1.5公斤腸道細菌
人體探索的焦點
人體內生活著各種各樣的微生物，對它們的研究，尤其是腸道細菌，早在100年前就開始了。人體腸道內生活著大約1000種細菌，統稱為腸道細菌。總重量約為1.5 kg，細胞總數是人體細胞總數的10倍，編碼基因總數是人體基因總數的100倍。如此巨大的腸道真菌如何影響人體健康，壹直是微生物學家關註的問題。
2005年，包括中國在內的13個國家的代表在法國舉行的人類微生物組圓桌會議上發表了《巴黎宣言》，宣布啟動第二個人類基因組計劃“人類宏基因組計劃”，即人類微生物基因的研究，預計至少是人類基因組計劃工作量的10倍。中國與法國多家單位聯合啟動了“中法腸道宏基因組合作項目”，在過去的10年裏，主要致力於摸清腸道細菌的情況。現在已經進入第二階段，即找到與疾病相關的關鍵細菌，了解它們是如何工作的。
腸道無菌小鼠
不管怎麽吃都不胖。
2004年，美國華盛頓大學的戈登教授首次報道，腸道真菌可以調節小鼠的脂肪代謝，降低消耗脂肪基因的活性，增加合成脂肪基因的活性，使動物過量生產和積累脂肪。人或動物剛出生時是不育的。戈登將新生小鼠直接置於無菌環境中，飼養成腸道無菌小鼠。據觀察，盡管這些老鼠胃口很大，但它們都保持著苗條的身材。然而，當這種蘑菇被接種回小鼠的腸道時，它們的食欲變小，體內脂肪明顯增加。也就是說，有細菌的動物吃的少，但體內儲存的脂肪多，也就是說，腸道細菌是動物肥胖的必要條件。
2006年，戈登進壹步發現，不育小鼠吃類似西方現代飲食的高脂高糖飼料，不會發胖。壹個很重要的原因是fiaf這種抑制脂肪堆積、促進脂肪消耗的基因在這些小鼠的腸道中高度表達，使得動物無法堆積脂肪。但是當這些不育的老鼠有正常的細菌時，fiaf基因的活性就會大大降低，動物就會開始堆積脂肪。
2007年，比利時天主教魯汶大學的卡尼教授發現，餵食高脂飼料的肥胖小鼠血液中細菌產生的內毒素比正常小鼠高2-3倍，全身炎癥程度低。他們以同樣低的劑量將純化的內毒素直接註射到不肥胖的小鼠體內。結果，這些小鼠出現全身低度炎癥，變得肥胖，並出現胰島素抵抗，表明腸道致病菌產生的內毒素如果進入血液，會引起小鼠肥胖和胰島素抵抗。
然而，世界上壹直沒有“鑒定”出能調節動物脂肪代謝基因表達並產生內毒素引起肥胖和炎癥的細菌種類。
陰溝腸桿菌
“肥胖細菌”主犯
近年來，包括趙黎平教授實驗室在內的許多研究小組都觀察到高脂飼料餵養的小鼠腸道細菌增多，有益菌減少。但由於這些結果都是通過相關性分析得出的，所以關於人體腸道細菌的結構變化是肥胖和糖尿病的原因還是結果，學術界壹直存在爭議。
至於真菌與疾病的關系，趙黎平的研究小組將小鼠從正常飲食改為高脂飲食，再回到正常飲食，並在此過程中進行觀察研究，最終發現了80種與飲食變化有關的細菌。在接下來的研究中，為了了解肥胖患者腸道菌群的變化，他們在體重為1.75kg的肥胖患者腸道中，發現了壹種過度生長的條件致病菌陰溝腸桿菌，占細菌總數的1/3，並能產生內毒素。
經過特別設計的營養配方的幹預，這種病原體的數量迅速下降到無法檢測的水平。同時，患者的體重也在半年內下降了565438±0.4kg，高血糖、高血壓、高血脂等癥狀恢復正常。趙教授的博士生費娜分離出這種細菌，並將其接種到無菌小鼠體內，使小鼠對高熱量飼料失去抵抗力，並引起嚴重肥胖和糖尿病早期癥狀——胰島素抵抗。
他們還觀察到，這些由細菌引起的肥胖小鼠腸道中fiaf基因的活性非常低，這表明陰溝腸桿菌可能通過關閉這壹基因來促進脂肪儲存和抑制脂肪消耗，從而導致脂肪過度積累。陰溝腸桿菌是第壹個被證明具有導致肥胖能力的細菌。肥胖患者腸道內陰溝腸桿菌數量的增加應該是肥胖的原因而不是結果。這壹結果隨即發表在《國際微生物生態學學會雜誌》上，在國際上首次證明了腸道細菌與肥胖存在直接因果關系，為腸道細菌參與肥胖和糖尿病發生發展的“慢性疾病腸源性理論”提供了最直接的實驗證據。
在做這項研究時，讓趙教授印象最深的是，他們按照科赫定律的要求，證明某種細菌是傳染病的病因:首先在人體內發現某種細菌與肥胖有關，然後分離出這種細菌，在動物模型中復制疾病，從而證明這種細菌是患者肥胖的原因而不是結果。這壹思路可以為分離和鑒定更多參與人類肥胖和糖尿病的細菌提供新的思路和技術方法。
沿著這個方向走下去，可以明確腸道細菌與飲食的關系，以及肥胖與糖尿病的發生機制，進而以腸道細菌為靶點，開發出防治肥胖和糖尿病的新方法。