摘要：人类身体这一复杂而精妙的生命系统中，携带着数以万亿计的微生物，它们广泛分布于人体各个角落。这些微生物种类繁多，涵盖细菌、病毒、真菌、古细菌以及单细胞真核生物等等，每一种都在这个微观世界里扮演着独特角色。
人类身体这一复杂而精妙的生命系统中，携带着数以万亿计的微生物，它们广泛分布于人体各个角落。这些微生物种类繁多，涵盖细菌、病毒、真菌、古细菌以及单细胞真核生物等等，每一种都在这个微观世界里扮演着独特角色。
这些微生物与人类宿主之间存在着一种微妙且互惠互利的关系，二者和谐共生。它们并非寄生在人体内的不速之客，而是宿主机体正常运转不可或缺的伙伴，它们深刻影响着宿主的生理稳态和免疫机制，在人体生理功能的维持中发挥着举足轻重的作用。
宿主机体的正常功能高度依赖于人体共生微生物群落。在代谢方面，微生物参与分解食物，帮助人体吸收营养物质，将复杂的食物分子转化为可供细胞利用的简单物质；在免疫系统中，它们像训练有素的卫士，刺激免疫系统的发育和成熟，增强机体对病原体的抵抗力；在消化过程中，微生物助力食物的消化和吸收，维持肠道的正常蠕动；对于肠道通透性，微生物通过调节肠道黏膜屏障的完整性，防止有害物质进入血液循环；在骨骼生长发育方面，某些微生物产生的代谢产物能够影响骨骼细胞的活性和功能，促进骨骼的健康发育。微生物甚至还可以影响大脑功能和行为。总之，人体共生微生物群落对于维持健康和预防疾病具有不可替代的重要意义，它们是人体生命活动中不可或缺的一部分。
共生微生物如何影响我们的身体系统？
1、消化系统和新陈代谢
人类消化系统拥有一个庞大而复杂的微生物群落，被称为肠道菌群，这些微生物对整体健康至关重要，它们帮助消化食物、增强免疫功能和维持身体代谢平衡。
肠道菌群在调节免疫系统方面起着至关重要的作用，一方面构建生物屏障抵御病原体入侵，另一方面精细调节免疫反应强度。最新研究表明，肠道微生物可通过肠脑轴来影响我们的行为，其代谢产物甚至能穿越血脑屏障影响神经递质平衡。维持肠道菌群平衡对于预防肠道通透性增加而引起的炎症也至关重要。
肠道微生物的主要功能之一在于发酵人体自身酶无法消化的复杂多糖，比如膳食纤维。这类代谢活动主要发生在大肠内，其标志性产物短链脂肪酸——乙酸、丙酸和丁酸，在代谢稳态中起关键作用。这些生物活性分子不仅作为结肠上皮细胞的主要能量来源，更通过调节肠动力、保护肠道黏膜层、改善营养吸收和调节全身炎症反应来维持肠道健康。普氏栖粪杆菌、直肠真杆菌和罗斯氏菌等细菌产生的丁酸具有抗炎和抗肿瘤特性，有助于维持肠道黏膜健康并降低肠漏的风险。此外，丁酸可刺激黏蛋白和抗菌肽的产生，从而保护肠道黏膜免受感染因子的侵害。肠道中的特定细菌，比如嗜黏蛋白阿克曼氏菌，可以降解肠道黏液中糖蛋白，为肠道菌群提供必需的营养物质，并有助于维持肠道屏障的完整性。
肠道菌群也参与饮食、宿主来源或微生物产生的蛋白质的消化过程。梭菌、拟杆菌、变形杆菌和消化链球菌等细菌，它们将未消化的蛋白质分解为次级代谢产物，比如氨基酸和小肽，它们通过发酵和脱氨基过程进一步转化为终产物，比如短链脂肪酸、氨、生物胺、酚类和吲哚等。这些代谢物要么被宿主清除，要么在特定生化反应中合成其它化合物。
高蛋白饮食以及摄入的蛋白质类型，会影响肠道菌群的组成，导致不同细菌科和主要细菌门（放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和螺旋体门）数量的变化。这些微生物的变化可能有助于病理状况的发生和进展，比如炎症性肠病、结直肠癌和代谢紊乱（如2型糖尿病）。
肠道菌群在外源化合物的代谢中也起着关键作用，一方面通过酶解作用将外源化合物转化为无生物活性的代谢物，比如，地高辛在迟缓埃格特菌定植的宿主中会发生代谢失活，另一方面，它们还能激活某些活性物质，比如将大豆来源的异黄酮转化为雌马酚。此外，某些细菌物种，比如乳杆菌和双歧杆菌，可以结合黄曲霉毒素和重金属（汞、镉、铅），促进它们的清除，而嗜黏蛋白阿克曼氏菌通过支持黏液层，有效减少外源性有害物质的吸收，起到物理屏障的作用。
肠道菌群对合成B族复合维生素也很重要，比如硫胺素（B1）、核黄素（B2）、烟酸（B3）、泛酸（B5）、吡哆醇（B6）、生物素（B7）、叶酸（B9）、钴胺素（B12）和维生素K，它们共同支持关键的代谢过程，包括碳水化合物和脂肪代谢、DNA合成、神经递质产生、红细胞形成、血液凝固、骨骼健康和维持血管完整性。
肠道菌群的影响不仅仅局限于消化系统，它也深刻地影响着人体的代谢调节。其中一个作用是脂质代谢。肠道菌群进行的去结合和二羟基化等过程，将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，这对于乳化、分解和吸收脂类至关重要。胆固醇代谢是通过肠道菌群和胆汁酸之间的相互作用来调节的。一些细菌，比如产粪甾醇真杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌，将胆固醇转化为粪甾醇，这是一种不易吸收的化合物，会随粪便排出体外。
氧化三甲胺可破坏胆固醇和脂蛋白代谢，导致血管炎症、斑块形成，并增加心血管疾病和糖尿病的风险。氧化三甲胺由三甲胺在肝脏中产生，而三甲胺在肠道中由厚壁菌门、变形菌门、梭菌、脱硫弧菌和厌氧球菌等细菌通过代谢饮食中的胆碱和肉毒碱产生，主要来源于红肉和鸡蛋等高脂肪食物。拟杆菌和双歧杆菌代谢饮食中的鞘脂类，改善肠道屏障功能，减少细菌毒素暴露，增强免疫力，在调节代谢健康和神经发育方面具有潜在作用。此外，拟杆菌和乳杆菌等细菌通过代谢必需脂肪酸（omega-3和omega-6）调节类花生酸（前列腺素和白三烯）的产生，影响炎症过程和整体代谢平衡。
肠脑轴是消化系统和中枢神经系统之间的双向交流通道，它突出了肠道菌群在调节食欲、饱腹感和能量产生方面的作用。短链脂肪酸等微生物代谢物可触发胰高血糖素样肽-1 （GLP-1）和肽YY（PYY）等肠道激素的释放，这些激素对维持食欲、葡萄糖稳态和胰岛素敏感性至关重要。
心脏病、高血压、肥胖、胰岛素抵抗、胃肠道疾病和2型糖尿病等代谢紊乱以及癌症风险的增加都与肠道菌群失调有关。肥胖个体表现出特定的微生物特征，比如微生物多样性减少，厚壁菌门/拟杆菌门比例升高，这与从饮食中获取能量的能力增强有关。此外，2型糖尿病患者的肠道微生物多样性也下降了，产丁酸的细菌减少。
某些肠道微生物在结直肠癌的发生中也起直接作用。具核梭杆菌在结直肠癌组织中富集，它通过黏附素A（FadA）和凋亡蛋白2（Fap2）促进肿瘤进展。FadA与上皮黏附蛋白E-cadherin结合，激活β-catenin信号通路，促进细胞增殖。Fap2通过与自然杀伤细胞上具有Ig和ITIM结构域的T细胞免疫受体结合，使癌细胞逃避免疫检测，从而损害抗肿瘤免疫。在原发性肿瘤和肝转移瘤中也发现了具核梭杆菌，提示其在癌症转移中也发挥作用。同样，产肠毒素的脆弱拟杆菌产生的脆弱拟杆菌毒素是一种金属蛋白酶，可以破坏上皮屏障的完整性，诱导白细胞介素-17（IL-17）介导的炎症，促进肿瘤的发生。在小鼠模型中，产肠毒素的脆弱拟杆菌定植会导致遗传易感的宿主快速形成结肠肿瘤。
肠道菌群可以受到各种因素的影响，饮食起着核心作用。富含植物纤维的饮食通常与有益细菌的增加有关，比如双歧杆菌和乳杆菌。相反，高脂肪和高糖饮食往往会减少微生物多样性，促进促炎物种的生长，可能导致代谢失衡。
益生元和益生菌已经成为改善消化系统健康的新希望。益生元是不可消化的食物化合物，比如菊粉，可以滋养有益微生物并促进它们的生长，益生菌是在发酵食品和补充剂中发现的活性微生物，有助于肠道微生物的重新平衡。它们通过减少炎症，增强肠道屏障功能和调节葡萄糖摄取来潜在地减少代谢性疾病，从而对人类整体健康产生积极影响，
除了饮食干预外，粪菌移植是一种被批准的复发性艰难梭菌感染的治疗方法，同时它也用于炎症性肠病（溃疡性结肠炎和克罗恩病）、肠易激综合征、严重的抗生素后肠道菌群失调、代谢紊乱（肥胖和2型糖尿病）、菌群失调相关的神经系统疾病（自闭症、帕金森病和多发性硬化症）、造血干细胞移植后的移植物抗宿主病等等。
2、皮肤系统
皮肤，作为人体最大的器官，从头到脚覆盖全身，就像一件贴身的铠甲，发挥着至关重要的作用，它不仅能帮我们抵御外部威胁，还能调节体液平衡、控制温度、感知刺激和对抗那些有害的病原体，让我们的身体保持和谐稳定。我们的皮肤上也生活着大量微生物。
这些微生物和我们皮肤的缘分，其实从出生那一刻就开始了。如果是顺产，宝宝经过妈妈阴道的时候，就会接触到妈妈阴道里的微生物；而剖腹产的宝宝，相对来说，一开始接触到的微生物就比较少。在那之后，皮肤和这些微生物之间发展出不同的关系，包括互惠、共生、腐生和寄生相互作用。皮肤菌群在不同的身体区域差异显著，基因、性别、年龄和环境（如生活条件、抗生素使用、阳光照射和饮食习惯）等因素，都会影响皮肤菌群的情况。
皮肤角质层由脂质层包围的角质细胞组成，形成了一道坚韧的物理屏障，可以防止水分流失并抵御外部威胁。表皮的温度、皮脂腺分泌的脂肪酸和汗腺分泌的乳酸协同作用，使表皮pH值维持在弱酸性范围，支持有益菌的生长，同时抑制金黄色葡萄球菌等致病菌株的繁殖。大多数皮肤区域比较干燥，这可不是细菌喜欢的环境。角质层上皮细胞的持续脱落更新皮肤表面，并清除黏附的微生物。皮肤还有一层化学屏障，由抗菌肽、蛋白酶、细胞因子和趋化因子组成，它们可以直接抑制微生物的生长或激活免疫反应。
年龄显著影响皮肤菌群的多样性和组成。研究表明，成年人的皮肤微生物多样性高于青少年和老年人。这可能是因为成年人激素水平比较稳定，一生中接触到的环境和外部因素更多、使用抗生素的频率比青少年和老年人低，皮肤屏障功能也比老年人更好。此外，与老年人相比，成年人参与的日常活动和人际互动更多，这些都有助于维持和促进皮肤菌群的多样化。另外，皮肤保水能力和皮脂分泌不仅受年龄影响，还存在性别差异。像丙酸杆菌这样的亲脂细菌在青春期开始大量增殖，在约20-30岁达到丰度峰值，这与该阶段的皮脂分泌水平呈正相关。
男性和女性在激素代谢、出汗率及皮肤表层pH值等生理指标上的差异，共同塑造了不同的皮肤微环境特征。早期研究认为性别相关的皮肤微生物多样性差异仅显著存在于手掌部位，而近期研究证实这种差异其实遍布全身，尤其在眉间区域表现尤为突出。
城市和农村的环境差别很大，居民的生活方式也不同。例如，农村成年人和老年人更有可能从事农业工作，而城市居民通常从事室内工作。这些生活方式的差异会影响皮肤状况和那里的微生物群落。室内微生物主要来自人类，而室外微生物的来源就丰富多了，包括土壤、水、动物、大气和植物相关的微生物，这些都会影响室外工作人员皮肤菌群的组成。
皮肤上的主要共生微生物包括表皮葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌和棒状杆菌：
表皮葡萄球菌能够成功定植人类皮肤，得益于其独特的共生生存策略，该菌株优先选择有利于长期驻留而不损害宿主的生物学特性。它的细胞毒性低，还能逃避宿主的免疫防御，将引发的免疫反应降至最低，就像和宿主签订了“互不侵犯条约”。而且，它的某些生物学特征还有助于宿主抵御过路病原体的侵袭。然而，在宿主免疫力受损的情况下，如受伤或手术，表皮葡萄球菌可能“变坏”，引发疾病。共生菌株的减少通常与致病性定植的风险增加有关。有研究表明，凝固酶阴性的表皮葡萄球菌会产生抗菌肽，可以防止致病性金黄色葡萄球菌在皮肤上安家。
痤疮丙酸杆菌具有双重特性，既可能无害，也可能致病。它的部分生物学特性与获得“一般认为安全”认证的微生物具有一定的相似性。这种微生物与宿主的相互作用兼具互利共生和寄生双重属性，具体表现形态取决于宿主的耐受性、遗传背景、激素水平、年龄和感染部位等因素。头皮、面部、胸部和背部等皮脂腺丰富的区域，会大量分泌皮脂，为痤疮丙酸杆菌创造理想的生长环境，使其成为这些地方的优势菌群。
棒状杆菌是革兰氏阳性多形性杆菌，可分为白喉和非白喉两种，后者亦称类白喉。这些细菌通常无害，主要栖息在腋窝和腹股沟等体表潮湿区域。除了竞争营养和空间，某些棒状杆菌还演化出独特的定植抵抗机制，比如产生细菌素、抑制金黄色葡萄球菌毒力因子或产生抗菌脂肪酸。在已发现的130多种棒状杆菌中，只有几种具有潜在机会致病性，尤其是在免疫功能受损的患者中易引发感染。由于棒状杆菌对抗生素的耐药性日益增加，特别是院内感染，已引起临床高度关注。
皮肤菌群中的真菌种类相对有限，最主要的种类是马拉色菌，大概占人类皮肤真菌总数的60-90%。马拉色菌自身不能合成脂质，所以主要定植于皮脂分泌旺盛的皮肤区域，比如头皮、面部、背部和胸部。其它常驻皮肤的真菌种类，如白色念珠菌和皮肤癣菌，与马拉色菌的亲缘关系较为疏远。马拉色菌与多种皮肤疾病存在关联，念珠菌很少栖息在人体皮肤上，但在特定条件下，比如免疫受损、糖尿病或接受抗生素治疗的个体中，可能引发临床感染。
病毒也是健康皮肤菌群的组成部分，虽然它们通常被认为是病原体，但也有一些病毒能无症状地存在于皮肤上，比如β和γ型人乳头瘤病毒以及多瘤病毒属病毒成员。以默克尔细胞多瘤病毒为例，它最初是从侵袭性神经内分泌皮肤肿瘤——默克尔细胞癌中分离获得，但后续研究发现，在绝大多数健康个体的皮肤表面以及罹患良性或非默克尔细胞癌恶性皮肤病变患者的正常或病理皮肤区域都有该病毒。值得关注的是，病毒可通过调控微生物种群动态、抑制有害菌群过度增殖等方式，对皮肤微生态平衡产生积极影响。
皮肤菌群的作用是多方面的。这些共生微生物形成天然的保护屏障，能防止病原微生物在皮肤上安营扎寨，和它们竞争空间和营养物质，还能合成抑制病原体的抗菌分子。皮肤菌群还能通过维持局部促炎和抗炎平衡以及激活局部免疫细胞来刺激免疫系统。这些微生物也调节皮肤的pH值，维持角质层的完整性，控制局部炎症过程，并保持皮肤的内稳态。一些微生物可以刺激细胞再生过程，促进皮肤损伤的修复。平衡的皮肤菌群可以减少痤疮、特应性皮炎、牛皮癣、慢性伤口以及细菌或真菌局部感染等皮肤病的风险。最后，皮肤菌群帮助皮肤适应各种环境条件，例如温度或湿度变化以及接触化学试剂。
皮肤菌群失衡会引发很多皮肤疾病，包括特应性皮炎、痤疮以及引发体臭。为了解决这些问题，皮肤菌群移植技术应运而生，该技术通过应用经过筛选的有益微生物或直接将健康供体的完整菌群移植到患者皮肤，以恢复皮肤菌群的平衡。临床前研究为微生物干预疗法提供了重要依据：通过引入表皮葡萄球菌和人葡萄球菌进行治疗性定植，可有效降低特应性皮炎患者皮肤中金黄色葡萄球菌的数量；黏膜罗斯氏菌的协同干预能显著改善疾病进程；而特定非炎症性痤疮丙酸杆菌菌株的植入有助于调节寻常痤疮患者的皮肤菌群；此外，针对腋窝菌群的调节研究显示，用无气味的物种取代产臭菌的“生态位替代疗法”，为体臭控制提供了创新解决方案。
3、呼吸系统
传统观点认为，健康的肺是无菌的，尤其是远端肺泡区域。但是，现在的研究发现，肺部实际上也生活着复杂多样的微生物，有细菌、病毒，还有真菌。这些微生物在维持呼吸系统的正常生理功能中发挥着关键作用。尽管早前的研究多聚焦于肠道菌群与健康和疾病的关联，但近年来，肺部菌群对呼吸健康和疾病的影响日益受到关注。呼吸道菌群通过多重机制维护呼吸道健康，其中最重要的功能是作为生物屏障，有效抵御病原微生物的入侵定植。
上呼吸道菌群
上呼吸道有着独特的解剖结构，还一直暴露在各种环境里，免疫系统也在不停地活动，这些因素共同塑造出一个丰富多样的微生态环境。
微生物在这里安家落户的过程，从出生的那一刻就开始啦，并且显著受分娩方式和喂养方式的影响。随着个体发育成熟，成人上呼吸道菌群呈现高度多样性，主要由放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门构成，而在老年人群中，微生物群落结构发生特征性转变，逐渐趋近于口咽部菌群特征，这种变化可能与免疫衰老导致的局部生物多样性下降密切相关。
除细菌外，上呼吸道菌群还包括其它微生物，比如奇古菌门和产甲烷的广古菌门等古细菌以及各种真菌和病毒，但目前对这些物种的研究还比较少。另外，呼吸道黏膜还会分泌多种抗菌物质，包括溶菌酶、乳铁蛋白、防御素和活性氧（如一氧化氮），这些成分既有助于控制病原体的生长，又参与维持黏膜纤毛清除功能。特别有意思的是，呼吸道甚至通过特定的味觉和嗅觉受体识别细菌分子，在病原体数量尚未达到致病阈值之前，即触发快速的免疫反应，增强机体对抗呼吸道感染的能力。
吸烟和吸入空气污染物等外部暴露因素，会显著改变呼吸道菌群的组成，虽然短期内可能增加菌群多样性，但时间长了，菌群的稳定性就会下降，这就给那些可能让人生命的细菌创造定植的有利条件。与之形成对比的是，通过生理盐水冲洗鼻腔和使用益生菌干预等温和手段，能够有效维护上呼吸道群落的动态平衡，这些干预措施不仅可清除炎症因子和吸入的污染物，还能通过调节菌群代谢产物间接增强黏膜免疫功能。
下呼吸道菌群
肺部不断暴露于悬浮在空气和上呼吸道中的细菌。由于传统的基于培养的方法无法检测到居住在人体中的80%以上的细菌，因此证明肺部菌群的存在具有挑战性。然而，最近测序技术的进步增加了我们对肺部菌群的理解。
各种各样的微生物在肺黏膜组织中定植。肺部和气道中的微生物主要来源于口腔及外部环境。健康人肺部最常见的微生物类群包括普雷沃氏菌、链球菌、韦荣球菌、奈瑟菌、嗜血杆菌和梭杆菌。这些不同的菌群形成一个复杂又多样的多样化的生态系统，支持多项关键生理过程。
肺部菌群在维持免疫稳态、调节炎症反应和抵御呼吸道病原体方面发挥着重要作用。肺内壁覆盖着一层薄薄的具有抑菌特性的黏液，这为微生物提供了一个低营养的栖息地。肺部微环境的特点是高免疫“耐受性”，主要由肺泡巨噬细胞和树突状细胞亚群维持。这些细胞通过触发调节性T细胞的产生和释放前列腺素E2（PGE2）、转化生长因子-β（TGF-β）和白细胞介素-10 （IL-10）来显示其免疫调节能力。
越来越多的证据表明，肺部菌群通过影响常驻免疫细胞在促进肺部免疫耐受方面起着至关重要的作用。这些微生物帮助肺部对危险感染做出正确的反应，防止对良性抗原的过度炎症反应。微生物代谢产物与免疫细胞的模式识别受体通过相互作用实现这种免疫调控机制。这些相互作用不仅可以防止过度的免疫反应，还可有效调节炎症信号通路。还有啊，覆盖在黏膜表面的免疫球蛋白A（IgA），在病原体还没深入到肺组织里的时候，就能通过中和病原体来维持免疫稳态，其部分合成过程依赖于肺部菌群的代谢活动。
肺部菌群还能支持呼吸系统的物理防御，比如黏膜屏障和黏膜纤毛清除功能。吸入的细小颗粒和微生物会被一层保护呼吸道上皮细胞的黏液所困住。这层黏液的合成和组成，受到呼吸道菌群的影响，最大限度地提高其捕获危险颗粒的能力，同时允许有效的气体交换。此外，呼吸道菌群还会促进纤毛的运动，纤毛有助于清除肺部的黏液和碎屑。
宿主的黏膜屏障和菌群必须保持平衡，这样才能避免感染，让肺部保持健康。由于肺部菌群会影响黏膜纤毛功能，病原体被有效清除，这样就能降低呼吸道感染的风险，增强呼吸系统的整体抵抗力。
尽管肠道和肺部在结构上存在差异，但它们之间可能有解剖上的交流，还有涉及各自细菌的复杂网络，这就支持了肠肺轴的可能性。根据肠肺轴理论，疾病、食物或药物引起的肠道菌群组成的变化，与免疫反应和气道稳态的改变有关。新的研究表明，肺部疾病可能通过改变肠道菌群来治疗。肠道菌群产生的微生物代谢物，比如短链脂肪酸，可以进入循环系统或淋巴系统，到达肺部，影响免疫反应，支持肺部稳态。大量研究表明，肠道和肺部菌群对维持肺部健康都很重要，因此，它们可能成为老年人基于营养的肺部疾病预防策略的目标。
4、泌尿生殖系统
尿路菌群是存在于膀胱或膀胱尿液中的微生物群落。传统观点认为，尿液是无菌的，但现代研究已在膀胱内发现具有潜在生理作用的细菌群落，这些菌群对维持尿路健康具有重要意义。近期研究表明，健康人群即使尿液培养结果为阴性，其尿路仍存在着多样化的微生物。值得注意的是，这些尿路菌群中的许多与人类阴道、结肠和皮肤菌群有不少相似之处。
健康男性泌尿系统中的五种优势菌为链球菌、乳杆菌、普雷沃氏菌、棒状杆菌和假单胞菌，这些细菌在尿道拭子样本中同样存在，但丰度存在差异。阴茎沟处的菌群以假单胞菌科为主，它在尿液中较为罕见；相反，尿液中常见的斯尼思菌和乳杆菌在未割包皮的男性阴茎沟中分布稀少。研究发现，部分阴茎微生物（如假单胞菌科和草酸杆菌）的分布与包皮切割状态无关，但在实施包皮环切术之前，疑似厌氧的梭菌目和普雷沃氏菌科细菌在阴茎沟处的定植更为普遍。
健康女性尿路中占主导的五种微生物为乳杆菌、棒状杆菌、加德纳氏菌、普雷沃氏菌和芽孢杆菌。在女性生殖系统中，阴道样本中培养出的菌群与尿路微生物存在高度重叠，包括乳杆菌、加德纳氏菌、双歧杆菌、肠球菌、放线菌、普雷沃氏菌和奇异菌。这表明泌尿生殖道可能共享特定的微生物群落，但另有研究表明尿道和膀胱的菌群组成与阴道存在差异。值得注意的是，健康阴道菌群以乳杆菌为核心，其通过代谢产生乳酸降低局部环境pH值，形成抵御病原微生物的生态屏障，在预防多种泌尿生殖系统疾病中发挥作用。另外，男性和女性共有大多数微生物群落，但卷曲乳杆菌作为女性特异性标志菌种，仅在健康女性样本中稳定检出。总的来说，男性泌尿生殖系统最常见的微生物是链球菌，而女性则以乳杆菌为绝对优势菌群。
这些微生物群落通过多重机制影响泌尿生殖系统。阴道中乳杆菌的丰度与尿路感染防控密切相关，临床研究表明，当群落中的乳杆菌数量减少时，发生尿路感染的风险显著升高，而卷曲乳杆菌阴道内栓剂可有效降低绝经前女性尿路感染的复发率。
女性阴道菌群通过维持特定菌群构成发挥重要的健康保护作用，当富含卷曲乳杆菌的阴道菌群被厌氧菌取代时，易引发细菌性阴道病，这导致健康女性与患者的尿路菌群构成存在显著差异。
尿路菌群在预防女性急迫性尿失禁中也发挥关键作用。无论女性是否有急迫性尿失禁，都能检测到乳杆菌的存在，但菌种分布存在显著差异：格氏乳杆菌在急迫性尿失禁患者中占主导地位，而卷曲乳杆菌则是非急迫性尿失禁女性的优势菌种。值得注意的是，加德纳氏菌在急迫性尿失禁患者的尿液样本中检出率显著高于健康对照组。
尿路菌群也会降低神经源性膀胱患者发生尿路感染的风险，这些患者表现出乳酸杆菌减少而肠杆菌增加，这种菌群失调可能显著增加他们发生尿路感染的风险。
阴道菌群对妊娠结局也具有显著影响。研究表明，卷曲乳杆菌占优势的阴道菌群可通过促进阴道分泌物对大肠杆菌的抑菌活性，有效阻止大肠杆菌的定植，从而降低早产等妊娠不良事件的风险。乳杆菌占优势的阴道菌群对女性生育能力也具有正向调节作用，不孕症患者泌尿生殖道中乳杆菌的丰度显著低于正常生育群体。
尿路菌群在肾移植手术后免疫耐受维持中具有重要作用。研究表明，肾移植后6-8个月出现间质纤维化和肾小管萎缩的患者，其尿路特征性菌群呈现显著变化：女性患者乳杆菌丰度下降，男性患者链球菌数量减少。这种菌群紊乱与移植器官细胞排斥反应存在潜在关联。相反，在移植功能稳定的患者群体中，女性乳杆菌水平恢复正常，而男性链球菌出现增殖现象。
阴道菌群移植作为新兴治疗策略，通过重建阴道微生物平衡展现出多重临床潜力，不仅可优化细菌性阴道病和复发性局部感染的治疗管理，还能有效降低性传播疾病和产科并发症的发生风险。然而，需要进一步的研究来建立供体选择标准并评估长期安全性。
5、中枢神经系统
肠道菌群正成为守护神经健康管理的新明星。研究表明，这些微生物可通过肠脑轴影响神经系统功能。该轴就像是一条神奇的双向高速公路，借助神经、内分泌、免疫和代谢通路，在中枢神经系统和肠道菌群之间建立双向交流，影响神经保护机制、血脑屏障通透性、认知功能、运动能力以及整体大脑健康。肠道菌群失调与多种精神和神经疾病密切相关。在阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症和多发性硬化等疾病中，特定微生物类群的失衡可能影响疾病进程。
迷走神经作为肠道菌群和大脑之间的主要交流途径，其肠道受体受到多重信号的刺激，包括肠道菌群产生的代谢物（比如短链脂肪酸）、神经递质、肠道激素（胆囊收缩素和肽YY）以及机械刺激（肠腔压力变化和肠壁扩胀）。许多这些信号是由肠内分泌细胞介导的，肠内分泌细胞释放激活迷走神经传入纤维的信号分子。
短链脂肪酸作为关键微生物代谢产物，对维持中枢神经系统正常功能具有不可替代的作用。其中，乙酸和丁酸，在大脑发育、神经递质合成和神经炎症抑制中起着关键作用。肠道菌群不仅直接合成5-羟色胺、多巴胺和γ-氨基丁酸等神经递质，还能通过调节宿主代谢间接影响这些神经递质的产生。
此外，肠道微生物参与色氨酸的代谢，色氨酸是一种必需氨基酸，是5-羟色胺、褪黑素和犬尿氨酸的前体。包括梭菌、伯克霍尔德菌、假单胞菌、链霉菌和芽孢杆菌在内的一些细菌属参与色氨酸向犬尿氨酸和喹啉酸的转化过程，这些物质会消耗5-羟色胺前体并促进神经炎症。相反，其它细菌类群如霍尔德曼氏菌、瘤胃球菌则有利于产生色胺和褪黑素，支持神经递质合成和神经保护。这些通路的功能失调可能导致5-羟色胺合成障碍和疼痛感知异常，进而引发抑郁、焦虑和偏头痛等神经和精神疾病。
迷走神经的传入部分将从肠道接收到的信息传递到脑干孤束核，在那里进行处理并传递到涉及情绪调节（杏仁核和前额叶皮层）和自主神经功能（下丘脑）的大脑区域。下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴由肠道通过迷走神经传递的信号调节，这种神经内分泌机制有助于缓解压力和全身炎症。研究表明，乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌菌株可提高5-羟色胺水平，帮助改善阿尔茨海默病和帕金森病相关的抑郁和焦虑症状。多巴胺作为运动调控的关键神经递质，其产生也受到肠道微生物的影响。帕金森病患者接受益生菌干预后，多巴胺信号显著增加。
肠道神经系统也被称为“第二大脑”，由复杂的自主神经网络组成，在调节胃肠功能方面起着至关重要的作用。它通过肠脑轴与中枢神经系统保持密切的双向交流。这种交流涉及迷走神经以及5-羟色胺、多巴胺和乙酰胆碱等神经递质，影响肠道活动、情绪调节、行为和自主神经功能。此外，肠道神经系统通过与免疫细胞相互作用，在协调肠道免疫反应中起着重要作用，在维持免疫耐受和抵御病原体之间实现精细平衡。肠道神经系统功能障碍可导致胃肠道和神经精神疾病的发生。
神经退行性疾病的病理进程常因肠道菌群失调引发的全身性炎症而恶化。临床干预研究表明，使用益生元和益生菌调节肠道微生态平衡，可有效降低促炎细胞因子水平。在多发性硬化中，这一机制可显著减缓疾病进展。胃部菌群产生的丁酸具有免疫调节作用，通过促进调节性T细胞分化来抑制炎症反应。在帕金森病中，粪菌移植展现出降低炎症标志物的潜力。对于多发性硬化患者，通过补充益生元或膳食纤维促进短链脂肪酸的产生，可以降低炎症标志物水平。
在阿尔茨海默病中，肠道菌群可以通过调节全身炎症和氧化应激来减少β-淀粉样蛋白沉积。临床研究表明，阿尔茨海默病患者补充益生元促进双歧杆菌的生长，其记忆力和认知评分显著提升。肠道细菌代谢膳食多酚产生的生物活性物质，可以增强神经可塑性并提高认知储备能力。
帕金森病患者肠肠伴随着明显的肠道菌群失调。临床干预研究发现，补充含有益生元的植物乳杆菌可显著改善患者的运动功能。这种效果是通过减少α-突触核蛋白的积累和促进肠动力来实现的。
6、心血管系统
肠道微生物代谢产物对心血管系统具有多维度调控作用，其影响范围涵盖血管功能、血脂代谢和血压稳态。
肠道内膳食纤维经微生物发酵产生的短链脂肪酸是肠道菌群与心血管系统相互作用核心介质之一。吸收进入血液循环的短链脂肪酸可触发血管舒张效应并调节血压。它们与血管平滑肌细胞上的特异性受体相互作用，比如游离脂肪酸受体FFAR2和FFAR3，这些受体的激活会促进血管扩张，从而改善血液流动。
此外，丁酸和乙酸可以刺激一氧化氮的产生，它是血管舒张的重要帮手，它通过一系列复杂的反应，让血管平滑肌细胞松弛下来。同时，一氧化氮还能发挥血管内皮保护功能，通过抑制血小板聚集和动脉粥样硬化斑块形成，降低血栓风险。
另外，短链脂肪酸对血压具有双向调节作用。一方面，短链脂肪酸可通过抗炎机制降低全身炎症水平，预防高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病；另一方面，短链脂肪酸激活肾传入小动脉表达的嗅觉受体78（Olfr78）后，会刺激肾素分泌导致血压升高。短链脂肪酸对血压的总体影响取决于这些受体途径的相对平衡。
第二种重要的微生物代谢物是三甲胺，这是肠道细菌利用膳食中的胆碱、磷脂酰胆碱和左旋肉碱产生的。三甲胺经肝脏转化为氧化三甲胺的过程与心血管疾病风险相关，但同时也受到生理状态下的脂质代谢的精密调控。值得注意的是，肠道菌群通过调节胆固醇和脂质吸收，对维持健康的血脂水平发挥重要作用，而适宜的血脂浓度是维持血管完整性和功能的关键因素。
此外，肠道菌群通过肠脑轴与中枢神经系统建立双向对话，这一机制对心血管调控具有重要影响。例如，迷走神经可能介导微生物代谢物对心率和心血管自主神经控制的调节作用。肠道菌群可以通过调节心率变异性（衡量自主神经平衡和心血管健康的关键指标）来间接影响心血管反应，
最近的研究表明，肠道菌群可以影响盐敏感性，这是血压调节的一个关键因素。这种作用是由肠道微生物代谢物（比如短链脂肪酸和花生四烯酸）介导的。
7、内分泌系统
肠道菌群还严重影响内分泌系统，而内分泌系统控制着激素的产生和调节。多种参与代谢和应激反应的激素，其合成或分泌受到肠道菌群的直接调控。肠道细菌产生的短链脂肪酸可激活肠道L细胞表面的FFAR2和FFAR3受体，刺激胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肽YY（PYY）的分泌，这些肠道激素在葡萄糖代谢和食欲调节中起着至关重要的作用。
肠道细菌可通过调节食欲相关激素间接影响能量代谢平衡。具体而言，双歧杆菌、乳杆菌或阿克曼氏菌等肠道细菌，可间接刺激胃黏膜中X/A样神经内分泌细胞分泌胃饥饿素。胃饥饿素随后刺激食欲，促进生长激素的释放。阿克曼氏菌也调节其它关键肠道激素的分泌，比如瘦素、GLP-1、PYY和胆囊收缩素，有效增加饱腹感，改善新陈代谢。
除此之外，肠道菌群还与HPA轴相互作用，这是人体应对压力反应的核心区域。HPA轴的激活以皮质醇的释放为特征，这是对应激和代谢的适应性反应的主要调节因子。一些肠道细菌，比如乳杆菌、双歧杆菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌，可以激活HPA轴，影响下丘脑促肾上腺皮质激素释放激素的分泌。
肠道菌群在碘的代谢中也起着重要作用，碘是甲状腺激素合成的重要组成部分。小肠细菌通过产生负责调节新陈代谢的甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸，有助于调节碘的吸收，以维持正常的甲状腺功能。肠道菌群通过间接优化营养吸收效率（包括碘等关键微量元素的摄取）直接支持内分泌平衡和代谢调节。
众所周知，肠道菌群对代谢激素和类固醇激素（尤其是雌激素和雄激素）的稳态具有显著影响。其关键机制在于，拟杆菌门、厚壁菌门、疣微菌门和变形菌门等特定菌群可产生β-葡萄糖醛酸酶等关键酶类。这些酶能够催化肠道内雌激素的去结合反应，使其通过肠肝循环重新进入血液循环。这一过程对于维持循环雌激素水平的平衡至关重要，而这是保障生殖健康、骨密度和心血管功能的核心要素。
胆汁酸对肠道菌群的调控能力，是维系心血管和内分泌系统稳态的重要机制。肝脏合成的初级胆汁酸进入肠道后，经微生物代谢转化为次级胆汁酸。这些次级胆汁酸可充当FXR和TGR5受体的配体，调节糖脂代谢和能量消耗过程。肠道菌群对胆汁酸代谢途径的正确调控，不仅有利于代谢健康，还通过调节血脂水平和炎症因子分泌间接维护心血管系统的健康状态。
8、免疫系统
人体肠道菌群从生命的最初时刻起就与免疫系统相互作用，形成一个双向轴，对维持宿主和免疫系统之间的平衡至关重要。免疫系统影响肠道菌群的组成，而肠道菌群塑造先天免疫和适应性免疫的功能。
出生后，新生儿肠道立即开始被微生物定植，这取决于环境因素、营养和分娩方式。肠道菌群在生命的前三年内趋于成熟，达到像成年人一样的稳定组成。这一关键窗口期，发育中的肠道菌群和免疫系统之间的动态关系在免疫发育中起着至关重要的作用。
出生时，新生儿缺乏完全发育的免疫系统，使他们容易受到微生物的侵害。肠道菌群有助于T淋巴细胞和B淋巴细胞的成熟，IgA（在局部防御中发挥作用）和血清IgG的合成，以及IgE产生（参与过敏反应）的抑制。此外，肠道菌群调节抗原呈递细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞和肥大细胞的发育和活性。
在无菌动物中，肠道菌群的缺乏会导致淋巴组织结构异常和免疫抑制。免疫稳态依赖于促炎反应和抗炎反应之间的平衡。多样化和平衡的肠道菌群参与维持这种平衡，它们产生的短链脂肪酸等代谢物，不仅为调节性T细胞的功能分化提供关键信号，更在控制慢性炎症进程中发挥核心作用。
肠道菌群还通过刺激黏液产生、抗菌肽（由潘氏细胞产生）和加强细胞间连接，来促进上皮屏障的完整性。肠道菌群失调会破坏这一屏障，导致细菌易位，激活炎症反应，增加全身性炎症的风险。
共生微生物显著诱导局部免疫耐受，降低过度炎症反应的风险。脆弱拟杆菌等细菌物种合成的多糖可调节Th1/Th2反应，促进免疫平衡。
不平衡的饮食、压力或抗生素治疗引起的肠道菌群失调与慢性炎症和自身免疫性疾病风险增加有关。
总结
在人类身体这一复杂系统中，数以万亿计的微生物与我们和谐共生，深刻影响着人体健康。在代谢方面，它们参与分解食物、吸收营养；在免疫系统中，刺激其发育成熟，增强抵抗力；它们还能助力消化、调节肠道通透性、促进骨骼发育，甚至影响大脑功能和行为。
不同身体系统中的微生物各有特点和作用。肠道菌群帮助消化食物、调节免疫、参与蛋白质和外源化合物代谢，还能合成维生素，其失调与多种疾病相关。皮肤菌群从出生就开始与皮肤建立联系，受多种因素影响，可形成保护屏障、调节免疫和pH值，失衡会引发皮肤病。呼吸系统的菌群维护呼吸道健康，作为生物屏障抵御病原入侵。泌尿生殖系统的菌群对维持尿路健康、预防疾病、影响妊娠结局等有重要意义。中枢神经系统通过肠脑轴受肠道菌群影响，其失调与多种神经疾病相关。心血管系统、内分泌系统和免疫系统也都与微生物密切相关。
每个人独一无二的菌群组成，使个性化治疗的发展成为可能。现在，科学家们通过整合宏基因组测序与代谢组学分析技术，就能精准地画出每个人菌群的特征图谱，并识别出与疾病特异性相关的微生物标志物。这些生物标志物可以为临床医生提供前瞻性的诊断工具，能够早期预警代谢综合征、自身免疫性疾病及神经退行性病变等病理倾向。
其中，肠道菌群的研究最为深入。基于肠道菌群的个性化治疗策略已在临床多领域展现出显著疗效，为调节肠道菌群稳态和改善患者健康水平提供了创新的解决方案。现有干预措施涵盖饮食调节、益生菌/益生元/后生元补充以及下一代益生菌应用和各种菌群移植技术等先进策略。
含益生菌的食物（比如酸奶、开菲尔和发酵蔬菜）以及富含益生元的食物（如水果、蔬菜、全谷物和豆类），对肠道菌群的调节具有显著贡献。它们能刺激乳杆菌、双歧杆菌和阿克曼氏菌等有益细菌的生长，减少炎症，改善上皮屏障功能。益生元通过选择性促进有益细菌的增殖，优化新陈代谢和免疫健康。后生元是活跃的微生物代谢产物，比如短链脂肪酸，它们在维持微生物平衡以及治疗炎症和代谢性疾病方面发挥着越来越重要的作用。普氏栖粪杆菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌等下一代益生菌可直接影响炎症、肠道稳态和代谢，被广泛研究用于治疗肥胖症、糖尿病、炎症性肠病和神经退行性疾病。
菌群移植技术正成为治疗严重肠道菌群失调的创新手段。以粪菌移植为例，其在复发性艰难梭菌感染中展现出超过90%的成功率，在炎症性肠病中的成功率也达到60%以上。此外，其它形式的菌群移植，如阴道菌群移植和皮肤菌群移植，目前处于实验阶段，但已初步显示出在妇科疾病和皮肤病相关的菌群失调方面的治疗潜力。
另外，肠道菌群还能通过代谢药物改变其生物利用度和治疗效力，显著影响着机体对各种治疗的反应。根据每个患者独特的肠道菌群特征量身定制的个性化用药方案，不仅可以有效规避药物不良反应，更能显著提升治疗反应率。
总之，共生微生物就像人类健康的守护者，帮助重塑生命健康新秩序，深入了解它们与身体各系统的相互作用机制，有望推动个性化医疗发展，实现疾病治疗范式的革新，提高患者生活质量。
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参考资料：John, H.T., et al. The Microbiota–Human Health Axis. Microorganisms 2025, 13, 948.
来源：菌情观察室一点号
