粑粑會(huì)成為最有前途的醫(yī)學(xué)新前沿嗎？
人體大管家
微生物群作為人類“第二基因組”的貢獻(xiàn)者，不難想象，和人體健康及諸多疾病息息相關(guān)，比如肥胖、炎癥性腸病、自閉癥、帕金森、癌癥等。這層關(guān)系很早被發(fā)現(xiàn)，但微生物藥物這個(gè)概念一直到近些年測序技術(shù)加持下，才得以發(fā)展成生物制藥行業(yè)中頗受追捧的領(lǐng)域，成功吸引了比爾·蓋茨和馬克·扎克伯格等硅谷大亨的注意，并紛紛為相關(guān)研究投資捐贈(zèng)[4]。
微生物和人類關(guān)系圖，圖片來源[6]
伴隨著微生物群研究的深入，一些乍聽匪夷所思的假說也得到初步認(rèn)證：
母乳喂養(yǎng)的功臣竟然是它！
巴氏殺菌處理出現(xiàn)后，21世紀(jì)初模擬母乳的嬰兒配方奶粉產(chǎn)業(yè)得以蓬勃發(fā)展，時(shí)至今日已落入尋常百姓家。但全球范圍內(nèi)提倡母乳喂養(yǎng)的聲音經(jīng)久不衰。說到母乳益處，豐富的蛋白自然功不可沒，潛伏在母乳中的益生菌（雙歧桿菌等）[6]，其功勞也不可小覷。
說到雙歧桿菌，就不得不先聊聊更廣為人知的母乳低聚糖母乳(human milk oligosaccharides，HMOs)。HMO的盛名離不開它的關(guān)鍵技能：刺激有益菌群（比如雙歧桿菌）生長，幫助有益菌群順利在嬰兒腸道落戶。
雙歧桿菌除了增強(qiáng)免疫和改善胃腸道功能外，2019年一群芬蘭科學(xué)家分析了301個(gè)嬰兒的糞便，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌比例高的嬰兒有更多“正能量”，反之則容易感受到恐懼和負(fù)面情緒[7]。當(dāng)然，這只是小樣本探索，表明的是相關(guān)性也不是因果關(guān)系，不過有關(guān)微生物-腸-腦軸與社會(huì)行為的關(guān)系被廣泛研究，微生物群和社會(huì)行為之間的聯(lián)系逐步被建立[8]。
微生物-腸-腦軸與社會(huì)行為的關(guān)系，圖片來源[8]
長途跋涉到大腦搗亂的蛋白
順著微生物-腸-腦軸這條通路繼續(xù)摸下去，2019年約翰霍普金斯大學(xué)的一項(xiàng)研究刷新了認(rèn)知。
帕金森病患者大腦中往往會(huì)出現(xiàn)異常折疊的α-突觸核蛋白。早在2004年，α-突觸核蛋白游走假說就已經(jīng)問世。假說認(rèn)為，有害的α-突觸核蛋白可從胃腸道通過迷走神經(jīng)傳播到腹側(cè)中腦，然后選擇性殺死多巴胺神經(jīng)元。假設(shè)歸假設(shè)，苦于沒有理想的小鼠模型來認(rèn)證。
時(shí)隔15年，約翰霍普金斯大學(xué)科學(xué)家成功建立新的小鼠模型，于是迫不及待來驗(yàn)證這一假說：將α-突觸核蛋白注射到小鼠十二指腸和胃的肌肉層后，果不其然，α-突觸核蛋白順著迷走神經(jīng)直接溜達(dá)到大腦，導(dǎo)致產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元大量死亡，于是小鼠出現(xiàn)了認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)障礙等帕金森病癥狀[9]，進(jìn)一步驗(yàn)證了腸道微生物群和大腦之間的交流不是隔空對話，而是有線溝通。
辛苦熬夜還熬胖了？
微生物和體重之間的故事已不是什么新鮮事。早在2004年就有研究表明，在相同的食物攝入下，無菌小鼠體內(nèi)脂肪含量顯著低于正常小鼠[10]，究其原因，是因?yàn)槟c道微生物可調(diào)節(jié)脂肪吸收與儲(chǔ)存。2021年以色列科學(xué)家也在人體臨床發(fā)現(xiàn)，節(jié)食運(yùn)動(dòng)減肥成功后，如果能再狠下心來服用自己的“糞便膠囊”，可降低體重反彈幅度[11]。
那微生物如何調(diào)節(jié)脂肪吸收和儲(chǔ)存呢？順藤摸瓜，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這和生物鐘密切相關(guān)。要知道生物鐘被打破后，一系列包括肥胖在內(nèi)的代謝相關(guān)疾病就乘虛而入[12]。
生物鐘在代謝疾病中的作用，圖片來源[12]
支持此理論的證據(jù)之一來自得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的研究。研究發(fā)現(xiàn)，腸道中革蘭氏陰性細(xì)菌可產(chǎn)生鞭毛蛋白等物質(zhì)，通過一系列信號(hào)傳導(dǎo)，促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞攝取脂肪酸，以及脂肪儲(chǔ)存[13]。好巧不巧，打破生物鐘剛好會(huì)提高腸道中革蘭氏陰性細(xì)菌的豐度[14]。這也就意味著，熬夜雖然辛苦，但被擾亂的生物鐘給了革蘭氏陰性細(xì)菌趁虛而入的機(jī)會(huì)，進(jìn)而堆積脂肪引發(fā)肥胖。
返老還童的長壽菌
2021年，兩篇重磅研究橫空出世，試圖揭開長壽秘密。先是日本科學(xué)家辛苦找來160位百歲老人（平均年齡107歲），以及112位85-89歲的老年人，還有47位年輕人（21-55歲）。
這大動(dòng)干戈到底是為什么？原來是基于一個(gè)大膽猜測：百歲老人長壽的線索可能就存在在腸道微生物群。通過比較果不其然，百歲老人排泄物的微生物群富含能夠產(chǎn)生獨(dú)特膽汁酸的微生物，而這些微生物會(huì)阻止炎癥和與衰老相關(guān)的疾病[15]。
當(dāng)然此研究有一定局限性，比如幸存者偏差：百歲老人如假包換，但研究中入組的年輕人是否會(huì)成為百歲老人，這還是未知數(shù)，需要長時(shí)間的的縱向調(diào)查來驗(yàn)證。
無獨(dú)有偶，另一項(xiàng)小鼠實(shí)驗(yàn)提供了更為直接的證據(jù)：將少年鼠（3-4個(gè)月）糞便微生物群移植到老年鼠（19-20個(gè)月）體內(nèi)后，成功逆轉(zhuǎn)了與衰老相關(guān)的生理變化，改善了認(rèn)知行為[16]。值得提醒的是，此類研究還停留在概念階段，年輕人切勿打自己排泄物的主意。
臭名遠(yuǎn)揚(yáng)的糞便藥丸
說起糞便藥丸起源，大約可以追溯到公元四世紀(jì)的中國。盡管還沒有微生物這個(gè)概念，當(dāng)時(shí)民間所謂的黃湯治療腹瀉，其實(shí)就是含有大量活菌的糞便漿液。東晉時(shí)期葛洪所著的《肘后備急方》便描述了人糞治療食物中毒、腹瀉等案例，中醫(yī)典籍《本草綱目》也記載了多達(dá)二十多種人糞治病的療方[17]。
類似方法在第二次世界大戰(zhàn)期間也用于非洲，據(jù)報(bào)道該地區(qū)德國士兵和游牧民族使用駱駝糞便治療嚴(yán)重的痢疾[18]。1958年，科羅拉多大學(xué)外科醫(yī)生本·艾斯曼(Ben Eiseman)團(tuán)隊(duì)利用糞便灌腸劑成功治療了4例嚴(yán)重的偽膜性腸炎患者，開啟了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)人糞治病的新篇章[19]。
之后半個(gè)世紀(jì)里，此類療法正式命名為“糞菌移植”。2013年憑借在艱難梭菌感染(clostridium difficile infection, CDI）的突出成績，糞菌移植被列入美國治療CDI臨床指南。盛名之下，醫(yī)療機(jī)構(gòu)紛紛跟進(jìn)，甚至有人在網(wǎng)絡(luò)上公布制備糞懸液和灌腸的方法，鼓勵(lì)患者在家做自助式糞菌移植治療。面對這種紛亂現(xiàn)象，美國FDA緊急采取行動(dòng)發(fā)布了公開聲明[20]，要求醫(yī)生采用糞菌移植前必須提出新藥研究申請，至此糞菌移植走上規(guī)范之路。
過去十年中，糞菌移植被廣泛用于治療耐藥性CDI，其療效高于90%[21]。相比之下，抗菌藥物就相形見絀了：25%患者在初始療程后復(fù)發(fā)，多次復(fù)發(fā)患者后續(xù)復(fù)發(fā)率超過50%[22]。因此糞菌移植投入實(shí)用以來，每年僅在美國就有約4.8萬例[23]。
當(dāng)然，“新”療法的發(fā)展難免往往具有戲劇性，其中一個(gè)頗受詬病的插曲就是“野生化”運(yùn)動(dòng)。
“野生化”運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志性事件來自2017年《科學(xué)》雜志有關(guān)哈扎人微生物群研究的論文。通過研究世界上僅存少數(shù)傳統(tǒng)狩獵人群之一的哈扎人，作者得出兩個(gè)結(jié)論，第一，哈扎人微生物群存在季節(jié)性變化；第二，哈扎人微生物群和工業(yè)化城市居民的微生物群大不相同[24]。
論文作者之一賈斯汀·索南伯格(Justin Sonnenburg)接受采訪時(shí)提到，傳統(tǒng)狩獵人群中部分微生物群非常豐富，而在西方人群中卻稀有甚至消失。伴隨著工業(yè)化，我們正在無可挽回地失去這些微生物[25]。
工業(yè)化對人體腸道菌群的影響，圖片來源[25]
論文另一作者杰夫·利奇(Jeff Leach)身體力行，直接用自己做實(shí)驗(yàn)。他曾充滿詩意地描述：2014年一個(gè)晚上，當(dāng)太陽從坦桑尼亞的埃亞西湖上落下時(shí)，我將裝滿哈扎人糞便的注射器插入體內(nèi)。杰夫這么做便是試圖通過改造體內(nèi)微生物群來預(yù)防現(xiàn)代社會(huì)慢性疾病。之后杰夫深陷性丑聞，慢慢從大眾視野消失，杰夫和哈扎人的故事也告一段落。
坦桑尼亞的狩獵采集人群哈扎族成員 圖片來源：斯坦福大學(xué)官網(wǎng)
隨后，2018 年發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一篇論文中，人類微生物組教授馬丁·布拉澤(Martin Blaser)再次展示了“野生化”的理由：由于廣泛使用抗生素、加工食品，以及缺乏纖維的飲食，工業(yè)化社會(huì)中人類微生物組更容易受到疾病侵襲[27]，并強(qiáng)調(diào)野化人類微生物組返璞歸真，必須成為生物醫(yī)學(xué)的優(yōu)先事項(xiàng)[25]。
無論是醫(yī)療還是道德角度，“野生化”運(yùn)動(dòng)引發(fā)了激烈爭論。反對聲音層出不窮，先是攻擊其證據(jù)不夠充分，比如說哈扎人不能完全重現(xiàn)工業(yè)化前人類狀況，更多不滿來自于道德方面的批判，一些人類學(xué)家將“野生化”運(yùn)動(dòng)打上掠奪性和帝國主義的標(biāo)簽，認(rèn)為這是西方研究人員受益土著人數(shù)據(jù)的另一個(gè)案例，是對哈扎人弱勢群體赤裸裸的利用。
無論怎樣，糞菌移植已成為主流醫(yī)學(xué)的一部分，各種升級(jí)版也應(yīng)運(yùn)而生。比如SER-109是一種口服微生物組合藥丸，可免去傳統(tǒng)結(jié)腸鏡遞送的不便。2022年初《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上報(bào)道，CDI安慰劑組中復(fù)發(fā)比例為40%，而在SER-109組中僅為12% [28]。
誰是腫瘤免疫療法的好朋友
毋庸置疑，微生物群療法在CDI等領(lǐng)域大放光彩。從市場來看，腫瘤學(xué)領(lǐng)域具有更大潛力?？上驳氖牵瑯踊馃岬哪[瘤免疫療法，不知不覺和微生物療法碰撞出了火花，這強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合會(huì)帶給我們什么樣的驚喜呢？
微生物和腫瘤免疫療法第一次關(guān)鍵性會(huì)面發(fā)生在2015年?！犊茖W(xué)》雜志于11月“背靠背”發(fā)表了兩篇論文，分別來自美國和法國。芝加哥大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)如果將雙歧桿菌口服給予小鼠，結(jié)合PD1抑制劑（一種腫瘤免疫療法），可共同消除腫瘤[29]。法國研究團(tuán)隊(duì)則發(fā)現(xiàn)，另一腫瘤免疫療法（CTLA-4抑制劑）對服用抗生素或無菌小鼠并無效果，除非額外給小鼠補(bǔ)充多形擬桿菌等腸道微生物[30]。
在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的出奇效果啟發(fā)下，科學(xué)家們繼續(xù)深耕，研究對象從小鼠升級(jí)到癌癥患者。2017年底到2018年初，《科學(xué)》雜志又公布了三項(xiàng)重磅研究 [31-33]。
2018年1月《科學(xué)》雜志封面
研究發(fā)現(xiàn)使用過廣譜抗生素的患者腸道菌群紊亂，最終導(dǎo)致PD-1抑制劑藥效極大降低[31-32]。芝加哥大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對比了轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者接受免疫療法前后的腸道菌群變化，發(fā)現(xiàn)對免疫療法有反應(yīng)的患者體內(nèi)長雙歧桿菌，產(chǎn)氣柯林斯菌等更多。有意思的是，將這些細(xì)菌分離出來移植給小鼠，免疫療法效果也變得杠杠的[33]。
此外科學(xué)家們還做了小鼠“化身”的嘗試，也就是將免疫療法應(yīng)答者和無應(yīng)答者患者的糞便分別轉(zhuǎn)移到無菌小鼠。接受無應(yīng)答患者糞便的小鼠一脈相承，對免疫療法無動(dòng)于衷，但繼承了應(yīng)答患者糞便的小鼠則療效良好。
腸道微生物群對PD-1療法的影響，圖片來源[34]
既然微生物群和癌癥患者的腫瘤免疫療效有關(guān)，那是不是可以順著這條思路，通過改變腸道菌群來刺激患者對免疫療法的反應(yīng)？于是菌群移植又迎來了一展拳腳的好機(jī)會(huì)。
以色列研究團(tuán)隊(duì)率先有了在人體測試的想法，于是收集了兩名轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的糞便樣本，這兩位患者被選中的原因是他們接受PD-1藥物治療后，表現(xiàn)出完全緩解達(dá)一年以上，暫且叫他們捐贈(zèng)者A和捐贈(zèng)者B。有意思的是，接受捐贈(zèng)者A糞便移植的5名患者中有3名患者重獲對PD-1藥物的反應(yīng)，但接受捐贈(zèng)者B糞便移植的5名并不能復(fù)制[35]。另一研究中，16名患者中6名患者接受糞便移植后也獲得了臨床益處[36]。
結(jié)語
雖然取得一定成功，微生物療法迄今的成就的還遠(yuǎn)未達(dá)到人類預(yù)期，更多謎團(tuán)有待解開。比如患者體內(nèi)微生物組變化能引發(fā)疾病還是疾病導(dǎo)致的結(jié)果，也就是雞生蛋蛋生雞的經(jīng)典命題。此外，人體微生物可是億萬級(jí)別的，如果有確鑿證據(jù)證明某些微生物能治療癌癥或其他疾病，又如何確保這些外來菌能夠和體內(nèi)生活多年的土著菌火拼幸存，而不是匆匆過客？事實(shí)上，從對益生菌的研究來看，部分人群對外來菌接受程度頗高，部分人群鹽油不進(jìn)，外來菌根本沒機(jī)會(huì)落腳。
有關(guān)微生物療法和腫瘤免疫的碰撞，更撲朔迷離。為何上文提到的捐贈(zèng)者A和捐贈(zèng)者B糞便移植效果大相徑庭？論文給出了一定解釋，但一環(huán)扣一環(huán)，更多疑問會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)。又比如說，不同研究組尋找助力PD-1療法的友菌時(shí)，哪怕是同樣癌癥類型，發(fā)現(xiàn)的友菌種類也不盡相同。
現(xiàn)階段興許最好的方式是留出時(shí)間空間讓微生物研究自由生長，在沒有足夠批判性評估情況下，過度推崇和夸大其詞廣告就好比在冒險(xiǎn)沖浪，不但對發(fā)展無益，還會(huì)損害迄今為止所做的努力和嘗試。
作者簡介 ：
丁零，生物化學(xué)博士，青年寫作者。武漢大學(xué)本科，曾就職MD安德森癌癥中心，現(xiàn)從事咨詢行業(yè)。
責(zé)編 | Winner
saixiansheng@zhishifenzi.com
