游文娟 上海市科学学研究所《世界科学》编辑部主任
“遇事不决，量子力学；机制难寻，肠道菌群。”对量子、肠道菌群等前沿科技的调侃背后所反映的是：科学原理还没彻底搞清楚，产品在市场已经火爆了。
这个例子你一定不陌生：研究发现某某菌对肠道调控的有效性,甚至发现它们还能影响大脑健康。那不久后，市场上就流行起相应的营养品或补充剂了。
这种产品看似科学，是不是真能达到实验阶段的效果，有没有副作用呢？同时，面对令人心动的新产品，你是不是常常心生疑问：这是“智商税”吗？
可以肯定的是，这些产品背后，的确有它合理的一面。毕竟陆续有权威的科学研究证实现代社会生活中常见的一些病变与肠道菌群之间存在相互作用[i]，比如：肠道菌群分泌的物质通过迷走神经传递到大脑，进而影响帕金森病患者[ii]；肠道细菌产生的小分子代谢物可以进入小鼠大脑并改变脑细胞功能，从而导致动物的焦虑行为加剧[iii]。这些研究陆续解构了，肠道菌群与大脑交流的路径和某些信号分子，进一步明确了肠道菌群对大脑的影响。
正因为权威研究的背书，人们此时常会联想：既然肠道菌群健康对人体如此重要，是不是意味着，“我”拥有健康的肠道菌群就可拥有健康的身体，那“我”多补充有益菌群或者服用对抗病菌的菌群，“我”就大概率可以拥有健康咯？
事实是，一个产品如何在人体内达到实验阶段观察的结果有很长的路要走，换句话说，“吃进去”不等于“补进去”。
绕不过去的“定植拮抗”
想要靠吃营养品来补充有益菌群有什么问题呢？这样做面临的最大阻碍，其实恰好就来自于与你共生的肠道菌群，它们会通过多种方式去抵制摄入进去的菌群，专业说法叫“定植拮抗”。
为什么会产生这样的现象呢？你想啊，一群本来待在肠道里安居乐业的快乐菌群土著，突然就要面临一批打着“益生菌”或者“抗病菌”旗号的外来菌群——又要占地盘又要抢吃抢喝的，可肠道里的空间固定、营养有限，肠道菌群也不愿意自己被取代。同时，你体内的肠道菌群早就适应了周围的环境，也就是已经抢占了生态位优势，这时候再进来的菌群想要落脚，就有点难了，必须有很强的竞争优势。这种竞争优势还不在于这些菌群对人体是否有益，而在于它本身是不是有“落脚点”且黏附得够不够牢，同时它还要承受着原来肠道菌群所形成的联合排外的压力。正因为如此，常导致你希望补充进来的菌群“穿肠过”。
不过，肠道菌群存在的拮抗作用本质上是促进机体稳定，降低条件致病菌在机体内滋生的风险。这种作用既可以通过对营养的竞争来达到，又可以通过产生细菌素和有毒代谢物来实现。探究其中相关机制，或许有助于人们寻找到突破定植拮抗的办法。比如，拟杆菌存在于人类肠道中，它们与人类具有共生关系，是肠道菌群的重要组成菌。2023年12月11日，山东大学高翔团队在《自然·微生物》（Nature Microbiology）杂志上发表拟杆菌拮抗方面的机制：人体肠道中的拟杆菌会演化出多种特定的杀菌蛋白来对抗其他拟杆菌。这为对抗人体肠道拟杆菌的抗拮提供了线索[iv]。2023年12月15日，牛津大学研究团队在《科学》（Science）杂志上发文揭示，肠道菌群与“入侵”微生物代谢重叠越高的菌种，越有可能成为定植拮抗的核心。换而言之，肠菌移植时，或能以躲避关键核心菌种的方式来实现定植。
虽然已经说了这么多，但我们其实对肠道菌群究竟是怎样排除外来菌群的，仍然知之甚少。关于“定植拮抗”这一现象，目前还存在着很多未知的机制，等待着人们进行更深入的探索。不过好消息是，科学家们已经在肠菌移植治疗上取得了不错的进展。
大数据分析或是实现精准肠菌移植的一条捷径
为促进移植的肠菌成功定植，研究人员正在积极尝试另外一种思路，即在科学机制尚未足够明晰的情况下，通过挖掘那些成功突破定植拮抗的案例背后的规律，来指导肠菌移植治疗。
这个方式的实现至少需要知道：健康人群、不同疾病患者的肠道菌群情况，不同患者接受健康人群菌群的表现等，才有可能对症处理。这就需要对足够多的样本进行规模化研究，从而发现其中的规律。
同济大学附属第十人民医院秦环龙教授领衔团队收录了近万例健康人群和各类疾病人群的肠道菌群数据，并对数千例患者采用“肠菌移植”治疗前后的肠道菌群进行测序，并构建了一个专门的数据库。目前，已经成功建立18种疾病的肠道菌群分类模型，为健康人群和疾病人群的精准配型提供指导，其中部分疾病的匹配成功率可以达到90%。该研究成果获得了2021年上海市科技进步一等奖[v]。
也有研究团队通过数据建模在提升肠菌移植的配对成功率上有所进展。中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队与南京医科大学第二附属医院张发明团队合作，利用智能分析手段，构建了一个粪菌移植中供体-受体匹配的人工智能模型（EDS），可使移植效率从57.1%提升到93.3%。同时该联合团队还发现，供体与患者菌群遗传距离越远越适合移植的规律，这与山东大学高翔团队的发现互相印证，为成功实现粪菌移植提供了更有效的办法。该研究成果于2022年7月20日刊发在《肠道微生物》（Gut Microbes）上[vi]。
中国科学院深圳先进技术研究院合成微生物组学研究中心、深圳合成生物学创新研究院戴磊课题组利用数据驱动的研究方法成功推断定植拮抗的关键物种。那么，粪菌移植挑选遗传距离较远的菌种以实现定植就有了更明晰的选菌范围。该研究发现于2024年3月16日刊载在《自然·通信》（Nature Communications）杂志上[vii]。
除了对精准性的不断探求，“肠菌移植”治疗的标准化也是非常重要的研究方向，也就是如何把健康人便便中的活性菌群通过现代化工业流程变成临床可使用的产品，包括脱色、除味等。
回到最初的问题，即对于前沿科学发现跳过临床研究直奔市场应用的现象，加州大学洛杉矶分校的神经科学家埃默兰• 迈尔（Emeran Mayer）提醒道：“许多人其实是在‘利用’销售补充剂赚了不少钱。”[viii]
至此，哪些令人心动的产品是不是智商税，我想你心中多少有了答案。
[i] https://doi.org/10.1146/annurev-med-042320-014032
[ii] Vagotomy and Parkinson disease: A Swedish register-basedmatched-cohort study. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28446653/
[iii] A gut-derived metabolite alters brain activity and anxietybehaviour in mice https://www.nature.com/articles/s41586-022-04396-8
[iv] https://www.nature.com/articles/s41564-023-01541-5
[v] 变废为宝的新魔法：把“粑粑”变成“治病良方”.《世界科学》，2024年第3期.
[vi] Theinterplay of gut microbiota between donors and recipients determines theefficacy of fecal microbiota transplantation DOI:10.1080/19490976.2022.2100197
[vii] Data-driven prediction of colonization outcomes for complexmicrobial communities https://www.nature.com/articles/s41467-024-46766-y
[viii]https://knowablemagazine.org/content/article/health-disease/2024/gut-brain-axis-parkinsons-disease-microbiome
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：游文娟
审核：陶宁
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
扫码下载APP
科普中国APP
科普中国
科普中国
京公网安备11010202008423号