芽孢杆菌门(原厚壁菌门):并不让你发胖
Bacillota 是过去叫 Firmicutes 的那个细菌门,2021年门一级名称正式规范化时改了名。它是人体结肠里两大优势类群之一,既包含喂养肠道内壁的产丁酸菌,也包含艰难梭菌这样的病原体;不过流行的「厚壁菌门与拟杆菌门比值」并不是一个可靠的肥胖标志物。

如果你做过粪便检测,拿到过一张柱状图,那根最高的柱子多半标着 Firmicutes。报告也许还告诉你,这意味着你「天生容易长胖」。下面是真正的研究对那根柱子——以及对这个如今换了名字的门——都说了些什么。
Bacillota 是什么
Bacillota 是一个细菌门:细菌家谱树上最顶层的一支,级别相当于动物里的「脊索动物门」。它的大多数成员有厚厚的单层细胞壁(染色为革兰氏阳性)——染成革兰氏阴性的 Negativicutes 是那个固定的例外——而且基因组里 G 和 C 这两个 DNA 字母相对较少,所以更老的教科书把它们叫作「低 G+C 革兰氏阳性菌」。
名字是新的。几十年来这个门都叫 Firmicutes,来自拉丁语的「坚韧的皮」。2021年 1,国际原核生物系统学委员会把「门」这一级别纳入自己的命名法规,Oren 和 Garrity 为 42个门正式发表了规范名称 1,每一个都建立在一个模式属之上。Firmicutes 变成了 Bacillota,新名字建立在模式属 Bacillus 之上。生物本身没有任何变化,变的只是标签。在几乎每一份消费级检测和每一篇换名之前写的论文里,你仍会遇到旧名字,所以这篇条目两个都用。

它住在你身体的哪里
主要在大肠。2005年 2,斯坦福的 Eckburg 及同事从健康成年人的结肠内壁和粪便中测序了 13,355条 2 核糖体基因序列,两个优势门是厚壁菌门和拟杆菌门,而多数序列属于谁也没在实验室里养活过的物种 2。这幅图景一直站得住。人类微生物组计划在多个身体部位采样健康成年人,发现即使是健康人,携带哪些微生物也差别惊人,而且从一个部位到下一个部位有很强的生态位专一化 3。MetaHIT 基因目录给出了规模上的数字:124名 4 欧洲人的粪便中有大约 330万个 4 非冗余微生物基因,约为人类基因数的 150倍 4,而且每一个人身上都至少有 160个 4 常见细菌物种。
Bacillota 并不止步于肠道。属于这个门的乳酸杆菌,在 Ravel 及同事对 396名 8 无症状女性阴道菌群的测序中,主导了五种群落类型中的四种 8。而同属这个门的金黄色葡萄球菌主要住在鼻腔:Wertheim 发表在《柳叶刀·传染病》上的综述称鼻腔是它在人体内的主要生态位 13。
它为我们做什么
先说机制,因为好处是从机制来的。膳食纤维和抗性淀粉没被消化就到达结肠。肠道细菌把它们发酵成短链脂肪酸,其中两种——丁酸和丙酸——是 Louis 和 Flint 的综述认为具有一系列促进健康功能的脂肪酸,而丁酸是结肠内壁细胞偏爱的燃料 5。他们描述的主要产丁酸菌——普拉梭菌、直肠真杆菌和 Roseburia 类群——全都属于 Bacillota,而且它们依赖交叉喂养:一个物种的乳酸或琥珀酸成了另一个物种的原料 5。
这些产丁酸菌里研究得最透的那一个,有它自己的证据。Sokol 及同事追踪了手术切除后的克罗恩病患者,发现肠道内壁上普拉梭菌占比更低的人,6个月 6 后更可能复发。在实验室里,这种细菌让人的血细胞产生的 IL‑12 和 IFN-gamma 显著减少、IL‑10 增多,而它的培养上清液阻断了炎症的中枢开关 NF-kappaB 的激活 6。需要直说的保留意见是:那项研究的治疗组是化学诱导结肠炎的小鼠,不是人。它显示的是一个说得通的机制,不是一种已被证明的疗法。
还有一项生存绝技。桑格研究所的 Browne 及同事成功培养出了 137个 7 曾被判定为无法培养的健康人粪便物种,而它们的基因组提示,肠道细菌属中至少有 50–60% 7 会形成耐受力强的芽孢。这些形成芽孢的成员大多是 Bacillota。芽孢让厌恶氧气的肠道细菌能挺过从一个人到下一个人的旅程,这很可能正是这个群落最初能被共享的原因 7。

它对我们做了什么
同一个门里也有我们身上最严重的一些病原体。艰难梭菌是 Bacillota 里一个会形成芽孢的成员,在抗生素清掉它的竞争者之后接管结肠。在美国 10个 12 地区的主动监测中,Lessa 及同事估计仅 2011年 12 就有 453,000例 12 感染和约 29,000例 12 死亡;65.8% 12 的病例与医疗机构相关,65岁 12 及以上的人相对于更年轻的成年人,发病率比为 8.65 12。金黄色葡萄球菌是另一个日常例子:Wertheim 的综述指出,鼻腔携带者日后被自己那一株感染的风险更高,而这种病原体不断上升的抗生素耐药性让全世界的治疗都更复杂 13。
请注意这两位和上面那些有益成员的共同点:芽孢、厚壁、持久。让 Bacillota 成为坚韧盟友的那些特性,也让它的病原体难以清除。
老实说说那个肥胖比值
现在回到柱状图。2006年 9,Ley、Turnbaugh、Klein 和 Gordon 在《自然》上报告说,12名 9 肥胖志愿者体内拟杆菌门的占比低于瘦的人,而在两种 9 低热量饮食下减重时,这个占比会上升。配套的小鼠研究发现,「肥胖」菌群从食物中提取出更多能量,而且这个特性可以转移给无菌小鼠 10。从这些论文开始,厚壁菌门/拟杆菌门比值作为一个胖瘦刻度盘进入了流行文化。
此后的证据并不配合。Magne 及同事在 2020年 11 回顾了文献,发现各研究结果相互矛盾,样本处理、测序方法和描述含糊的生活方式,和体重一样容易解释这些差异。他们自己的结论是:目前很难把这个比值与某种确定的健康状态联系起来,更难把它当作肥胖的标志 11。所以检测报告上一根高高的 Bacillota 柱子并不是诊断。它是一个门的快照,这个门里既有你结肠内壁赖以运转的产丁酸菌,也有医院所担心的那些病原体,而这根柱子说不出你身上的是哪一种。
关键事实
- Bacillota 是过去称作 Firmicutes 的那个门的有效名称;这个名字和另外 41个门的名称在 2021年一同正式发表。1
- 在第一次对人类结肠和粪便的大规模测序调查中(13,355条核糖体基因序列),厚壁菌门和拟杆菌门是两个优势门,而多数序列属于从未在实验室里养活过的物种。2
- MetaHIT 基因目录在 124名欧洲人的粪便中找到大约 330万个非冗余微生物基因,约为人类基因数的 150倍,每个人身上至少携带 160个常见细菌物种。4
- 丁酸和丙酸是与肠道内壁健康关系最密切的短链脂肪酸,主要由发酵我们消化不了的膳食纤维的肠道细菌产生;主要的产丁酸菌属于 Bacillota。5
- 普拉梭菌是 Bacillota 的重要成员,它降低了人血细胞中的促炎因子 IL‑12 和 IFN-gamma,提高了 IL‑10,而它的减少可预测克罗恩病在术后 6个月复发。6
- 健康肠道中至少有 50–60% 的细菌属会形成耐受力强、便于在人与人之间传递的芽孢;该研究分离出 137个曾被称作「不可培养」的肠道物种。7
- 艰难梭菌是 Bacillota 的成员,2011年在美国估计造成 453,000例感染和约 29,000例死亡。12
- 2020年一篇关于厚壁菌门/拟杆菌门比值的综述认为,已发表结果相互矛盾,目前很难把这个比值与某种确定的健康状态联系起来,更难把它当作肥胖的标志。11
常见问题
Bacillota 和 Firmicutes 是一回事吗?
是的。Firmicutes 是同一个门的旧名字。2021年,国际原核生物系统学委员会投票把「门」这一级别纳入命名法规之后,Oren 和 Garrity 为 42个门正式发表了规范名称,Firmicutes 就变成了 Bacillota。更老的论文和大多数消费级检测报告仍写 Firmicutes;生物没有变,变的只是标签。
厚壁菌门与拟杆菌门的比值高,是不是说明我在长胖?
这个说法来自 2006年《自然》上一项针对 12名肥胖者的研究,他们减重时拟杆菌门的占比上升了。2020年一篇文献综述发现各研究结果相互矛盾,结论是目前很难把这个比值与某种确定的健康状态联系起来,更不用说把它当作肥胖的标志。检测报告上的单一比值能告诉你的东西非常有限。
Bacillota 的细菌对我是好是坏?
两者都有,看是哪个成员。这个门里既有喂养结肠内壁的主要产丁酸菌,有主导健康阴道菌群的乳酸杆菌,也有艰难梭菌和金黄色葡萄球菌。把一整个门评判为好或坏,就像评判「哺乳动物」是好是坏一样。
Bacillota 住在我身体的什么地方?
主要在大肠,它在那里是两大优势门之一。属于这个门的乳酸杆菌主导着大多数女性的阴道菌群,而同属这个门的金黄色葡萄球菌主要住在鼻腔。
我能靠饮食提高「好的」Bacillota 吗?
主要的产丁酸菌靠未被消化就到达结肠的膳食纤维和抗性淀粉生长,并且互相以对方的副产物为食。这就是 Louis 和 Flint 的综述讲清楚的机制。你自己的数字会动多少因人而异,这个页面上的任何检测都预测不了。
参考来源
- Oren A, Garrity GM. Valid publication of the names of forty-two phyla of prokaryotes. Int J Syst Evol Microbiol, 2021 — doi:10.1099/ijsem.0.005056
- Eckburg PB et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science, 2005 — doi:10.1126/science.1110591
- Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature, 2012 — doi:10.1038/nature11234
- Qin J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature, 2010 — doi:10.1038/nature08821
- Louis P, Flint HJ. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environ Microbiol, 2017 — doi:10.1111/1462-2920.13589
- Sokol H et al. Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. PNAS, 2008 — doi:10.1073/pnas.0804812105
- Browne HP et al. Culturing of 'unculturable' human microbiota reveals novel taxa and extensive sporulation. Nature, 2016 — doi:10.1038/nature17645
- Ravel J et al. Vaginal microbiome of reproductive-age women. PNAS, 2011 — doi:10.1073/pnas.1002611107
- Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, Gordon JI. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature, 2006 — doi:10.1038/4441022a
- Turnbaugh PJ et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature, 2006 — doi:10.1038/nature05414
- Magne F et al. The Firmicutes/Bacteroidetes ratio: a relevant marker of gut dysbiosis in obese patients? Nutrients, 2020 — doi:10.3390/nu12051474
- Lessa FC et al. Burden of Clostridium difficile infection in the United States. N Engl J Med, 2015 — doi:10.1056/NEJMoa1408913
- Wertheim HFL et al. The role of nasal carriage in Staphylococcus aureus infections. Lancet Infect Dis, 2005 — doi:10.1016/S1473-3099(05)70295-4
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