儿童微生态学临床应用(精)

上篇 总论部分 基本理论 第1章 微生态学概述 **节 微生态学学科定义和研究范畴 一、生态学的提出和研究内容 生态学（ecology）的概念是1866年由Haecke等首先提出，至今已有150多年历史。生态学是研究机体与其周围环境之间相互影响、相互制约的生命学科，其内容十分广泛。 生态学有两个层面内容，一是宏观生态学内容；二是微观生态学内容。前者已被人们广泛认识和理解，已经得到方方面面的重视和保护，如保护人类环境，保护地球，保护海洋，保护湿地，不断维护动物多样性，维护植物多样性，不断建立防灾减灾措施等已经深入人心，并已逐渐形成人们的自觉行为；然而微观生态学内容远未被人们认识和体会，各种微观生态学的内容对机体影响同样十分重要。微生态学是微观生态学的重要内容之一。 二、微生态学的定义和研究对象 1.微生态学术语的提出.微生态学（microe-cology）一词是东德Haenal和Lohmann在1964年召开的**届国际微生态学研讨会（First International Symposium of Microecology）上首次提出的，国际上曾经以悉生生物学（gnotobiology）为学科名称并召开了10届国际会议。自2006年以来，医学界主流学术期刊多用微生物组（microbiome）一词代表动植物体内的微生物总和，并未含有生态的意思。我国微生态学奠基人魏曦院士和著名医学微生物学家刘秉阳教授1981年在主持召开**届全国微生态学学术会议上正式引用这个术语，至今在我国一直沿用。 2.微生态学的定义.1977年沃克 鲁什（Volker Rusch）首次给出的定义“微生态学是研究机体正常 微生物群与其宿主之间相互关系的学科，是微观层次的生态学，即细胞或分子水平的生态学”。1985年我国康白教授给出定义“研究微生物与微生物、微生物与宿主以及微生物和宿主与环境间相互关系的学科”。 3.微生态学的研究内容.正常情况下，微生物群与其宿主之间既相互依存，又相互制约和影响；始终保持动态平衡，维持终身；宿主为其栖生微生物群提供生存繁衍、营养代谢等必不可少的条件和场所，而这些正常微生物群又为宿主提供其机体本身不能实现和不可取代的支持与帮助，如合成维生素、分解食物，促进消化吸收、促进营养代谢，促进机体免疫功能的形成与成熟，促进器官成熟，延年益寿、抗病治病等。 微生态学所研究的内容正是机体的正常微生物在其细胞水平、分子水平与机体本身之间的相互关系。因此，微生态学与细胞学、分子生物学、基因工程学、免疫学、信息学、酶学、自动控制学等有着广泛的联系。 三、医学微生态学的定义和研究对象 1.医学微生态学的定义.微生态学包括植物微生态学、动物微生态学和人体微生态学。人体微生态学又称医学微生态学。医学微生态学（medicalmicroecology）是研究人体正常微生物群与人体之间相互关系的学科内容。 2.医学微生态学的研究对象.实际上，人们早已认识到人体及其人体周围环境中存在大量肉眼不可见的微生物群，在这些大量微生物群中绝大多数是对人体有益而无害的微生物群，其中只有极少数是对人体有害的微生物群。过去医学微生态学多研衣原体、立克次体、病毒、原虫等十分广泛的微生究以细菌为主的微生物群在人体中的作用，现在的物群种了。 第二节 国内外微生态学的研究历程 一、微生态学研究三阶段 微生态学是人们对自身内外环境微生物从致病性角度上升到生理功能学角度的认知转变大环境下建立起来的，从临床实践角度，将微生物与人类健康疾病之间相互关系的研究历程分为以下3个阶段。 1.萌芽阶段.1676年荷兰的列文虎克发明了人类**台显微镜，让人们看到了微生物，开始了微生物学研究。由于受到研究方法和实验技术的限制，早期微生物学研究仅限于形态学描述和分门别类，发展缓慢。 直到19世纪末和20世纪初出现了3位划时代的人物，直接促进了微生物学发展和微生态学的崛起。法国的巴斯德（Louis Pasteur，1822—1895年）揭示了微生物是造成腐败发酵的原因，他认为肠内发酵是必需的，是人类和动物获得营养不可缺少的过程，提出了微生物有益的观点。俄国的梅奇尼科夫（Elie Metchnikoff，1845—1916年）进行了一系列长寿与酸奶的研究，发现乳酸杆菌能拮抗大肠埃希菌的腐败作用，减少酚、皂酚、靛基质及其他氨类物质的有害作用，起到延年益寿功效，他认为良好的生活习惯和饮食促进肠道菌群平衡，有助于健康长寿。德国的柯赫（Robert Koch，1843—1910年）是病原菌研究的鼻祖，他提出的确定病原菌的“科赫法则”使得19世纪70年代到20世纪20年代成为发现病原菌的黄金时代，并且一直是现代医学研究疾病因果关系遵循的原则，巴斯德的发酵学说、细菌与营养关系及细菌有益学说，已被现代科学接受。梅奇尼科夫的乳酸杆菌拮抗肠内腐败菌学说、健康长寿理论迄今仍为当代人所接受，饮用酸奶已风靡全球。 这一阶段有两件事值得被历史铭记，一个是法国巴黎儿童医院的Tisser医师（1899年）通过比较母乳喂养儿与奶粉喂养儿的粪便涂片发现了双歧杆菌，进一步研究发现双歧杆菌不仅与腹泻发生频率有关，还与儿童营养有关，这一发现吹响了对正常微生物群或生理性细菌研究的号角。另一个是德国的妇产科医师Doderlein（1890年），他*先发现健康女性阴道中主要寄居着一种大的革兰氏阳性杆菌，而这种大杆菌数量减少同时一种革兰氏阴性杆菌及其他菌增加，是患阴道病的征兆。Doderlein医师的发现奠定了阴道微生态学的基础。 2.停滞阶段.19世纪末到20世纪40年代，微生态学的发展处于停滞阶段。主要原因一方面是世界大战的爆发，促进了传染病的大流行，迫使人们将研究重点转移到研究和发现致病微生物上。另一方面在“科赫法则”指导下，各国细菌学家陆续发现许多人类和畜、禽的烈性传染病的病原体，如鼠疫耶尔森菌、炭疽杆菌、霍乱弧菌、破伤风梭菌、白喉棒状杆菌等，其他普通传染病如猩红热、产褥热、白喉、百日咳等都被发现。这些因素客观上促进了微生物学的学科建设和发展，强化了人们对细菌是病原菌的认识，也就是说，人们主要认为微生物是有害的，从而忽略了对正常微生物群的研究，造成微生态学发展处于停滞阶段。 3.发展阶段.抗生素的出现打破了微生态学领域研究停滞的局面。1928年亚历山大 弗莱明意外发现了首个抗生素——青霉素，1942年开始大批量生产上市，20世纪40年代链霉素被发现。抗生素的出现挽救了亿万人的生命，将人类预期寿命延长了20年，成为科学史*伟大的发明之一，但其引起的肠道菌群失调、耐药性、各种毒性的负面作用也引起了人们的关注，抗生素应用所导致的二重感染、菌群失调都与正常微生物群在宿主体内定性、定量、定位上的生态学变化有关，由此引起人们对正常菌群结构和功能进行研究的兴趣，推动了对微生态学基本规律的研究进程。 二、国外微生态学研究的发展 1977年，Volker Rusch博士确定“微生态学”学科定义后，在德国汉堡创建了世界上**个微生态学研究所，专门研究改善肠道生态环境的“生理性细菌治疗”。 2005年13个国家的科学家在巴黎召开“人体微生物组研究计划”圆桌会议，从此引爆了全球范围内人体微生态研究突飞猛进发展的动力引擎。该圆桌会议达成共识，组建“国际人类微生物组联盟”，动员全球的力量，开展“人类微生物组计划”，把人体共生微生物组的基因组成全部测定出来，从而推动菌群与健康的研究。 随后欧盟启动了著名的MetaHIT计划，中法双方联合启动了肠道基因计划（MetaGUT），美国也启动了人类微生物组计划（HMP），随后加拿大、日本、法国、新加坡等也分别实施相关计划，试图研究本国的人体微生态与健康疾病的问题。 目前权威学术刊物如《细胞》《自然》《科学》发表的有关肠道菌群与疾病和健康关系的研究论文已经有上百篇，其他各类生物医学刊物的相关论文已有上千篇。包括肥胖、糖尿病、癌症、孤独症（又称自闭症）等在内的50多种疾病都有证据表明与肠道菌群失调有关系，而通过配方营养、益生菌、益生元和药物调节菌群预防和减轻疾病的报道更是如雨后春笋层出不穷。用粪便菌群移植治疗顽固性腹泻成为 2013 年世界瞩目的十大科技进展。 三、我国微生态学研究的发展 我国科学家在人体微生态领域的研究与国际同步。中国科学家们是风起云涌的国际人体微生物组研究领域的弄潮儿。 魏曦教授早在1950年就注意到了抗生素引起的菌群失调问题，指出“在光辉的抗生素降临之后，我们必须注意其带给人类的阴影，即扰乱正常微生物群和引起的菌群失调”。他认为抗生素干扰了人类正常菌群的生态平衡，必然导致机体的一系列不良反应，即菌群失调症（二重感染）。他的学生康白教授在总结了前人各种论述基础上提出了对应于宏观生态平衡的微生态平衡理论。 中国是*早研究开发人用益生菌制剂，开辟益生菌制药工业的国家之一。1981年由魏曦院长和康白教授开发了“促菌生”（蜡样芽孢杆菌）获得国家发明奖，并在第七届国际悉生生物学学术大会上报告；1992年研发上市了“丽珠得乐” （青春双歧杆菌）。截至目前，共有20余种人用益生菌制剂获得国家药品监督管理局国药准字号。 上海交通大学赵立平、深圳华大基因从一开始就参加“国际人类微生物组联盟”的活动，2014年浙江大学李兰娟院士成为该联盟的轮值主席。 2008年上海交通大学组织中英两国科学家多学科合作，在《美国科学院院报》发表通过尿液代谢物和肠道菌群的关联分析来研究肠道细菌的潜在功能的方法，成为人体微生物组领域被引用*多的论文之一。2010年，深圳华大基因与欧盟科学家合作，在《自然》杂志发表**个人类肠道微生物组基因目录。2012年华大基因再次在《自然》杂志发表大规模测序对比糖尿病患者和健康人肠道菌群差异的论文。2012 年底，上海交通大学在《国际微生物生态学会会刊》发表论文，报道了一株来自肥胖患者肠道的条件致病菌，能在无菌动物中引起肥胖，得到了国际学术界和媒体的广泛关注与报道。2014年，浙江大学与法国科学家合作，在《自然》杂志发表了肝硬化患者的肠道菌群结构特征，为疾病的诊断和预防治疗奠定了坚实的基础。同年，中国中医科学院广安门医院与上海交通大学合作，在《国际微生物生态学会会刊》发表论文，不仅通过随机、双盲、安慰剂对照的临床试验证实了汉代经方“葛根芩连汤”对糖尿病显著的治疗效果，并且提供了分子证据，表明该复方中药可能是通过调整菌群来发挥药效的。 第三节 儿童微生态学的建立和发展 一、儿童微生态学研究的重要性 儿童微生态学（children microecology）是专门研究儿童微生态的学科。其内容十分丰富。儿童微生态学不仅具有微生态学的共同点，更具有儿童各年龄阶段生理和生长发育的特点，其微生态系统在初始建立、形成、完善和成熟过程中会受到自身与外界的诸多因素影响，显得十分脆弱，极易发生生态失衡的许多特点。 儿童时期是一生中生长发育的时期，同时也是*容易受到自身和其周围环境影响、*容易受到伤害的时期。儿童期生长发育状况、健康状况将会不同程度地影响着人的一生。人的一生经过胎儿期、新生儿期、婴儿期、幼儿期、学龄前期、学龄期、青春期步入成年期，再经过青壮年期和中年期，进入老年期。 我们知道人出生后随年龄增长才逐渐建立和形成自身的微生态系统。新生儿至婴儿期微生态系统建立、形成、完善、成熟、是否平衡稳定等，对儿童期免疫系统、消化吸收功能、器官发育成熟均有重要影响，甚至可能会影响一生的健康。同时母亲在妊娠过程中，分娩方式、喂养方式和不同疾病等也会影响儿童的微生态系统，因此研究儿童微生态学具有特殊而重要的意义。 二、儿童微生态学特点 人和动物