拟杆菌门:断了纤维,它就吃你的肠壁
拟杆菌门(旧称 Bacteroidetes)是一个革兰氏阴性、躲避氧气的细菌门,在你的结肠里数量极其庞大。喂它们植物纤维,它们就打开你自己的酶打不开的东西,并帮着训练免疫系统;断了纤维,它们就开始吃你的黏液层——目前是在小鼠身上。保留意见:一旦逃出肠道,多数厌氧感染里都能找到它们。

请大多数人把细菌分类,你会得到两堆:酸奶广告里的好菌,和门把手上的坏菌。拟杆菌门哪一堆都进不去,而这不是圆滑的推诿——这是已发表的记录说的。同一个门既消化你晚饭里你自己消化不了的那部分,也帮着教你的免疫系统该容忍什么;而当它跑到不该去的地方时,它又是多数厌氧感染里出现的那一类。所以我们按顺序把好处和坏处过一遍,每一次都点出研究的名字。
一句话说清它是什么
拟杆菌门是一个门——细菌家谱树上很大的一支——由革兰氏阴性、不形成芽孢的细菌组成,成员专精于分解复杂的糖类。它在肠道里的成员是严格厌氧菌;这个门也包含在有氧环境中生活的土壤和水体类群。
那种专精是贯穿全篇的线索。2019年一篇关于这个门生物学的综述描述了它们共有的工具箱:成员把自己的碳水活性酶打包进多糖利用位点,也就是只有在对应的糖真的出现时才会开启的基因簇,然后通过一套几乎只在这个门里才有的分泌系统把这些酶推到外面 4。这是个高效的设计。饭没上桌,就不造那把酶。

它住在你身体的哪里
主要在大肠,而且数量极其庞大。2005年,Eckburg 及同事在 Science 上检查了三位健康成年人结肠黏膜和粪便中的 13,355条核糖体 RNA 基因序列——这是最早几次不试图培养任何东西就去读肠道的尝试之一——结果拟杆菌门是主导健康结肠的两个类群之一 2。后来的工作发现,这个群落分成少数几种反复出现的构型,而不是一条平滑的渐变曲线:2011年《自然》上的一项分析在来自多个国家的队列中识别出三个稳健的聚类,其中一个由 Bacteroides 驱动 12。
这个门不只待在肠道。它的亲戚住在口腔、气道和阴道里,而在人体之外,它是土壤中的优势门之一,同样的酶机器在那里拆解的是植物和真菌的聚糖,而不是膳食纤维 4。
它为我们做什么
它吃你吃不了的东西。 你自己的基因组编码的碳水化合物酶少得可怜,它们的却庞大得惊人。2003年,Xu 及同事在 Science 上发表多形拟杆菌的全基因组时,那个包含 4,779个成员的蛋白质组被发现装着一整套精巧的装置,用来获取并水解那些本来消化不了的膳食多糖,另外还有一套庞大的感知系统,用来判断来的是哪种糖 3。这项工作的发酵产物——短链脂肪酸——正是你结肠内壁赖以运转的燃料。
它帮着建造免疫系统。 这是改变了这个领域谈论共生菌方式的那个发现。2005年,Mazmanian 及同事在 Cell 上指出,来自脆弱拟杆菌的一个分子——多糖 A——指挥着宿主免疫系统的成熟:用这种细菌定植无菌小鼠,纠正了全身性的 T 细胞缺陷和辅助性 T 细胞失衡,并引导了淋巴器官的发生,而缺少那种多糖的突变株做不到 7。一种细菌的糖,做着小鼠自己做不成的发育工作。
需要直说的保留意见是:那是无菌小鼠。它干净地展示了一个机制,不是任何一种人类干预能重现它的证据。
只要你喂它,它就让黏液屏障保持诚实。 Desai 及同事 2016年在 Cell 上写道,他们让携带一套确定人类肠道菌群的小鼠吃无纤维饮食;失去植物多糖之后,这些细菌转向宿主自己的黏液糖蛋白作为营养来源,结肠黏液层被侵蚀,动物对黏膜病原体变得脆弱得多 5。这些生物没有变坏。它们只是吃了唯一剩下的底物。

它对我们做了什么
在肠道之外,它是严重的病原体。 Hannah Wexler 发表在 Clinical Microbiology Reviews 上的综述把算术说得很直白:多数厌氧感染中都能找到拟杆菌属的物种,相关死亡率超过 19%,而只占人类结肠菌群约 0.5% 的脆弱拟杆菌,是分离最频繁的厌氧病原体——靠的是它的毒力因子,而不是它的数量 6。当肠壁被手术、穿孔或外伤突破,一位安静的住户就变成一个脓肿。
它带着可怕的抗生素耐药性。 同一篇综述指出,拟杆菌属拥有所有厌氧病原体中最多的抗生素耐药机制和最高的耐药率,对头孢西丁、克林霉素、甲硝唑、碳青霉烯类和氟喹诺酮类的临床耐药还在上升 6。这是加强抗菌药物管理的理由,不是害怕自己结肠的理由。
有一种菌株类型有一份癌症档案。 有些脆弱拟杆菌带着一个编码分泌型毒素的基因。2009年,Wu 及同事在 Nature Medicine 上指出,产肠毒素的脆弱拟杆菌——而非不产毒素的那一型——在一个肠道肿瘤小鼠模型中引发了结肠炎并强烈诱导了结肠肿瘤,走的是一条 Th17 炎症通路,中和白细胞介素-17 就能把它阻断 8。在人身上,Boleij 及同事比较了 49名结直肠肿瘤患者和 49名对照者的黏膜活检,发现毒素基因出现在病例组 85.7% 的左侧样本和 91.7% 的右侧样本上,对照活检则分别是 53.1% 和 55.5% 9。
保留意见,而且很大:那是一项小规模研究里的关联,一半的对照者也带着这个基因,而带着一个毒素基因和得癌症不是一回事。小鼠的工作显示机制存在;人身上的工作显示一个值得研究的相关性。两者都没有显示人身上的因果。
在口腔里,一个成员改写了整间屋子。 Porphyromonas gingivalis(牙龈卟啉单胞菌)属于这个门,是 2012年发表在 Nature Reviews Microbiology 上的「关键病原体假说」的开山例子:一个丰度很低的生物,致病靠的不是把别人都压过去,而是把一个本来无害的群落改造成一个有害的群落 10。
名字:Bacteroidota,旧称 Bacteroidetes
两个名字都对,其中一个是当下的。直到不久以前,「门」这一级别在原核生物命名的正式法规里都没有地位。有了地位之后,Oren 和 Garrity 在 2021年发表了正式描述,让 42个门的名称获得有效地位,Bacteroidetes 就被规范为 Bacteroidota 1。NCBI 分类数据库以当下的名字收录这个门,把「CFB group bacteria」列为更早的非正式标签;分类编号在本页的实体面板里。如果你要检索文献,两种拼法都要搜——上面那些经典论文大多是以旧名发表的。
所谓「瘦肠比值」的标题,以及为什么不该信它
你多半见过这样的说法:拟杆菌门与厚壁菌门的比值高,标志着一副瘦人的肠道。它没有站住。Sze 和 Schloss 在 2016年的 mBio 上汇总了十个独立数据集,发现虽然某些多样性指标与肥胖状态有微弱关联,拟杆菌门/厚壁菌门比值和各门自身的丰度却没有;在一个数据集上训练、到其他数据集上测试的机器学习模型,中位分类准确率在 33.01% 到 64.77% 之间,而肥胖者与非肥胖者之间香农多样性的差别是 2.07% 11。
这就是对十年标题的诚实总结。这个门对你的肠道如何运转极其重要。但按现有证据,它不是一个你可以从粪便检测上读出来、然后据以行动的刻度盘。
关键事实
- Bacteroidota 这个名字在 2021年正式发表,同一篇论文让 42个原核生物门的名称获得了正式地位;Bacteroidetes 是同一类群更早的名字。1
- 研究得最透的成员之一多形拟杆菌,拥有一个包含 4,779个成员的蛋白质组,其中有一整套精巧的装置,用来获取并水解那些本来消化不了的膳食多糖。3
- 把一个肠道菌群的膳食纤维断掉,它就会转而以宿主自己分泌的黏液糖蛋白为营养来源——降解者里就有拟杆菌的成员——从而侵蚀结肠的黏液屏障。5
- 脆弱拟杆菌只占人类结肠菌群的约 0.5%,却是分离最频繁的厌氧病原体;多数厌氧感染中都能找到拟杆菌属的物种,相关死亡率超过 19%。6
- 在结直肠肿瘤患者中,脆弱拟杆菌的毒素基因出现在 85.7% 的左侧黏膜样本和 91.7% 的右侧黏膜样本上,对照组则分别为 53.1% 和 55.5%。9
常见问题
拟杆菌门对我是好是坏?
两个标签都不合适。同一个门既发酵膳食纤维、产生短链脂肪酸、帮助免疫系统成熟,也在肠壁被突破时,供出多数厌氧感染中被找到的那些菌。把它读成一位有本职工作的住户,而不是英雄或反派。
为什么名字在 Bacteroidetes 和 Bacteroidota 之间来回变?
因为「门」这一级别直到不久前才进入原核生物命名的正式规则。2021年,《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》上的一篇论文让 42个门的名称获得正式地位,Bacteroidetes 就变成了 Bacteroidota。更老的论文和大多数数据库仍在用旧名,所以两个都会出现。
拟杆菌门与厚壁菌门的比值高,说明我健康还是超重?
证据不支持这种用法。2016年一项汇总了十个数据集的荟萃分析发现,肥胖状态与拟杆菌门/厚壁菌门比值之间没有显著关联,而根据肠道菌群组成预测肥胖的模型,中位准确率在 33.01% 到 64.77% 之间。把那个比值当成一个标题,不是一个结果。
拟杆菌门只住在肠道里吗?
不是。这个门在土壤里也占优势,成员在那里分泌成套的碳水活性酶来分解植物和真菌的聚糖。在人体内,它的亲戚占据口腔、气道和阴道,其中之一牙龈卟啉单胞菌,是教科书级别的例子:一个丰度很低的生物,却能改写整个群落。
我能靠吃来增加拟杆菌门吗?
你能改变它们吃什么,这是另一个说法,也是证据更扎实的说法。在无菌小鼠模型里,长期或间断地断掉膳食纤维,会把菌群推到宿主黏液上,并侵蚀黏液屏障。那是动物实验,不是人体试验——但它是一个真实的机制,而膳食纤维正是用来喂那些发酵者、免得它们吃你自己肠壁的东西。
参考来源
- Oren A., Garrity G. M., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2021 — doi:10.1099/ijsem.0.005056
- Eckburg P. B. et al., Science, 2005 — doi:10.1126/science.1110591
- Xu J. et al., Science, 2003 — doi:10.1126/science.1080029
- Larsbrink J., McKee L. S., Advances in Applied Microbiology, 2019 — doi:10.1016/bs.aambs.2019.11.001
- Desai M. S. et al., Cell, 2016 — doi:10.1016/j.cell.2016.10.043
- Wexler H. M., Clinical Microbiology Reviews, 2007 — doi:10.1128/CMR.00008-07
- Mazmanian S. K. et al., Cell, 2005 — doi:10.1016/j.cell.2005.05.007
- Wu S. et al., Nature Medicine, 2009 — doi:10.1038/nm.2015
- Boleij A. et al., Clinical Infectious Diseases, 2015 — doi:10.1093/cid/ciu787
- Hajishengallis G., Darveau R. P., Curtis M. A., Nature Reviews Microbiology, 2012 — doi:10.1038/nrmicro2873
- Sze M. A., Schloss P. D., mBio, 2016 — doi:10.1128/mBio.01018-16
- Arumugam M. et al., Nature, 2011 — doi:10.1038/nature09944
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