放屁不仅仅会引发尴尬的笑声或促使人迅速离开拥挤的房间。莫纳什大学和哈德森医学研究所的科学家发现，氢气作为肠道气体的主要成分，在维持肠道健康中发挥着不可或缺的作用。
在发表于《自然·微生物学》期刊的研究中，凯特琳·韦尔什博士及其同事描述了一种鲜为人知的酶——B组[FeFe]-氢化酶——如何帮助肠道细菌茁壮成长并维持消化过程。
韦尔什表示："大多数人每天排出约一升气体，其中一半是氢气。但氢气不仅仅是放屁的来源——它是肠道健康的隐形引擎。"
用于培养人体胃肠道细菌的琼脂平板。
研究方法
研究人员旨在了解哪些微生物酶在人体肠道中产生氢气，以及它们在健康和疾病状态下的活性差异。通过对300多个粪便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活跃的产氢系统。
平均而言，这种酶存在于约62%的肠道细菌中，特别是属于拟杆菌属的细菌，后者以分解复杂碳水化合物而闻名。研究人员还检查了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，还涉及实际消化发生的位置。
该酶的特殊作用机制
为验证其活性，科学家在发酵条件下培养了19种肠道细菌——这与肠道消化食物的过程相同。13个菌株携带B组[FeFe]-氢化酶基因，其中几乎所有菌株都产生了可检测的氢气，在实验室实验中最高达3%。缺乏该酶的细菌则完全不产氢，证实了其核心作用。
该酶通过铁氧还蛋白分子在发酵过程中循环电子来发挥作用。当科学家引入丙酮酸和辅酶A等特定化合物时，氢气产量提升了近14倍，表明该酶利用这些化学反应驱动气体产生。
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
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大量存在，但在克罗恩病患者中减少了约22%。与此同时，其他产氢酶类型——尤其是A1组[FeFe]和4a组[NiFe]家族的酶——变得更为常见。
莫纳什大学"同一健康微生物学"团队负责人、共同资深作者克里斯·格林宁教授表示："这些模式表明疾病中的氢气循环存在根本差异。我们尚不清楚这种变化是导致疾病的原因还是其后果，但氢气代谢与肠道健康密切相关。"
七种肠道拟杆菌分离株中发酵相关基因（包括B组和A3组[FeFe]-氢化酶）的平均转录水平（TPM），三重复实验结果。
研究人员还在2型糖尿病、肝硬化、结直肠癌和动脉粥样硬化等疾病中观察到这种酶失衡现象，表明氢气代谢既能影响也能反映整体健康问题。
肠道微生物的新认知
此前，大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。这些细菌不仅产生氢气，还维持着肠道复杂微生物群落中的电子流动。
氢气不会仅以放屁形式排出——它会被其他微生物回收利用作为能源。某些细菌和古菌利用氢气合成甲烷或硫化氢等分子。当这一回收过程失调时，会影响调节炎症、代谢甚至情绪的其他分子的产生。
研究意义
氢气虽声名不佳，但在肠道中却发挥着重要作用。它影响微生物种群、辅助消化，甚至可能影响远离胃部的疾病。格林宁教授指出："肠道产气是正常生理过程。细菌分解食物时会产生大量氢气，随后被其他微生物用作能源。"
健康个体与克罗恩病患者在病例对照研究中氢化酶基因水平的比较。
哈德森研究所微生物组与系统生物学实验室负责人、共同资深作者塞姆·福斯特副教授表示，理解此类系统最终可能带来更优的微生物组疗法。"了解这些系统的功能，为我们打开了新的治疗干预可能性，其中一些甚至尚未被设想。"
目前，该团队的研究强调肠道气体不仅是生物怪象——它显著反映了你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过程的分子机制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。
它还可能开辟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法，并加深我们对肠道气体所传递信息的理解。
研究结果已在线发表于《自然·微生物学》期刊。
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