs (PHIL #6260), 2004 提供。

为了验证他们的假设，奥拉-詹森和同事培养了他们从90名人类参与者的粪便样本中收集的细菌，其中三分之一的年龄在30至40岁之间，三分之二的年龄在70岁以上。然后，他们比较了这些不同年龄组的样本中发现的微生物。同样，他们预计，在年龄较大的人群中，有害细菌和口腔细菌应该更常见，并且在它们的数量上，会取代有益的必要细菌，如双歧杆菌。

值得注意的是，作者对筛子假说的预测成立了。我在下面复制并稍微修改了他们的主要表格。9%的70岁以上的人每克粪便中含有超过一百万个有害的梭状芽孢杆菌细胞；30至40岁的人中没有一个有。更重要的是，三分之一的70岁以上的人每克粪便中含有超过十亿个口腔细菌，唾液链球菌细胞。同样，30至40岁的人中没有一个有。但是，这些病原菌和口腔细菌是否足够好地发挥作用，以至于真正损害了肠道中有益细菌的成功？是的。虽然所有30至40岁的人每克样本中至少有一百万个有益的肠道细菌双歧杆菌细胞，但70岁以上的人中只有不到一半有。

有趣的是，那些70岁以上患有痴呆症的人的肠道状况最糟糕，远远超过其他人。几乎他们每个人的肠道都被梭状芽孢杆菌和口腔细菌所主导。其他研究似乎也从不同的角度为这些一般性发现提供了支持。一项比较健康人和胃酸度低的人的研究发现，胃酸度低的人不太可能拥有双歧杆菌，即使他们的肠道细菌总密度，特别是病原体，有所增加。 另一项研究发现，胃酸度低的人更容易患腹泻，正如预期的那样，如果他们的肠道被病原体接管的话。

这里看到的年龄差异比最近发表在《自然》杂志上的另一项研究中看到的差异更为明显。《自然》杂志的文章比较了500多名不同年龄和种族的人的肠道微生物。在《自然》杂志的研究中，作者发现，在生命最初几年（在此期间，新生儿缓慢获得成人微生物，因此产生了巨大影响）之后，年龄对肠道微生物的影响很小。然而，《自然》杂志的研究只考虑了四名70岁以上的人（他们也没有专门寻找有益物种与有问题物种的转变，也许他们将来会这样做）。奥拉-詹森的研究表明，差异恰恰是在非常年老的人群中开始变得明显的。有时，需要从许多研究的角度和时间才能看到完整的画面。这可能是我应该指出我正在讨论的奥拉-詹森研究发表于1948年的地方。有趣的想法可能会在未被阅读的科学文章中丢失；许多，甚至大多数，都是如此。奥拉-詹森的论文很少被引用，而且从未在讨论胃功能的背景下，甚至在衰老和我们身体的微生物荒野的背景下被引用。

表 1. 从Orla-Jensen et al., 1948复制（并更新）。每组样本量 = 30 人。本文作者奥拉-詹森教授在1948年发表本文时已77岁，因此对这些结果有个人兴趣。人们想知道他是否对自己进行了抽样。

六十五年后，现在轮到我们来弄清楚筛子假说可能做出哪些其他预测^{2/。也许最明显的预测是，当一个人在身体中旅行时，从皮肤到口腔到胃再到肠道，在每一步都应该遇到越来越少的微生物谱系子集。这是真的吗？这似乎令人难以置信。毕竟，大量研究自豪地宣布了肠道中微生物的巨大多样性，一种可怕的多样性。让我们看看。}

我所知道的最好的研究包括来自口腔和肠道的样本，并考虑了在不同栖息地发现的微生物类群。当您从口腔到胃再到肠道时，主要谱系的多样性下降了一半，并且肠道（特别是结肠）中存在的谱系是胃中谱系的子集，而胃中谱系又是口腔中谱系的子集（见图 2）。将这项研究的结果与其他研究的结果进行比较表明，口腔本身也充当一种过滤器，筛选落在皮肤和嘴唇上或口腔中的物种，以获得最有利的子集。从这个子集中，胃进一步切割。

如果筛子假说成立，就必须有其他的预测。我还没有非常仔细地考虑过这个问题，但我认为我可能会期望食用不同食物的动物的胃存在差异。食用更可能含有病原体的食物的动物应该有更精细调整的过滤器，以清除有害微生物；我认为，它们应该宁可错杀一千也不放过一个。对于某些秃鹫来说，情况似乎确实如此。白背秃鹫的胃的pH值为 1！ 相反，似乎可以合理地预测，食用不太可能导致病原体的饮食的动物，例如食用水果的动物，应该被期望放松筛子，稍微打开它，以确保许多有益的微生物通过。我不知道这是否已经过测试。物种之间预期的差异肯定有更多的预测。对胃的进化进行广泛的调查似乎是必要的。

图 3. 白背秃鹫正在食用角马。这些秃鹫需要非常积极地对抗它们所沉迷的腐肉中的病原体。它们这样做的一种方法是拥有非常非常酸性的胃。照片由 Magnus Kjaergaard 拍摄。

现代生活也为我们提供了一个关于胃及其对微生物影响的另一个可测试的预测。减肥手术是一种日益常见的医疗干预措施，其中患者的胃的大小被缩小，以便减少他或她一次可以吃的食物量。然而，手术还会导致接受手术的人的胃部pH值升高，使其胃酸性降低。如果筛子假说是正确的，那么这些人的肠道细菌应该看起来更像七十岁的人，而不是三十岁的人。事实确实如此。最近的一项研究发现，减肥手术后，有益的双歧杆菌物种变得更加稀有，而口腔细菌（在本例中为普雷沃菌）和大肠杆菌（可能是一种病原体）变得更加常见。这些结果似乎是筛子假说所预测的。

我确信还有更多的预测。我把它们留给你们。好消息是，如果现在有更多的预测，现在是查看和测试它们的好时机。对我们身体微生物的研究现在很时髦，就像一个经常涉及“粪便”这个词的研究领域一样性感（见图 4 或在 American Gut 上查看您自己性感的粪便虫子）。每天都有新的数据发布。如果我们能够制定好的预测，就可以对其进行测试。我们最终可能会弄清楚胃的功能，或者更确切地说，是其角色的复杂混合，其职责的翻腾混合。没有人否认胃有助于分解蛋白质，但这可能不是它最重要的工作。

图 4. 微生物学家乔纳森·艾森穿着他的微生物组。图片由乔纳森·艾森提供。

与此同时，这个故事有一个有趣的尾声。除了考虑老年人和年轻人之间的差异外，正如您可能记得的那样，奥拉-詹森还考虑了70岁以上的健康人和70岁以上患有痴呆症的人之间的差异。患有痴呆症的人的肠道中的病原体和口腔微生物甚至比健康的70岁老人还要多。这很有趣，但这里的因果关系是什么？功能不良的胃是否会导致肠道中病原体丰富的微生物群落，而该肠道群落是否反过来导致痴呆症？我们的思想真的会因为我们的胃出现问题而衰退吗？最近的一些研究已经开始探索痴呆症可能是由感染引起的可能性，但现在说任何结论性的话都为时过早。人们只能想象这种衰退背后的机制。我有一些想法，但我需要再考虑一下。与此同时，您也可以提出您的假设，我将回到图书馆，看看我还能找到哪些宝石，旧的研究，就像您在新闻界读到的新研究一样具有革命性，这些研究，无论对错，都证实了我们知之甚少，以及进步可能是多么缓慢和循环。

脚注（更多待添加）

1- 他们没有对这些微生物的基因进行测序——现在这是一种常见的技术——因此他们的结果仅代表了样本肠道中发生的部分情况，多样化森林中的几种常见树木，但这可能是对这些树木的合理衡量标准。

2- 我承认，我在这里命名了它。奥拉-詹森和同事认为这个想法太明显了，甚至不值得命名。