人體不只是人，微生物如何塑造我們的一生

從生物學角度來看，人類是一個由自身細胞與無數微生物共同組成的複合體，而且是經歷長期共同演化的結果。地球上最早的生物是細菌，約在 38 億年前出現，而真核生物則是在大氣含氧量上升之後才開始形成。當動物開始出現時，就與細菌、古菌、真菌等多種微生物建立了密切關係。體內微生物群的總體基因組，被稱為微生物體（microbiome，此字另外還有微生物群落的意思），與宿主基因共同塑造生物的生理功能與適應能力。

人體存在多種微生物，估計可能達上萬種（圖片來源：Ethan Hillman et al，採用 CC BY 4.0 授權）

從胚胎發育角度來看，人類與微生物的關係在生命一開始就已經建立。雖然目前的主流觀點認為胎兒在子宮內基本處於無菌狀態，但母體的微生物仍然可以透過代謝產物或免疫訊號間接影響胎兒。例如母體腸道菌產生的代謝物可以穿越胎盤，參與胎兒的發育調控。此外，孕期中母體腸道與陰道菌群會發生變化，這些變化可能與能量利用或免疫耐受相關。

真正大規模的微生物接觸發生在分娩過程，當嬰兒通過產道時，會接觸到母體陰道與腸道的微生物（生產時可能會有少量糞便排出接觸到嬰兒），這些微生物會附著在嬰兒的皮膚與口腔，甚至被吞入消化道。這個過程是哺乳動物世代傳遞微生物的重要機制，所以我們的微生物來源可以一路追溯前面的祖先。（然而剖腹產會改變這種傳遞方式，使新生兒的菌群組成出現明顯差異）

在出生之後，微生物與宿主的關係進入另一個階段，母乳在這裡作為核心角色。母乳並不只是提供營養，它包含複雜的寡糖結構，這些分子嬰兒本身無法消化，卻能選擇性地餵養特定腸道微生物，例如雙歧桿菌屬（Bifidobacterium，又稱比菲德氏菌屬），使這類微生物能在嬰兒腸道中擴增並壓過其他種類的微生物。也就是說，母乳在這段時間是在「設計」嬰兒腸道的微生物生態類型。這些微生物會進一步影響免疫系統發育，例如促進腸道裡調節性 T 細胞（regulatory T cells）的生成，建立免疫耐受性，意思是將來不會因為一遇到任一外來物質（如食物）就隨意引發免疫反應而引起腸道發炎。

腸道不同菌種的彼此競爭，例如益生菌（probiotic bacteria）與致病菌（pathogen），（A）競爭營養資源；（B）勝出的一方會霸佔腸道表面；（C）引導宿主免疫系統抵制對方；（D）或者直接分泌物質毒殺對方（圖片來源：Rachelshoemaker，採用 CC BY-SA 4.0 授權）

此外，微生物還參與多種生理功能，例如新生兒體內維生素 K 含量偏低，而特定種類的腸道菌能在之後補充維生素 K2，該維生素能參與凝血因子的生成。這樣代表人類本身某些「缺乏」的狀態，其實是依賴微生物來完成的。也比如大部分的植食動物也是仰賴腸道菌消化植物纖維，若將一隻牛的腸道菌全清除時，即使讓牛繼續吃草，牛依然會餓死。

隨著嬰兒成長，飲食從母乳轉向固體食物，腸道環境發生另一個劇烈變化，更多無法被人體消化的碳水化合物進入大腸，如果膠（pectin）、β-葡聚醣（β-glucan）、寡糖類等，但腸道微生物有能力消化這些分子，即成為微生物的能量來源。腸道微生物透過發酵這些分子產生短鏈脂肪酸，如丁酸（butyric acid）與丙酸（propanoic acid），這些分子能調節免疫、維持腸道上皮完整性，甚至影響食慾與能量代謝。此時腸道菌群的多樣性逐漸增加，通常在三歲左右接近成人狀態。

微生物系統的一個重要特徵是功能冗餘（functional redundancy）。不同個體的菌群組成可能差異很大，但在腸道內其功能可能相似，因為多種菌種可以執行相同的代謝任務。這種冗餘性提高了系統的穩定性，才不會因為腸道菌相稍有改變就嚴重影響生理狀態。然而，如果菌種的多樣性下降，冗餘性減少，整體的韌性就會降低。

現代社會正對這套系統產生前所未有的衝擊，都市化帶來的生活方式改變，包括飲食、抗生素使用、清潔習慣與居住環境，都在改變人體微生物組成。這些改變與肥胖、第一型糖尿病、過敏與發炎性腸病等疾病的增加有關。特別是在生命早期，抗生素、剖腹產與配方奶的使用，都可能干擾正常的微生物建立。

這些現象也告訴我們，許多現代疾病可能與體內的微生物生態失衡有關。當微生物多樣性下降，系統的恢復能力減弱，對環境變化的適應性也隨之降低。即使在高度衛生的環境中，病原體威脅減少，但微生物生態的破壞仍可能帶來長期風險。

所以有不少研究者開始思考如何恢復現代人類的微生物組成，例如將母體陰道微生物轉移給剖腹產嬰兒，或使用益生菌（probiotics）與益生質（prebiotics）來調整腸道環境。不過這些方法仍需謹慎評估，因為體內的微生物系統極其複雜，任何干預都可能產生不可預期的後果。

另一個挑戰是如何定義「健康的微生物組成」，不同個體之間差異可能很大，就算是同一個人，在不同生命時間點也可能呈現不同微生物組成。這使得單純以菌種組成來判斷健康狀態變得極為困難。目前較可行的方向是從功能角度出發，例如代謝能力或免疫調節效果，而非單一菌種的存在與否。

動物與微生物的關係是一個高度整合的系統，這是歷經上億年的共同演化，從發育到疾病，都彼此密不可分。當我們重新理解自身其實是一個由人類細胞與微生物共同構成的生態體時，許多過去難以解釋的現象便逐漸清晰。未來的醫學，很可能不再只是針對人體本身，也應同時考量這個複雜的共生系統，藉此發展出更精準且長遠的健康策略。

作者：水也佑

參考文獻：

Dominguez-Bello MG et al. (2019). Role of the microbiome in human development. BMJ Journals.