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每一个有机体的发育过程在很大程度上是由遗传决定的。尽管如此，通过比较成长在不同条件下的基因相同的兄弟姐妹，发现基因与环境的相互作用也可以影响生长。生长的定义是指大小的增加，包括长度和重量。但是，有必要提及的是，生长在成人和青少年个体中可能有不同的意义。在成年人中，生长通常是指体重增长；另一方面，青少年生长的定义是指身高和体重的增长。青少年的成长伴随着成熟，成为一个具有生育能力的成人，繁衍下一代。毫无疑问，营养在青少年的生长中扮演着重要角色，营养不良会显著影响新陈代谢以及发育速度、性成熟的时间以及成年期的最终身高。营养利用率会影响细胞大小和细胞分裂速率以及激素的产生。多细胞动物已经进化出一种专门的器官系统来消化和吸收营养，即消化系统。在脊椎动物中，它包括胃肠道及其附属器官，比如胰脏和肝脏。虽然在宿主体内，消化道的管腔实际上是与外界环境直接相连的，在消化道的许多部分都充满了生命，它是数以亿万计的细菌、真菌、病毒、原生生物以及其它微生物的家园，它们共同构成了动物的肠道菌群。这些微生物通常在出生后不久开始在肠道中定殖。一般来说，肠道微生物对宿主是不致病的。现在人们普遍认识到，肠道微生物在宿主的生理机能中发挥着基础性作用，它们与宿主建立了复杂的互惠互利的共生关系。 营养对宿主生理也有着重要的影响。除了对宿主代谢的直接影响外，营养也会对肠道内的微生物群落产生影响。而微生物群落也是宿主营养环境不可分割的一部分；肠道微生物可以帮助提高宿主的代谢潜力，在某些情况下甚至可以作为宿主的营养。因此，一些研究人员认为，除了营养以外，肠道细菌也是影响青少年生长的关键因素。 研究人员通过利用无菌小鼠评估了微生物群对产后生长动力学的影响。研究发现无菌的雄性小鼠断奶后添加营养充分的饮食仍表现出体重和体长增长的抑制，而断奶前并不明显。微生物的缺失导致血液中胰岛素样生长因子1（IGF-1）水平降低，这是断奶后生长的主要调节因子。断奶后补充等热量、低蛋白、低脂肪的营养缺乏的饮食，生长的差异更惊人。在蛋白质缺乏的饮食下，无菌小鼠的生长完全停滞，而正常的小鼠尽管比营养充分的小鼠低得多，但是仍然能够持续生长。这表明肠道菌群对于哺乳动物出生后的生长是十分必要的，能够在营养充足和营养缺乏的条件下使生长轴的活性最大化。 在使用果蝇进行的研究中，某些相关的醋酸杆菌和乳酸杆菌能够在营养缺乏的条件下促进果蝇幼虫的生长。因为乳酸菌普遍存在于各种各样的动物中，研究人员想知道乳酸菌是否也可以改善小鼠的生长。确实，断奶后给营养缺乏的无菌小鼠补充植物乳杆菌WJL，其生长速度与相同饮食的正常小鼠相当。同时，植物乳杆菌WJL可以提高小鼠的生长轴活性和血液IGF-1的水平。植物乳杆菌的生长促进作用具有严格的菌株特异性，研究测试了一些其它的植物乳杆菌菌株则没有明显效果。最近的数据也表明，给传统饲养的菌群正常的小鼠补充植物乳杆菌WSJ也能够促进小鼠生长，因此，有研究人员也开始呼吁使用益生菌补充剂作为一种缓解营养不足对生长的负面影响的辅助手段。 在人类中，儿童时期的营养不良有短期的影响，也有长期的影响，包括生长受阻、认知发育缺陷、体重不足和消瘦。儿童营养不良是一种复杂的综合征，目前的治疗方法主要包括营养干预和治疗性的食物，但是疗效有限。研究人员将非洲马拉维的严重营养不良的同卵双胞胎的粪便细菌移植到无菌小鼠后，给小鼠饲喂营养缺乏的饮食，这些小鼠的体重减轻更加严重。随后，研究人员在健康的马拉维婴儿的粪便中发现几种细菌可以改善营养缺乏的小鼠的代谢和骨骼形态。有趣的是，当研究人员将接受健康婴儿或严重发育不良的婴儿的粪便细菌的小鼠饲养在一起时，前者体内的细菌会进入到后者中，从而防止小鼠的生长发育受损。研究人员鉴定出了两种细菌菌株，活泼瘤胃球菌（Ruminococcus gnavus）和共生梭菌（Clostridium symbiosum），可以稳定的进入营养不良的小鼠体内，并改善受损的生长表型。 也有研究人员集中精力将人类母乳中的低聚糖作为一种调节婴儿肠道菌群的手段。拥有健康婴儿的马拉维母亲的母乳中的某些母乳低聚糖要更多一些，他们将6月龄的发育不良的马拉维婴儿的肠道细菌转移到5周龄的无菌小鼠中，然后饲喂营养缺乏的饮食并补充母乳低聚糖。母乳低聚糖的补充可以通过调节肠道微生物改善骨骼形态和新陈代谢，促进生长发育。这表明，像母乳低聚糖这样的益生元也能够影响肠道菌群的组成和代谢，从而改善营养不良的负面影响。 儿童营养不良的一个主要原因是环境性肠病（environmental enteropathy），这是一种知之甚少的小肠炎症性疾病。这种疾病具有一定的地域性，尤其是在那些卫生条件较差的地区，因此除了缺乏营养外，微生物暴露或肠道细菌在其发生中也起着重要作用。研究人员通过使用低蛋白和低脂肪的饮食诱导了小鼠的发育不良，结果发现这些小鼠也表现小肠细菌过度生长。给营养不良的小鼠持续暴露于大肠杆菌等细菌，可以导致肠道炎症、绒毛萎缩和肠道通透性增加，类似于人类环境性肠病的特征。更加有趣的是，营养不良的小鼠肠道菌群的变化表现出乳酸菌的显著减少。这也再一次表明益生菌补充剂在治疗营养不良中的可能作用。 卫生条件差对幼年生长的影响不仅适用于人类，也适用于其它哺乳动物。在养殖中，低剂量的抗生素通常被作为生长促进剂；同时，人们也试图建立了“无特定病原体”（SPF）的养殖场，在那里，新的猪仔是在无菌条件下通过剖腹产而来，这导致了一些常见疾病和寄生虫感染的普遍改善。确实，SPF级的仔猪长得更快，但它们更容易被感染。这似乎是合理的，即通过去除通常存在于动物肠道内的某些潜在病原体或细菌成员，可减轻宿主的微生物应激，导致动物幼年生长发育的改善。 为了了解低剂量抗菌剂在动物生长促进中的神秘的作用模式，研究人员对小鼠进行低剂量的抗生素处理。接受抗生素处理的小鼠表现出生长速度增加和脂质代谢的改变，而只有在抗生素处理开始于断奶时才会观察到生长速度的增加，在以后的时间点则不会。低剂量的抗生素处理不会改变肠道细菌的绝对数量，但是会改变其组成，导致短链脂肪酸的产生增加。低剂量抗生素导致的肠道菌群改变可以提高宿主从饮食中摄取能量的能力。这种额外的能量摄取在幼年时提高生长速度，而在成年时导致体重增加。人类，尤其是儿童中，短期使用治疗剂量的抗生素是非常普遍的。通过使用治疗剂量的抗生素处理年轻的小鼠发现，小鼠的体重和骨骼的生长速度加快，而且伴随着肠道菌群多样性的持久改变。但是，这些观察到生长表型与肠道菌群改变之间是否存在因果关系还并不清楚，不能排除抗生素处理对宿主组织的直接影响。 动物模型中得到的这些数据是非常吸引人的，是否可以联系到人类身高的发育呢？20世纪下半叶，人类的平均身高持续增长。当然，生活水平的改善是造成这一现象的原因之一。然而，成人身高的增加与抗生素时代的开始和公共卫生的重大变化是相重叠的，尤其是儿童有了更好的卫生保健。成人身高的增加趋势可能是由于肠道菌群造成的生长抑制减轻所大致的。通过去除某些潜在病原体和改变肠道菌群多样性也可能在人类中导致类似于抗生素处理的小鼠中观察到的生长促进现象。 总之，肠道菌群可能是帮助青少年成长的关键伙伴。某些细菌的存在或缺失可能对于青少年成长具有积极或消极的影响。通过调节早期的肠道菌群组成和代谢能力，或许可以提高青少年个体的生长速度。 |
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