事实证明，肠道气体不仅仅是令人尴尬的笑声或迅速离开拥挤房间的理由。莫纳什大学和哈德逊医学研究所的科学家发现，作为肠道气体主要成分的氢气在维持肠道健康中发挥着关键作用。
在《自然·微生物学》期刊发表的一项研究中，凯特琳·韦尔什博士及其同事描述了这种被低估的酶——B组[FeFe]-氢化酶如何帮助肠道细菌茁壮成长并维持消化功能正常运转。
“大多数人每天排出约一升气体，其中一半是氢气，”韦尔什表示，“但氢气远不止是肠道气体的来源——它是肠道健康的隐形引擎。”
研究方法
研究人员旨在确定人体肠道中哪些微生物酶产生氢气，以及其活性在健康与疾病状态下的变化。通过对300多份粪便DNA样本和78个RNA表达谱的分析，他们发现B组[FeFe]-氢化酶是健康个体中最丰富且最活跃的产氢系统。
平均而言，该酶存在于约62%的肠道细菌中，特别是属于拟杆菌属（以分解复杂碳水化合物而闻名）的细菌。研究人员还分析了42名捐赠者的肠道组织样本，发现该酶在肠黏膜中同样活跃，表明其作用不仅限于废物处理，更涉及实际消化发生的关键区域。
该酶的独特之处
为验证其活性，科学家在发酵条件下培养了19种肠道细菌（与人体消化食物的条件相同）。13个菌株携带B组[FeFe]-氢化酶基因，几乎所有菌株均产生可检测的氢气——实验室中最高达3%。缺乏该酶的细菌无法生成氢气，证实了其核心作用。
该酶通过一种名为铁氧还蛋白的分子在发酵过程中回收电子来运作。当科学家引入丙酮酸和辅酶A等特定化合物时，氢气产量几乎激增14倍，表明酶利用这些化学反应驱动气体生成。
当抑制剂关闭名为丙酮酸:铁氧还蛋白氧化还原酶的姐妹酶时，氢气生产完全停止。这一关联揭示了该酶与肠道发酵过程的独特联系。
即使细菌暴露于可用于呼吸的类氧化合物中，氢气仍占其总能量输出的近10%。这表明该酶在细菌切换代谢模式时仍保持活性。
疾病中的变化
该研究的关键发现之一是健康个体与克罗恩病患者之间的差异。B组[FeFe]-氢化酶基因在健康肠道中丰富，但在克罗恩病患者中数量减少约22%。与此同时，其他产氢酶类型——尤其是A1组[FeFe]和4a组[NiFe]家族——变得更为普遍。
“这些模式表明，疾病状态下的氢气循环存在根本性差异，”莫纳什大学一体健康微生物学小组负责人、共同资深作者克里斯·格林宁教授表示，“我们尚不清楚这种变化是导致疾病的原因还是其结果，但氢气代谢与肠道健康密切相关是明确的。”
这种酶失衡现象也在2型糖尿病、肝硬化、结直肠癌和动脉粥样硬化等疾病中被观察到，表明氢气代谢可能影响或反映整体健康问题。
肠道微生物的新认知
此前，多数科学家认为肠道氢气主要由梭菌纲细菌产生。本研究推翻了这一观点，证明由B组[FeFe]-氢化酶驱动的拟杆菌属物种才是真正的主力军。这些细菌不仅生成氢气，还维持肠道复杂微生物群落中的电子流动。
氢气不会仅以胀气形式排出——它被其他微生物回收用于能量。某些细菌和古菌利用氢气合成甲烷或硫化氢等分子。当此回收过程失衡时，可能影响调节炎症、代谢甚至情绪的其他分子生成。
研究意义
氢气虽名声不佳，但在肠道中却执行着重要工作：它影响微生物群落、辅助消化，甚至可能影响远离胃部的疾病。“肠道气体产生是正常生理过程，”格林宁教授解释道，“细菌分解食物时会产生大量氢气，随后其他微生物将其用于能量。”
共同资深作者、哈德逊研究所微生物组与系统生物学实验室主任山姆·福斯特副教授指出，理解此类系统最终可能推动更有效的微生物组疗法。“通过了解这些系统的功能，我们开辟了新的治疗干预可能性，其中一些甚至尚未被设想，”他表示。
目前，该团队的工作强调，肠道气体不仅是生物特性——它显著反映了体内生态系统的运作状态。
研究的实际应用
这一发现使科学家更清晰地理解消化在分子层面的运作机制，以及肠道气体成分的重要性。氢气代谢可成为肠道健康的新指标，帮助医生更早、更准确地诊断克罗恩病等疾病。
它还可能开启基于微生物组的疗法，恢复产氢与耗氢细菌之间的正常平衡。
长远来看，对这种微小酶的理解有望转化为更有效、更温和的胃肠道疾病治疗方案，并深化我们对肠道气体所传递健康信号的认识。
研究结果已在线发表于《自然·微生物学》期刊。
【全文结束】
