而且……更胖

为什么抗生素使得动物们更肥更胖？我们打算在实验室里模拟出农场动物体重与身高的增加，然后分析这一现象发生的机理。要解答这个问题需要一个相当规模的团队。幸运的是，我遇到了多位科学家，他们发挥了关键作用：周义盛（IlseungCho）是一位肠道方面的实习医生；劳瑞·考克斯（LaurieCox）是一位研究生，她的研究课题以小鼠为模式生物，自14岁起，她就在父亲的公司里培养细菌，为医院的细菌实验室提供样品；还有一位大学生耶尔·诺贝尔（Yael Nobel）。没有这些人的聪明才智与兢兢业业，我的假说无法得到检验。与此同时，许多人也加入了探索的行列，包括暑期来进行独立研究的高中生和大学生，还有来自世界各地的访问学者。

2007年，经过了多次尝试，我们终于建好了模型。于是我们开始了第一批完整的实验：在喂食小鼠的饮用水里添加4种低于临床治疗剂量的抗生素，完全模拟牧场里的做法。我们称之为亚临床剂量浓度抗生素处理实验（subthera-peuticantibiotictreatments, STAT）。我们的实验只在雌性小鼠中进行，因为它们不像雄性那样剧烈反抗，使得工作更容易进行。最初的结果并不令人振奋：亚临床剂量抗生素处理小鼠与对照组之间并无体重的差异。

当周义盛的研究课题委员会得知小鼠的体重并未增加的时候，一位专家问道：“它们的身体组成有没有变化？”他问的是脂肪、肌肉及骨骼含量。我们一头雾水。

“你们为什么不进行DEXA分析呢？”他问道。

DEXA是什么？它是双能量X射线吸收骨质密度仪（Dual-energyX-rayabsorptiometry）。DEXA分析是用来检测女性骨质并预防骨质疏松症的一项测试，但同样可以检测身体内脂肪及肌肉含量。

事后来看，这个建议至关重要。我们发现，4组亚临床剂量抗生素处理小鼠比对照组的脂肪含量高15%，这个差别不可能是随机事件。

这是我们得到的第一份证据，它表明抗生素改变了代谢，并影响了身体组成。亚临床剂量抗生素处理小鼠合成了更多的脂肪，但肌肉含量与对照组相当。我们还获得了一个意外发现：从第7周开始，也就是摄入抗生素3周之后，小鼠骨骼的生长速度明显加快。更多的骨骼形成暗示着它们将长得更大、更长、更高。但是到了第10周，所有小鼠的骨骼质量都差不多了。也就是说，抗生素对骨骼的影响仅在早期比较明显。在本书后面，我将提到后续实验，我们发现了，某些对骨骼的影响是终身性的。再一次，这种效果并不局限于某一种抗生素——如果它果真如此，那我们也许会认为这是该抗生素的副作用，但是这种效果在所有的抗生素里都有出现。我们的工作支持了下述观点：除了更好的营养与清洁的水源，抗生素的使用可能也促进了人类身高的增长。

现在，我们有了证据表明亚临床剂量抗生素处理改变了早期发育。不过，我们依然没有理解这些变化发生的机制。添加的抗生素如何影响了发育呢？什么使得动物们发胖，而早期骨骼迅速生长？我们推测，药物可能改变了肠道微生物的组成。因此，我们首先观察的是小鼠的粪便。粪便代表了肠道活动的终产物，而且我们可以每天都对每只小鼠的粪便进行单独取样。这些粪样方便了我们对同一批小鼠进行追踪，并对不同抗生素处理（包括无抗生素处理）或者不同饮食的小鼠进行比较。

我们同样研究了结肠上端，也就是盲肠里的微生物。当然，这需要牺牲掉小鼠。盲肠的成分对我们的研究非常重要，因为它可以告诉我们哪些微生物在体内生活着，而不仅仅是在排出的粪便里。由于必须通过外科手术才能进行盲肠取样，每只小鼠只有一次取样的机会，取样之后，小鼠就牺牲了。在小鼠与人体里，大多数的肠道物质，无论是在结肠里还是在粪便里，都是未消化的纤维、水分和细菌。DNA几乎都是细菌的。我们进行了16S核糖体RNA（16SrRNA）分析，以期获得全部细菌的组成信息。

所有的细菌都包含编码16SrRNA的基因，这样才能组装成完整的核糖体来合成蛋白质。虽然所有的细菌都具有这些基因，但是不同种类细菌的基因序列中却彼此不同。举例而言，大肠埃希菌的16SrRNA基因与金黄色葡萄球菌的16SrRNA基因就不同，这反映的是演化历程中的差异。通过测序，我们可以获得所有细菌的16SrRNA基因序列，从而知道“谁在那里”。这类似于在纽约或者芝加哥进行人口普查，我们可以询问有多少教师、律师、警察、学生等等。在这里，我们询问的是梭状芽孢杆菌、类杆菌属、链球菌属等数千种细菌各有多少。基于这些普查结果，我们便可以回答一系列重要的问题。

首先，亚临床剂量抗生素处理改变细菌的多样性了吗？换言之，接受了抗生素处理的小鼠与对照组小鼠相比，体内的微生物多样性是否一样？虽然两份样品里可能都会有许多的教师、学生和警察，因为这些职业非常普遍——但两份样品里是否也具有同样多的公证人、钢琴调音师等稀有职业？还是说，这些稀有职业已经不见了？

我们发现，亚临床剂量抗生素处理对微生物多样性并没有明显的作用，这可能是由于剂量太低。接着刚才的职业类比，在亚临床剂量抗生素处理组与对照组中有同样数目的“职业”。

不过，微生物群系的组成呢？继续借用职业的类比，教师、警察与不同职业之间的相对比例是否有差异呢？我们可以进行人口统计来回答这个问题。比如说，我们可能预期纽约与芝加哥在职业分布上更接近，而德黑兰或者北京的职业分布差别要大得多。在肠道微生物组里，我们发现的正是后者。

由此，事情变得有趣起来。亚临床剂量抗生素处理改变了肠道微生物群系的组成，粪便样品及盲肠样品都支持这一发现。无论是正常剂量的抗生素，还是亚临床剂量的抗生素，它们都改变了微生物群系的组成。

但是细菌的功能是否也被抗生素改变了？回答依然是肯定的。你吃进去的大多数食物在小肠里被消化吸收，到达大肠的残余食物基本上都难以消化。但是在这里，细菌可以帮你一把。要知道，大肠里的某些细菌可以消化这些物质，并分泌出短链脂肪酸（short chainfattyacids, SCFA），后者可以被结肠吸收。这些短链脂肪酸相当于每日膳食里5%～15%的能量。如果你体内的微生物从这些“难以消化”的食物里汲取能量的效率更高，那么，你将会得到更好的营养，可能也会更胖。

我们测量了盲肠里短链脂肪酸的浓度。结果发现，亚临床剂量抗生素处理小鼠中的浓度显著高于对照组的浓度。这意味着亚临床剂量抗生素处理小鼠在早期组织发育的时候，从它们体内的微生物那里获得了更多的能量。

下一步我们研究的是肝脏——身体里最重要的代谢器官。它将肠道吸收的物质，包括短链脂肪酸，转化成有用的产物，包括蛋白质、用于提供能量的糖类和淀粉类，以及用于储存能量的脂肪。我们比较了亚临床剂量抗生素处理小鼠与对照组小鼠肝脏里的基因表达水平。事实如我们所料——亚临床剂量抗生素处理小鼠的肝脏上调了一些基因的表达，包括脂肪合成基因以及将脂肪转运至外周组织所需的基因——肥胖动物里肥嘟嘟的赘肉就是储藏在外周组织的脂肪。我们知道亚临床剂量抗生素处理小鼠积累了更多的脂肪，而它们不是凭空产生的。肝脏填补了这个理解上的空白——它是获取能量的肠道与储存脂肪的组织之间的战略枢纽。

由劳瑞设计并完成的下一个实验更加细致地考察了小鼠在生命早期摄入抗生素（我们选择用青霉素作为代表）之后发生了什么。在周义盛的实验里，动物在断奶之后才接触药物，差不多是出生之后的第24天，这相当于人类的12个多月大。现在，劳瑞在小鼠妈妈怀孕的时候就喂给它们抗生素。因此，它们体内的微生物，包括阴道里的微生物，从一开始就改变了。新生的小鼠自出生的那一刻起接触的就是改变了的微生物群系，而且它们出生之后我们继续给它们服用抗生素。如我们所预测的那样，这些在出生时就接触了抗生素的小鼠比第24天才接触的长得更大。这套实验步骤成了我们进行下一步实验的标准流程。

劳瑞进行了下一步的实验，专门研究小鼠在什么时候开始变胖。我们知道小鼠出生之后就开始迅速生长。它们是从幼年起就开始不断增重呢，还是要过一段时间？实验结果表明，在雄性小鼠里，实验组与对照组的差别从第16周开始明显，而在雌性小鼠里，要等到第20周（对小鼠来说，这已是中年）。但是无论对于雄性还是雌性，一旦体重增加，多出来的脂肪就会保持一辈子。

随后，劳瑞研究了在这些年幼的小鼠体内哪些细菌更为普遍。在第4周，对照组的小鼠体内主要是乳酸杆菌，这是从母亲的阴道里接种来的。这并不奇怪，因为在这个阶段，它们刚刚断奶，无论对于小鼠还是人，在这个时期乳酸杆菌都占了大多数。

但是在亚临床剂量抗生素处理组里，大多数乳酸杆菌都不见了，取而代之的是其他类型的细菌。既然身体组成的变化在16周之后才出现，而寄生的微生物从第4周就已经出现差异，我们做出了一个重要的观察：微生物群系的变化早于身体组成的变化。

我长期的同事与朋友杰夫·戈登（JeffGordon）在华盛顿大学圣路易斯分校做了许多出色的工作，这些工作也为我们的发现提供了新的洞见。杰夫是微生物群系研究领域的泰斗，多年来集中研究肠道的发育与功能。杰夫的研究团队利用的是一种缺失了瘦蛋白基因的小鼠（被称为ob/ob小鼠）。这些小鼠无法合成瘦蛋白激素（瘦蛋白激素在正常小鼠体内的功能是调控食欲与饮食，并帮助大脑决定该储存还是使用能量），所以都变得特别肥胖。杰夫和他的研究团队求证的第一个问题是，ob/ob小鼠与它们正常的兄弟姐妹相比，体内的微生物组成是否不同。回答是肯定的，每种类型的小鼠有着独特的肠道微生物群系。

他们求证的第二个问题是，这些微生物是否执行了不同的代谢功能。他将肥胖的ob/ob小鼠和正常小鼠体内的肠道微生物分别接种到了无菌小鼠里。在接种前，这些无菌小鼠的肠壁更细，细胞更少，而且体重增长也较慢。但是当无菌小鼠重新获得了肠道微生物之后，它们的长势如何呢？杰夫的发现引起了全世界的关注：接种了肥胖小鼠的肠道微生物之后，无菌小鼠的体重开始增加，而且比对照组小鼠体重增加的速度更快。

不过，仍有一些事需要考虑：杰夫的实验中使用的小鼠本来就具有遗传缺陷，它们从一开始就容易肥胖。这是肥胖的首要原因，微生物群系的变化只是次要原因。虽然杰夫的研究团队优美地刻画了肥胖对微生物群系及其功能的影响，但我认为，他们并没有触及肥胖的根本原因。此外，无菌小鼠固然为检测关于免疫与代谢的特定假说提供了良好的系统平台，但是它们是完全人为制造的。不过，虽然没有天然的无菌小鼠，我们依然学到了微生物与宿主之间相互作用的许多基本原理。

在我看来，抗生素对早期微生物群系的干扰可能是正常个体中宿主代谢发生改变的主要原因（两年之后，我们才有了更确切的证据）。

接下来，我们要考察的问题是，如果将亚临床剂量抗生素处理小鼠与高脂肪的饮食结合起来，将会发生什么。众所周知，孩子们的饮食在过去几十年里变得越来越丰富——无论是含糖饮料，还是高脂肪食物，所含能量越来越高。今天的儿童比一两代人以前的儿童平均摄入的能量要高得多。我们知道，小鼠摄入高能量饮食时会变得更胖，那么，亚临床剂量抗生素处理对于高脂肪的饮食有什么影响，是增加、减缓抑或没有作用呢？

劳瑞将这组实验命名为“高脂食物+亚临床剂量抗生素处理”（FatSTAT），实验结果再次让我们为之一振。如我们所预期的那样，高脂食物喂养的小鼠比普通食物喂养的要更胖，但是添加了抗生素依然引起了显著的改变。我们成功地模仿了现代农场里喂养动物的做法。当抗生素与高热量食物组合起来，雄性的体重较仅食用高脂食物的小鼠增加了10%，肌肉与脂肪的含量都有增加。但是最令人震惊的区别在于脂肪含量——雄性当中增加了25%，雌性当中增加了100%。仅摄入了高脂食物的雌性增加了大约5克的脂肪，而接受了双重处理（高脂食物及抗生素）的雌性增加了10克的脂肪，多了一倍。这个量不容小觑，尤其是考虑到小鼠的体重只有20～30克。

因此，抗生素起了作用，高脂食物也起了作用，但是当二者加起来，作用却不只是叠加，而是协同作用（synergis-tic），即1+1＞2。对雌性小鼠，接触抗生素开启了一个开关，将食物中多余的能量转换成脂肪；而在雄性里，则同时转换成了脂肪与肌肉。我们还不知道造成性别差异的原因。尽管如此，这些观察与下述理论吻合：现代的高热量食物本身并不足以解释蔓延的肥胖症，抗生素的使用也起了推波助澜的作用。

接下来我们探究的是一个简单的问题，这要归功于劳瑞的论文委员会的建议。截至目前，实验动物的一生都维持着亚临床剂量的抗生素处理。那么，只持续几周的抗生素处理是否仍然足以带来长期性的体重增加？对于我们孩子的未来，这是一个极为重要的问题。如果只有终生接受抗生素治疗才能引起体重的增加，这可能与我们的孩子没太大关系，一辈子都服用抗生素的人毕竟极少。但是如果短期接触抗生素就足以引发肥胖，那么这与我们的现实生活就更相关，也就可能解释当前蔓延的肥胖症。大多数儿童在耳部或者呼吸道感染的时候，都曾短暂接触过抗生素。

2011年3月，劳瑞开始了“亚临床剂量抗生素处理的持久性”（DuraSTAT）实验。之所以如此命名是因为我们检测的是短时间的抗生素接触是否会引起增重的效果、效果有多持久。她将小鼠分为4组：没有抗生素处理的，作为对照组；亚临床剂量抗生素处理4周，然后停止；亚临床剂量抗生素处理8周，然后停止；最后一组是亚临床剂量抗生素处理持续整个实验周期。所有的小鼠都在第6周进食高脂食物，以观察区别。鉴于我们之前“高脂食物+亚临床剂量抗生素处理”的实验结果，劳瑞将研究集中于雌性小鼠。

不出所料，在整个实验周期一直接触抗生素的小鼠比起对照组的体重有所增加。但是接触了4周或8周的抗生素与接触了28周的抗生素引起的效果一样。与对照组相比，摄入了青霉素的小鼠体重增加了10%～15%，脂肪含量增加了30%～60%。换句话说，生命早期接触亚临床剂量抗生素处理足以带来终生的影响，小鼠的发育过程改变了。亚临床剂量抗生素处理持久性实验的结果并不完全等同于高脂食物+亚临床剂量抗生素处理的结果，它们的实验条件也不一致。因此无法直接比较两者——有效的比较只能在各个实验之内进行。在科学探索中，这是一个重要的问题。有些同行陷入了“不当比较”的误区——如果某些没有考虑到的条件改变了，这样的比较就是没有意义的。但是对我们来说，两组试验得出了完全一样的趋势：早期接受了亚临床剂量抗生素处理的小鼠的发育过程被永久性地改变了。

接下来我们决定研究微生物群系本身。劳瑞无比认真地收集了细小的粪样——每只小鼠，一天一次。她已经收集了几千支玻璃试管，按每盒100只装进白色盒子里。每支试管都是一次样品，需要大约2万支试管才够0.5千克。由于它们携带的信息里隐藏的秘密，这比同等质量的黄金还要珍贵。

劳瑞对数百个样品进行了测序分析，推断其中的DNA组成，并了解微生物群系的组成结构（再次借用警察与教师的比例这个比方，不过这一次我们研究得更为细致），比如税务律师、出租车司机、动物标本制备师等所占的比例。

她首先关注的是刚刚断奶的3周大的小鼠，对接受了青霉素的处理组与没有接受抗生素的对照组进行了比较。虽然两组的微生物群系在结构上有部分重合，但它们是截然可分的。这正是我们所预期的：抗生素改变了肠道内的微生物群系结构。

然后她研究的是从8周大的小鼠身上取得的粪样。现在我们有了三组不同的小鼠：对照组（未经抗生素处理）小鼠、在第4周就停止了摄入抗生素的小鼠、连续8周一直在摄入抗生素的小鼠。如我们预期的那样，接受了8周抗生素的小鼠与对照组相比，体内的微生物群系结构差异比它们3周时的更大。抗生素确实是有效的。但是在第4周就停用了抗生素的小鼠与对照组相比，几乎没有什么区别——它们几乎完全重合。这意味着4周的抗生素使用对微生物群系结构的影响是暂时性的。结果非常清楚。但是，别忘了，这些小鼠增加的脂肪与连续8周摄入抗生素的小鼠增加的脂肪一样多。这暗示着，生命早期短暂接触过抗生素可以干扰体内微生物的组成，而且，即使这种干扰本身是暂时的，它们的后果却是终生性的。

这是一项重大发现。我相信，我们孩子身上发生的正是这种情况。在小鼠身上，在关键的早期阶段对微生物的干扰足以改变宿主的发育过程。正是这个实验说服了我抗生素有可能改变了发育过程。当然，发育是一个多维度的事件：它既有代谢的一面，如我们的小鼠实验所揭示的这样，也有免疫、认知能力的方面。随着婴儿的成长，即使是在他们睡眠过程中，他们体内的微生物群系也在塑造着他们后期发育的基础。在发育的关键阶段，即使是暂时的感染也会带来巨大的改变。

但是作为科学家，我们需要不断拓展理论，了解更多细节，发现运行的机理。我们需要回答这个看似简单的问题：它是怎么工作的？为什么早期接触了抗生素如此重要？这是由于它对微生物的作用，还是因为青霉素有其他方面的效果，比如直接与小鼠的身体组织作用，与微生物却毫无关系？如同许多之前所做的实验，包括杰夫·戈登课题组的工作，我们将要尝试着在小鼠之间移植微生物来回答这些问题。

回忆一下我们之前的问题：体重的增加是由于抗生素的直接作用呢，还是由于抗生素影响了体内寄居的微生物？我们假定这是由于微生物，但是假定不等于证明。为了回答该问题，我们需要做的是将亚临床剂量抗生素处理过的小鼠或者对照组小鼠体内的微生物转移到中性条件下，然后观察受体小鼠的反应是否有区别。如同杰夫，我们选择以无菌小鼠作为这个中性条件来进行研究。

我们购买了15只无菌雌性小鼠，2011年8月下旬它们抵达了我们的实验室，装在三个大塑料囊里，各有5只。它们3周大，刚刚断奶。提供小鼠的公司告诉我们，这些小鼠可以在这种大塑料囊里维持无菌状态达72个小时，这足够我们开始实验了。我们称之为“移植亚临床剂量抗生素处理实验”（TransSTAT），这是因为我们将把亚临床剂量抗生素处理过的小鼠体内的微生物群系转移到受体小鼠里。

劳瑞从她的亚临床剂量抗生素处理持久性的实验里选择了6只18周大的小鼠：3只作为对照组，另外3只持续摄入抗生素。她从每只小鼠身上都采集了盲肠样品，分成两组：一个是对照组，另外一个是亚临床剂量抗生素处理组。这些盲肠样品里有些微生物对氧气敏感，哪怕一丁点的接触都会让它们丧命。多亏了劳瑞扎实的细菌学训练，这些微生物才得以存活，然后将样品移植到每一只无菌小鼠的胃里。7只无菌小鼠接受了对照组里的粪样，另外8只接受了亚临床剂量抗生素处理过小鼠的粪样。对你我而言，将粪样引入胃里听起来格外恶心，但是小鼠们却有食粪癖（coprophagic）——它们经常吃自己或其他小鼠的粪便。

现在，这些小鼠不再是无菌的了。它们被“重新接种上了微生物”，开启了新生活。我们继续追踪了5周，定期获取粪样，并进行必要的测量，包括对每一只小鼠进行4次DEXA扫描。我们没有再对它们喂食更多的抗生素。所有的小鼠都在同等条件下喂养，它们的区别仅仅在于最初接种的微生物不同。

不出所料，在它们的生长阶段，所有小鼠的体重都在增加。不过，接受了亚临床剂量抗生素处理组微生物移植的小鼠增重更多，比对照组小鼠的脂肪含量也更高。而且这种差异相当可观：与对照组小鼠相比，实验组小鼠平均增重多出了10%，脂肪含量多出了40%。

这些实验表明，亚临床剂量抗生素处理改变了微生物群系，进而诱导了发育的变化——而且，仅仅是移植变化之后的微生物群系本身，便可以改变受体宿主的发育过程。

亚临床剂量抗生素处理向我们揭示了在农场里发生了什么。但是我最感兴趣的还是我们的孩子。他们很少是连续地摄入抗生素。事实上，如同我们之前讨论过的，他们接受的都是短暂的抗生素治疗，一般持续5～10天，视病情（耳朵感染、支气管炎、喉咙疼）与医生而定。

我希望回答的问题是短期间歇式的抗生素使用是否依然会促进体重增加及肥胖。因此，我们进行了新的实验，间歇式抗生素处理实验（pulsedantibiotictreatment, PAT）。这一次，我们不再给予低剂量的抗生素，而是更接近现实，使用临床剂量的抗生素，但只持续数天。

我们选择的抗生素是阿莫西林和泰乐菌素（tylosin），这两种药占了美国儿童使用抗生素的80%。然后，我们将实验小鼠分成了4组：没有接受抗生素的对照组；分三次接受了阿莫西林的小鼠；分三次接受了泰乐菌素的小鼠；最后，考虑到药物之间可能有叠加作用，我们设置了混合组，按泰乐菌素、阿莫西林、泰乐菌素的顺序三次给药。

为了将药物尽早地引入幼年小鼠体内，耶尔在喂养成年雌性小鼠的时候，在它们生下幼鼠之后的第10天起，在饮用水里添加了抗生素（对照组则不添加）。我们假定，这些药物将会被母亲的血液吸收，并随着母乳进入幼鼠体内，进而影响后者的微生物群系——这个假定后来发现是正确的。

第一次间歇性抗生素处理发生在小鼠10～14天大的时候，第二次发生在第28天，即它们断奶的时候，第三次发生在第37天——每一次的抗生素接触都持续3天。在第41天，我们对所有的小鼠都喂以高脂食物，从而强化抗生素引起的差异。由于雌性小鼠饲养过程中长势更加同步，我们研究中所用到的都是雌性小鼠。

到了第28天，所有的间歇性抗生素处理小鼠比对照组都长得更快。在接下来的150天里，我们进行了脂肪、骨骼、肌肉分析，这涵盖了小鼠的中年与老年前期阶段。与对照组小鼠相比，间歇性抗生素处理的小鼠肌肉含量更高，脂肪含量却没有太大的差异。骨骼是另外一码事。接受了阿莫西林的间歇性抗生素处理小鼠在实验期间表现出了更大的骨面积以及更高的无机盐含量。也许是因为它们在生命的早期就摄入了这些药物，这些影响似乎是长期的。而且，鉴于阿莫西林是儿童阶段最常使用的抗生素，我开始思考这种药物是不是也促进了近年来人类身高的增长。

耶尔已经收集了3000多份小鼠的粪样，而且，对于每一份样品，她都进行了详细编号，包括来源小鼠、时间、何种处理，一一记录在案。我们与华盛顿大学圣路易斯分校的同行们合作，对这些样品中的DNA进行了更细致的分析，以期理解不同的处理如何影响了小鼠肠道内的微生物多样性。

我们发现，正常小鼠妈妈们的粪样里平均有800多种微生物。第一次抗生素处理之后，对照组的幼鼠近似于母亲。阿莫西林处理组只有700多种微生物，而泰乐菌素处理组、阿莫西林与泰乐菌素的混合组只有200多种。换句话说，接触一次泰乐菌素就引起了2/3的微生物消失。我们在阿莫西林里也观察到了类似的效果，但是它的作用要轻微得多。

现在，在小鼠接触了三次抗生素之后，我们开始考虑微生物群系的丰度与多样性是否会反弹。阿莫西林作用较为温和，这一组的小鼠里微生物几乎完全恢复。但是在那些接受了泰乐菌素的小鼠体内，即使是在最后一次给药的几个月之后，微生物多样性也没有恢复正常。泰乐菌素永久性地抑制了或者抹去了由母亲传递而来的一部分微生物。

我们也分析了微生物群系的“均一度”。均一度高，意味着大多数物种几乎是差不多的数量。反之，则意味着少数物种占主导地位。类比人类社会，和平时期，各行各业百花齐放；而一旦战争打响，军人的比例则迅速攀升，相应的，其他行业的人员则迅速减少。也就是说，战争极大地改变了社会的职业结构。泰乐菌素治疗引起了微生物均一度降低，类似于战争对职业结构的影响。在小鼠发育的阶段，间歇性抗生素处理引起了生命早期微生物群系的变化，而这一变化是永久性的。

总而言之，我们的亚临床剂量抗生素处理与间歇性抗生素处理实验构成了一个颇有说服力的故事。它表明，早期的抗生素使用改变了体内微生物的组成，进而影响了发育。不过，小鼠毕竟不是人类。我们希望知道的是，是否有人试图将抗生素的使用与儿童肥胖联系起来。虽然人们对儿童肥胖已经进行了大量的研究，包括出生时的体重、花多长时间看电视、锻炼身体，以及日常膳食的细枝末节——但是，据我们所知，还没人研究过抗生素对儿童肥胖的影响。

不久，我的同事，利奥·特洛山德（LeoTrasande）与简·布卢斯坦（JanBlustein）博士获悉了在英国进行的雅芳亲子长期研究计划（AvonLongitudinalStudyofParentsand Children, ALSPAC）。从1991年起，超过14500位孕妇在雅芳卫生中心参与了该研究。她们的孩子，从出生起也自动成为接下来15年的研究对象。我们格外感兴趣的是那些后来超重或者肥胖的孩子。

幸运的是，问卷调查里有一个问题正中我们下怀——“您的孩子近期是否使用过抗生素？”这是对孩子用药情况调查的问题之一，家长们在孩子第6个月、第15个月、第24个月大的时候都要回答这个问题。

接近1/3的人在出生之后的头6个月里使用过抗生素。到了2岁，这个比例达到了3/4。抗生素到底引起了什么变化呢？这里的数学分析比较复杂，需要像利奥这样优秀的统计学家才能一窥端倪。他必须控制其他的变量——包括婴儿出生时的体重、母亲的体重、婴儿是否母乳喂养以及持续时间——在此之后才可以考察抗生素的影响。

结果发现：在头6个月里接触了抗生素的孩子长大以后变得更胖。我们并不意外——在农场动物里，接触的时间越早，效果也越强。劳瑞已经表明了在生命早期接受抗生素对小鼠的影响更大，而且，如果我们必须猜测哪个阶段对儿童的发育影响更大，那么显然是出生之后的头几个月。

因此，来自农场、实验小鼠、儿童流行病学的证据一致表明，生命早期接触抗生素足以改变发育、增加体重、积累更多脂肪。我们正在小鼠里进行着更多的实验，但是这个结论依然成立。我们目前做的是为这幕大戏的情节与角色补上更多的细节。

在第一次流行病学研究之后，简和利奥利用ALSPAC数据研究了分娩方式的影响。利用统计学上的平行分析，他们发现，相比自然分娩，剖宫产与肥胖症更相关。这项针对英国儿童的研究与2011～2013年间发表的关于美国、加拿大及巴西儿童的多项研究涉及的是同一个问题。这些研究的实验设计或研究发现都有不同——比如，我们发现，几乎所有的案例里母亲本身就已经肥胖了。尽管如此，在每一项研究里，剖宫产都引起了更加恶劣的后果。但我们也并不排除其他因素（统计学上的混杂因素）的参与。在此之前，还从未有人揭示剖宫产与儿童时期肥胖症的关联。也许在未来，孕妇在进行剖宫产之前签署的同意书里将包括如下内容：“该手术操作的风险之一是您的孩子有更大可能患上肥胖、乳糜泻、哮喘、过敏症……”

这里，我列出了其他可能的症状，因为越来越多的证据表明剖宫产与许多现代疾病都有关联。既然我们知道了这些医学操作会影响发育，并引起这些疾病，那么我们就可以找到对策来预防并治疗它们。不过，讨论对策之前，让我们先把问题理解清楚。

注释

152来自世界各地的访问学者：但是他们工作的经费从哪里来呢？目前美国以及世界各地的医学科学研究有一个悖论：为了获得经费支持，你必须有一点“初步数据”支持你要测试的想法，以证明它的可行性。但是，话又说回来，如果没有经费，你怎么来进行初步的可行性研究呢？这简直是自相矛盾。在当时，我的幸运之处在于我有一些资源可以资助新的课题。首先，因为我有好几个尚在进行中的研究项目，这些项目已经进行了好几年，我因此积累了许多仪器以及耗材，可以用于新的研究项目。其次，因为身处大学，我们有源源不断的学生以及博士后需要开展新的课题，这也是为了他们自己的职业发展。义盛（Ilseung）正是为此来了我的实验室。再次，我从多个慈善机构那里也获得了赞助，而且不限定具体研究项目，我可以按自己的意愿使用这笔经费。我们常说，自己当家的经费相当于领了双份，就是因为它很灵活。因为有这样的赞助，我便有底气以在劳瑞（Laurie）要选择实验室进行研究生工作的时候给她这份承诺。最后，当然也有运气。我的一位同事告诉我，他的邻居，一个普林斯顿大学的学生在找暑期研究工作，我觉得能进普林斯顿说明她应该有两下子。当我见到耶尔（Yael）的时候，发现确实如此。在美国，做科学的过程非常像做企业，好主意加上勤奋的工作才可能成功。

153“它们的身体组成有没有变化？”：义盛后来从纽约大学临床及过渡性科学研究所（ClinicalandTranslationalScienceInstitute, CT-SI）申请到了美国国立卫生研究院资助的经费，从而可以开展这方面的研究。CTSl的主任BruceCronstein博士是义盛课题委员会的成员之一，他帮忙解决了许多问题。BruceCronstein博士研究骨骼代谢多年，他的实验室有一台DEXA机器用于他们自己的小鼠实验。他的建议为我们的研究开辟了新的方向。在做科学研究的时候，往往需要通力配合才能取得进展。

156储存脂肪的组织：l.Choetal.，“Antibioticsinearlylifealter themurinecolonic microbiomeandadiposity”，Nature 488[2012]：621-626。这是义盛在实验室的重要工作，涉及了他自己以及其他12位科学家，包括生化学家、动物实验学家、生物信息学家、基因表达分析师，各自从不同的方面对这份工作做了贡献。义盛一直耐心地工作，花了一年又四个月的时间进行新的实验，并与Nature的3位匿名审稿人以及编辑沟通、澄清问题。这一切最终得到了回报——我们的工作开始5年多之后，文章终于发表了。

157但是当无菌小鼠重新获得了肠道微生物之后：无菌小鼠是人工饲养的，只有在特制的实验条件下才能维持无菌的状态。当人们重新补回它们的微生物群落的时候，小鼠就被“复原”回了本来的（天然）状态。

157而且比对照组小鼠体重增加的速度更快：在杰夫的实验里，无菌小鼠可以被用作活试管，检测新引入的微生物群落。（“无菌”意味着实验对象是干净的，如同一块白板。）参见P.Turnbaughetal.，“Acoregutmicrobiomeinobeseandleantwins”，Nature457[2009]：480-484。

161即使是暂时的感染也会带来巨大的改变：劳瑞后来检测了从供体到受体之间微生物群落转移的效率有多高。基因序列分析表明结果非常好——即使是一开始数目非常少的微生物都在受体里出现了，因此我们可以确信无菌小鼠接种上的确实是来自亚临床剂量浓度抗生素处理或者对照小鼠的微生物。有趣的是，亚临床剂量浓度抗生素处理过的小鼠体内的微生物群落在新宿主体内繁殖的效果不如对照组，这个群体的韧性更差，而且对于新物种入侵的抵抗性也差。第二代亚临床剂量浓度抗生素处理小鼠体内的微生物群落更加衰弱，这令我很是担心。参见第十五章“抗生素的冬天”。

163这两种药占了美国儿童使用抗生素的80%：我们决定研究儿童使用的两类最常用的抗生素。第一种，β内酰胺类，包括青霉素、阿莫西林、安美汀（这是阿莫西林的增强版，含有一种抑制剂，可以避免细菌使阿莫西林失活）以及头孢菌素（cephalosporins）。阿莫西林是儿童最常使用的药物，在美国以及大多数发达国家都是如此。2010年，美国儿童使用阿莫西林或者安美汀2300万例，超过650万例用在了2岁以下儿童的身上（参见G.Chaietal.，“Trendsofoutpa-tientprescriptiondrugutilizationinU.S.children，2002-2010”，Pedi-atrics130[2012]：23-31）。平均下来，这相当于每个儿童每年接受一例阿莫西林类抗生素。儿童使用的第二大类抗生素是大环内酯类。其中最知名的是红霉素，已经使用了50多年。不过，过去20年里使用的一般都是长效、广谱抗生素，包括克拉霉素以及阿奇霉素（后者在美国的商品名是Z-pak，由于营销的成功，在美国市场特别赚钱）。2010年，美国的儿童使用了1000万例阿奇霉素，它已经成为美国使用量最大的抗生素。阿奇霉素一度非常昂贵，以至于人们不会随随便便购买它，而一旦购买了则不太会舍得不用（最近它的专利过期，价格有所下降）。泰勒菌素是大环内酯类里比较廉价的药物，前人用它做过大量的小鼠实验，我们可以比较有把握地选择合适的剂量。

163抗生素的使用可能也促进了人类身高的增长：人类身高的增长早在抗生素发现以前就开始了，起码在西方社会是这样的。但是这些实验（包括亚临床剂量浓度抗生素处理以及间歇式抗生素处理）都暗示着抗生素——而且不限于任何特定类型的抗生素——都会影响微生物群落的组成（参见下文）并影响骨骼的早期发育。当然，这可能只是一部分原因，但是可以解释为什么近40年来中国的身高增长几乎赶上了欧美过去一百年里的增长。

164华盛顿大学圣路易斯分校的同行们合作：EricaSodergren与GeorgeWeinstock是华盛顿大学圣路易斯分校的基因组测序中心的负责人，我们与这两位博士合作甚多。他们完成测序之后，纽约大学的一位生物信息学专家AlexAlekseyenko负责数据处理及后续分析。

164由母亲传递而来的一部分微生物：许多来自母亲或者对照小鼠的微生物都不见了。有可能，它们被永久性的抹去了，或者数量太低检测不到。若是后者，一个可能的解释是，在泰乐菌素处理之后发达起来的微生物仍然在抑制着其他的微生物，即使是在泰乐菌素使用很久之后依然如此。这种情况发生的原因在于，它们在早期生活中具有优势——即“先行者效应”——从而可以维持可观的数目。

165虽然人们对儿童肥胖进行了大量的研究：ErnstKuipers博士曾跟着我做了一段时间博士后，现在我们成了老朋友。由于他的原因，我们与荷兰的一个研究组合作研究了这个问题。我们在鹿特丹进行的一项研究涉及了1万多名母亲以及她们的新生儿，旨在回答与儿童发育有关的重要问题。但是目前这些孩子都还小，要再过几年才会有可靠的数据出来。美国目前也着手进行国家儿童研究计划，目标是征集10万名儿童，追踪他们的发育及健康状况，研究他们可能会患上的疾病——特别是哮喘、肥胖以及糖尿病——的状况。该研究的结果将在几年之内公布。

165在英国进行的雅芳亲子长期研究计划：利奥·特洛山德及简·布卢斯坦博士从事儿童以及卫生政策方面的工作，也都是流行病方面的专家。他们都留意到了雅芳亲子长期研究计划（参见J.Golding etal.，“ALSPAC-theAvonLongitudinalStudyofParentsandChildren，1.Study methodology”，Pediatric and Perinatal Epidemiology 15[2001]：74-87）并对其进行了分析（参见L.Trasandeetal.，“In-fantantibioticexposuresandearly-lifebodymass”，InternationalJour-nalofObesity37[2013]：16-23；

J. Blusteinetal.，“Associationofcaesariandeliverywithchildadi-posityfromage6weeksto15years”，InternationalJournalofObesity37[2013]：900-906）.

166并不排除其他因素（统计学上的混杂因素）的参与：在波士顿进行的一项涉及1255对母子/母女的研究发现，剖宫产出生的孩子肥胖的概率显著增加（参见S.Y.Huhetal.，“Deliverybycaesarean sectionandriskofobesityinpreschoolchildren：aprospectivecohort study”，ArchivesoftheDiseasesofChildhood97[2012]：610-616）。

在加拿大进行的一项研究也发现了剖宫产与儿童肥胖之间的关联，但是当他们考虑到母亲本身的体重之后，这种相关性就消失了（参见K.Flemmingetal.，“Theassociationbetweencaesareansectionand childhoodobesityrevisited：acohortstudy”，ArchivesoftheDiseases ofChildhood98[2013]：526-532）。

类似的，在我们对雅芳亲子长期计划的分析里（参见J.Blustein etal.“Associationofcaesariandeliverywithchildadiposityfromage6 weeksto15 years”，InternationalJournalof Obesity 37[2013]：900-906），几乎所有“问题婴儿”的母亲本来就超重。对此有多种可能的解释。一种可能是，超重的母亲体内的微生物本身就受损了，而剖宫产不过是进一步恶化了下一代身上的问题。

2009年，巴西剖宫产的比例已经超过了50%，这意味着300多万人通过剖宫产出生。针对这些孩子，两项研究得出了不同的结果：第一个研究调查了1978年出生的一批人在23～25岁的健康状况。结果发现，排除了其他因素之后，剖宫产出生的孩子肥胖率要比自然分娩的孩子高50%（H.A.S.Goldanietal.“Cesareandeliveryisassociated withanincreasedriskofobesityinadulthoodinaBrazilianbirthcohort study”，AmericanJournalof ClinicalNutrition 93[2011]：1344-1347）。

但是，另外的一项研究，调查了三批随后几年出生的孩子，发现了同样的效果，但是差别并不显著（F.C.Barrosetal.“Cesareansec-tionandriskofobesityinchildhood, adolescence, andearlyadulthood：evidencefrom3Brazilianbirthcohorts”，AmericanJournalofClinical Nutrition95[2012]：465-470）。作者讨论了研究中未曾囊括的一些混杂因素。

随后，这第二项研究的作者又调查了1982年出生的孩子在18岁参军考试时的健康状况，并追踪了5年之后的状况。结果发现，剖宫产出生的孩子有更高的身高体重指数、体脂含量以及心脏收缩压（B.L.Hortaetal.，“BirthbyCaesareanSectionandPrevalenceofRisk FactorsforNon-communicableDiseasesinYoungAdults：ABirthCo-hortStudy”，PLOSONE 8[2013]：e74301）。

166越来越多的证据表明剖宫产与许多现代疾病都有关联：参见A.K.Hansenetal.，“Riskofrespiratorymorbidityinterminfantsde-liveredbyelectivecaesareansection：cohortstudy”，British Medical Journal336[2008]：85-87；

C. Roduitetal.，“Asthmaat8yearsofageinchildrenbornbycae-sareansection”，Thorax64[2008]：107-113；

H. Renz-Polsteretal.，“Caesareansectiondeliveryandtheriskof allergicdisordersinchildhood”，ClinicalandExperimentalAllergy35[2005]：1466-1472；

P. Bageretal.，“Caesareandeliveryandriskofatopyandallergic disease：meta-analyses”，Clinical and Experimental Allergy 38[2008]634-642；

C. R.Cardwelletal.，“Caesareansectionisassociatedwithanin-creasedriskofchildhood-onsettype1diabetesmellitus：ameta-analysis ofobservationalstudies”，Diabetologia51[2008]：726-735.

并非每一项研究都发现了这些疾病与剖宫产之间的关联。有些研究样本太小而且检验功效（statisticalpower）不够大，另外一些则涉及了多项统计混杂因素。但是越来越多的证据都表明，剖宫产的影响不只表现在出生后的头一个月。