Cell:人体细菌到究竟有多少,再作报告必引此文

关于人体细菌与人体细胞的比例,有众多文章和学术报告反复引用1972年关于细菌数量是人体细胞10倍的结论来突出细菌的重要性。然而这一46年前的粗糙结论显然不符合最新研究的结果。 以色列魏茨...

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关于人体细菌与人体细胞的比例,有众多文章和学术报告反复引用1972年关于细菌数量是人体细胞10倍的结论来突出细菌的重要性。然而这一46年前的粗糙结论显然不符合最新研究的结果。

以色列魏茨曼科学研究所的Ron Milo和Shai Fuchs教授2016年1月在Cell,发表的评论采用最新研究数据,对人体细菌和细胞数量重新计算的结果为接近1:1。目前发表2年,Google统计引用285次。

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但对于这一发表在Cell上的重量级结果,虽然已经有两年之久,显然还没有引起同行足够的重视,近两年的文章和学术报告还经常可见引用46前的陈旧结论。希望本次推送能够让更多同行读到,引起重视,不在报告中露怯。

Cell:肠道细菌与人自身细胞数的比值,更接近1:1!

热心肠日报至少3次推荐此文,《Cell:肠道细菌与人自身细胞数的比值,更接近1:1!》

200字短科普内容如下,方便大家快速了解关键点:

原标题:重新计算细菌与人自身细胞的比例

① 1977年的一篇综述认为成年人约有 1013 个自身细胞(无数据出处),有1014 个细菌细胞(胃肠道体积约1L,细菌密度计为1014 个/L);

② 新的估算方法主要计算结肠细菌,结肠体积约0.4 L(340-480mL),以相同密度算细菌约有4X1013 个;

③ 血液红细胞占据人自身细胞的绝大多数,成年人大概有5L血液,红细胞密度为约5X1012 个/L,以此计算人体自身细胞数约为3X1013个;

④ 因此,成年人的肠道细菌与自身细胞数的比值约为1:1,并非10:1那样悬殊。

人体肠道菌和自身细胞的比例究竟是多少?

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图1. 细菌与人体细胞比例 A. 追溯细菌数据的原始文献,其中1977年的综述被引超过1000次。 B. 比较1972年和2016年新估计方法。

下面的正文翻译来源自“微生命”,己获授权。

人体共生菌对我们自身生理健康的重要性,从它们定殖的数量就可以得到最直观的感受。目前认为,共生菌的数量是大于我们自身细胞的数量的,但大到什么程度呢?

在我们的皮肤,鼻腔,肺部,肠道,女性的阴道等地方都定植了数量各异的微生物。但论绝对数量,绝大部分的共生菌来自于肠道,比第二大寄居地皮肤高了两个数量级,其余部位的数量相对于肠道就更显得微不足道了。并且,肠道微生物的最主要成分是细菌,比起真菌病毒寄生虫等成分又高出了2-3个数量级。因此可以用肠道菌的数量近似代替全身菌的数量。最早对肠道菌和人体细胞比例(Bacterialcell/Human cell ratio,B/H)进行估算的公开数据见于1972年《美国临床营养学期刊》上发表了一篇关于肠道微生态的介绍,作者Luckey认为,假设一个普通人的消化道的容积为1L,里面储存的内容物总重量大概能达到1kg,细菌在内容物中的密度大约是1011个/g,那么肠道细菌细胞的总数量就是1014个;另外一方面,人体细胞大概在1013个,所以肠道细菌的数量是人体细胞的10倍[1]。这个10:1的B/H值在后来被反复引用,直到现在,仍有不少关于菌群的学术文章和科普介绍使用的是这个数值。

不过,这个估算值实在太过粗略,首先是对细菌和人体细胞的估算值只有数量级,没有系数,而且前提假设似乎也不甚合理。肠道菌群主要居住的地方是大肠部位,消化道其余部位的细菌数量要少得多,不应将1011这个细菌密度值扩展到整个消化道进行计算。一个成年男性的大肠容积范围在340ml-480ml之间[2,3],所以更准确的肠道菌群数量估算值应该在4×1013左右。Luckey的方法高估了肠道菌群的数量;另一方面,Luckey认为人体细胞的数目是1013个,这个数值缺少权威的文献证据支持,所以也值得进一步的讨论。不妨看看数值的产生过程:一个典型的哺乳动物细胞的重量是10-12--10-11kg,那么,一个100kg的成年男性,细胞数量将达到1013-1014。不过,2013年的时候,有研究对全身不同部位和器官中的细胞进行了系统性的估算,得出了更精细的结果[4],发现血液红细胞占全身细胞总数的84%以上,若加上其它血液细胞,数量甚至超过90%。假设一个标准体重的成年男性是70kg(显然要比100kg更适合作为“标准”),血液含量大约为5L,正常情况下红细胞的密度为5×1012细胞/L,那么仅红细胞的数量就能达到2.5×1013,加上其它类型的细胞,人体细胞的总数大约能达到3×1013。以4×1013和3×1013分别代表标准体重下成年男性的肠道菌数量和自身细胞数量,那么B/H值应该校正为1.3:1[5]。肠道菌数量和我们自身的数量差不多。

将B/H从10:1修正为1.3:1,并不会影响我们对肠道菌群重要性的判断,关键是相比原来“粗放”的估算方式,它带来的科学化的思考过程。我们可以将这个过程继续扩展:估算需要用到的4个变量分别是肠道菌的密度、大肠的容量、血细胞比容、全身血液体积。不同性别、年龄因素下的B/H比值估算也就可以相应得出了。

男性参照:20-30岁,170cm,70kg。前面已述,B/H≈1.3;

女性参照:一个163cm的女性,大肠容积为430ml±170ml,不管是肠道容积和菌密度目前都没有研究认为存在明显的性别差异,可以认为女性和男性的菌数量大致相当;红细胞比容女性大概比男性低10%,血液体积大概低20-30%。那么综合看来,成年标准女性B/H值应该比男性上浮约1/3.

婴儿:婴儿的体格发育和肠道菌定植过程都在变化当中,数值的变动较大,难以确定。通过与成年人的排便量比较来推断,新生儿的大肠体积约为50ml,1岁婴儿时长到80ml。虽然婴儿菌群的定殖尚在进行,细菌总量虽有差异,但密度与成年人相近;婴儿的血细胞数量是计算中最难以确定的,刚出生时红细胞比成年人更多,两个月后变为成人的90%,因此具体的估算值要考虑所选的发育时点。

肥胖个体:虽然脂肪组织增加的原因在于脂肪细胞的增大,而非脂肪细胞数目增多,但由于增加的脂肪组织也需要血液供养,肥胖人员的血液体积也是增加的,只不过血液增加的比例不如体重增加得那么多,体重上升100-200%,血液体积只上升40-80%。另一方面,胖子的大肠容量约是600ml,比标准体重下的容量提升50%。假如红细胞比容和肠细菌密度维持不变,那么肥胖个体自身细胞增长和肠道细菌的增长是大致相当的,B/H与标准体重的个体也就大致一样了。

Reference

Sender, R., Fuchs, S. and Milo, R., 2016. Are we really vastly outnumbered? Revisiting the ratio of bacterial to host cells in humans. Cell, 164(3), pp.337-340. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867416000532

Cell:肠道细菌与人自身细胞数的比值,更接近1:1! https://www.xunludkp.com/papers/read/1041279752

人体肠道菌和自身细胞的比例究竟是多少? http://mp.weixin.qq.com/s/AIGYtnRnzNcJw5sU8g-u6w

Luckey T D. Am J Clin Nutr(The American journal of clinicalnutrition), 1972, 25(12):1292-1294.

Pritchard S E, Marciani L, Garsed K C, Hoad C L, Thongborisute W,Roberts E, Gowland P A, SpillerRC.NeurogastroenterolMotil(Neurogastroenterology and motility : the official journal ofthe European Gastrointestinal Motility Society), 2014, 26(1):124-130.

Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F,Vitale L, Pelleri M C, Tassani S, Piva F, Perez-Amodio S, StrippoliP, Canaider S. Ann Hum Biol(Annals of human biology), 2013,40(6):463-471.

Sender R, Fuchs S, Milo R. PLoS Biol(PLoS biology), 2016,14(8):e1002533.

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  • 发表于 2018-02-25 17:31
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  • 分类:其他组学

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