肠道菌群研究：99.99%的研究取的是便便样本，这靠谱吗？
肠道菌群研究：99.99%的研究取的是便便样本，这靠谱吗？
肠道菌群研究是近年来生命科学领域的热点之一，但这一领域的研究现状究竟如何？本文将从多个角度探讨肠道菌群研究中存在的局限性和不成熟之处，帮助读者更全面地理解这一复杂而重要的研究领域。
很多人可能万万想不到，目前肠道菌群研究其实是“粑粑菌群”研究，也就是针对便便里的微生物的研究。全球的肠道科学家，正前仆后继地在粑粑里挖宝，希望实现让人类和动物更健康的目标。
一批又又一批的顶尖成果就是这样取得的，但这里面有一个很大的bug，那就是便便只是在消化道最末端排出来的“终产品”，消化道（包括其中的肠道）很长，每一段里的微生物都是跟便便里的一样吗？
2020年11月18日，王军军、魏泓、赵江潮三位教授领衔，在 Microbiome 期刊发表文章说，猪里不同肠段的微生物物种截然不同，定植能力和功能也都不同。
研究发现，将猪不同肠段的菌群移植给无菌小鼠，特定肠段的供体菌群及其功能，倾向于定植在受体的对应肠段内。例如，供体小肠中的变形菌、乳杆菌和蓝细菌易在受体小肠中定植，供体大肠中降解碳水的厌氧菌易定植在受体大肠内。对比粪菌移植（FMT）和全肠菌群移植（WIMT）发现，FMT主要转移了大肠菌群，小肠微生物定植极少，而WIMT更有助于供体小肠菌群及其功能植入到受体小肠中；且WIMT更能促进受体小肠上皮形态发育、减少系统性炎症应答。
用猪去做研究，伦理要求比人低很多，甚至可以“杀猪取菌”；而针对人的研究，则严重受限于取样，除了极少数利用大体捐赠者或犯罪现场标本做的，几乎取不到粪便之外的样本。
事实上，能在人肠道原位取样的方法，刚刚于去年（2023年）在 Nature 和 Nature Metabolism 上被报道，其实也只能在4个位点取到样本。
研究者开发了一种可吞咽设备，能在正常消化过程中从人的特定肠道区域采样。收集15个健康人不同肠段240个肠道样本，多组学分析表明，肠道中的细菌、噬菌体、宿主蛋白和代谢物与粪便的有显著差异。相较于粪便，肠道样本中的菌群多样性较低，特定微生物被差异性富集（优势菌），且原噬菌体诱导更为普遍；宿主蛋白组和胆汁酸谱沿肠道变化，且与粪便很不同；分析胆汁酸浓度梯度与肠菌丰度间的关联，表明特定肠菌通过去结合作用改变胆汁酸池；肠菌介导生成的结合型胆汁酸的浓度变化模式呈现氨基酸特异性。
即便以后有更好的方法，可以在肠道里随意取样，但也还有一个关键性的问题。那就是菌群在肠道里是高度变化的，采到的样本只能代表采集那一时刻的样子，就像相机快门按下，只是一张照片，而不是动态情况。
事实上，菌群跟你一样，会随着生物钟而改变。
研究显示，昼夜节律和代谢之间高度相互干扰，而代谢综合征与多种癌症发生风险的增加有关；微生物节律与宿主昼夜节律紧密相关，宿主和菌群两者节律完好是维持宿主代谢稳态的关键；不良生活方式（如不规律睡眠、较晚进食）造成昼夜节律紊乱，改变肠道菌群组成，进而影响代谢综合征的发展；机制上，细菌通过模式识别受体（依赖接触）、分泌短链脂肪酸等代谢物（不依赖接触）、影响肠道屏障完整性等方式，影响宿主昼夜节律和新陈代谢。
因此，我们绝不能否认之前研究所取得的重大突破和意义；但同时也要意识到，99.99%的研究取的是便便样本，是有局限性的，可能带来许多不靠谱的结论。
此外，还有一些重大关键问题仍旧没有解决得很好，比如，健康的微生物组到底长什么样？怎样的菌群结构是好，怎样是坏，没有公认标准，所谓“菌群失调”可能是个伪命题。再比如，之前大部分研究只关注了细菌，人类对肠道的真菌、噬菌体、古菌、原生生物等微生物的了解还比较有限。
较为全面的人类肠道噬菌体的基因组数据库是2021年2月才在 Cell 发布的。研究分析全球28060个人肠道宏基因组和2898个肠道细菌参考基因组，获得约14.2万个人肠道噬菌体基因组，建立肠道噬菌体数据库（GPD），鉴定出2.1万个病毒群（VC，近似于属水平），大大扩展了肠道噬菌体的多样性；噬菌体宿主分析显示，厚壁菌门细菌的噬菌体多样性最高，且约36%的VC有不止一种细菌宿主；肠道噬菌体组的类型与人生活方式相关，鉴定出280个在全球广泛分布的VC，包括1个与p-crAssphage有相似特征的进化枝Gubaphage。
而相对系统研究原生生物的文章是去年（2023年）12月才在 Cell 发表。研究从工业化和非工业化人群中鉴定出副基体纲原生生物，揭示其多样性；在小鼠中发现副基体纲三毛滴虫属新物种（Tc），与此前研究的同属物种Tmu有不同的代谢特征；代谢差异影响了Tc和Tmu的免疫调控作用：二者都能诱导小肠Th1/Th17，但由于只有Tmu能排出琥珀酸因而能诱导Th2免疫；代谢差异还决定了二者在菌群中的生态位（Tc利用宿主黏液聚糖、Tmu偏好膳食纤维），影响与特定共生菌的跨界竞争；调节膳食纤维组成可控制Tmu诱导的2型免疫。
据我所知，迄今最系统介绍肠道真菌的文章，下个月可能会由中国团队在顶刊发表，大家拭目以待吧！
回到正题，我们对肠道菌群的了解确实还非常有待加深！
一些矛盾的结果也值得我们关注，比如不少文章说嗜黏蛋白阿克曼氏菌（AKK菌）牛，有益；但是也有研究显示AKK成为坏蛋，并非无害。不单单是AKK菌，很多菌（包括一些益生菌）都有正反不一的研究结果。
研究显示，黏附侵袭大肠杆菌（AIEC）等利用L-丝氨酸的细菌在炎症性肠病患者中体内富集；限制L-丝氨酸饮食通过肠道菌群加剧DSS诱导的小鼠结肠炎，同时导致致病性的AIEC和嗜粘蛋白阿克曼菌（Akk菌）大量繁殖；Akk菌对粘液层的降解促进AIEC对上皮的侵袭；AIEC和Akk菌在L-丝氨酸缺乏下协同加重结肠炎；AIEC利用宿主来源的L-丝氨酸来抵抗膳食中L-丝氨酸的缺乏。
还有特别要注意的就是，在动物身上的有效研究，在人身上则未必有效。美国 Synlogic 公司的团队，把动物实验结果发表在了最顶尖的期刊，但是在人身上做研究，完败！公司已经宣布关门，令我嘘唏不已。
2024年2月12日，Synlogic公司宣布，终止SYNB1934治疗苯丙酮尿症（PKU）的3期临床试验Synpheny-3；该决定是基于独立数据监测委员会（DMC）评估之前的内部审查结果，评估结果表明该试验不太可能达到其主要终点，并非基于对安全性或耐受性的担忧；基于此，Synlogic将停止运营，并减少90%以上的员工，只保留某些员工来协助战略审查和协助终止研究；受此消息影响，Synlogic股价腰斩，目前市值仅剩1600万美元；Synlogic公司董事会计划对战略选择进行评估，以提高股东价值，其中包括但不限于收购、合并、反向合并、其他业务合并、出售资产、解散或其他战略交易。
因为各种原因，还有不少不靠谱的。比如，同一份样本送到不同检测公司，给出来的报告截然不同，说明样本处理、检测、质控、解读都不成熟；不少菌群干预方法，比如一些益生菌，可能是在“盲打”，并没有特别多的数据和循证支撑，非但无益，可能还带来一些风险。
研究显示，在小鼠和健康受试者中，分析混合益生菌干预和自体粪菌移植（aFMT）如何影响抗生素扰动后的肠道菌群和肠转录组恢复；抗生素显著促进了人益生菌在人体肠粘膜的定殖，但该作用在小鼠中较轻；与无干预的自发性恢复相比，益生菌明显推迟了宿主的粪便和肠粘膜菌群的重建及宿主转录组的恢复，且使其难以完全复原；而aFMT可使菌群和人体肠转录组在几天内近乎完全复原；体外实验中，益生菌诱导的菌群抑制作用与乳杆菌属分泌的可溶因子有关。
所以，尽管肠道菌群领域取得了令人瞩目的发展，但我们依然需要极其客观冷静地知道这个领域的不成熟、不靠谱。当然，科学家和产业界都在不断地探索，更多分子机制被揭示，更多因果关系被确立，更多循证证据被积累，这些都在促进领域的成熟和靠谱。
本文原文来自热心肠研究院