贝特朗·胡蒂在巴黎肿瘤学家圈子里有一个很悲惨的名声，大家都叫他 “粪便先生”。自 2015年起，作为法国古斯塔夫·胡西癌症研究中心的博士生，胡蒂要从不同医院收集接受过癌症治疗的患者的粪便标本。医生们可一点都不给他留情面。“他们取笑我，还给我取了这个绰号。”胡蒂说。

    但是当胡蒂及其同事发表论文，证明某些肠道细菌似乎可以提高患者对抗癌治疗的反应后，就不再有嘲讽声了。现在，那些医生正急于分析患者的粪便样本，希望可以预测抗癌药物会对哪些病人有效。

    目前就职于加拿大蒙特利尔大学健康中心的胡蒂说：“对于很多尚不知道肠道微生物临床相关性的人来说，这一发现可谓令人大开眼界。”

    肠道菌群：诱发癌症抑或抗癌？

    科学家们以往的研究发现，肠道微生物与几十种疾病有相关性，其中包括抑郁症和肥胖症，甚至和癌症之间也存在某种诱发关系。

    但肠道细菌也可以帮助对抗肿瘤。研究表明，部分癌症治疗实际上依靠肠道微生物激活免疫系统。

    由微生物引发的炎症会促使某些肿瘤发生。随着癌症免疫疗法的兴起，科学家开始更进一步研究肠道微生物如何与免疫治疗相互作用。

    小鼠和人体试验的初步结果显示，肠道细菌可以影响抗癌药物的疗效，于是科学家开始尝试探索这背后的机制。同时，研究人员也准备开展一些临床试验，以验证是否可以通过调整肠道微生物来改善药物疗效。
 
    虽然对于肠道微生物和免疫疗法之间关系的研究热潮到目前只有短短三年，但科学家对于肠道微生物和癌症之间关系的探索则可以推到更久之前。例如，科学家在上世纪九十年代首次将幽门螺杆菌与胃癌联系起来。在那以后，科学家发现了其它可能与癌症发生或进展相关的细菌。这些微生物中有的会激活炎症反应，破坏黏液层，导致病原体的进一步入侵，从而营造了促肿瘤生长的环境；有的还可能通过增加细胞抗药性促进癌细胞生存。

    但肠道细菌也可以帮助对抗肿瘤。2013年，古斯塔夫·胡西研究所的劳伦斯·齐托沃盖尔团队和美国国家癌症研究所的两个研究团队实验表明：部分癌症治疗实际上依靠肠道微生物来激活免疫系统。

    齐托沃盖尔团队发现，化疗药物环磷酰胺会破坏肠道内的黏液层，使得一些肠道细菌借此进入淋巴结和脾脏，激活特定的免疫细胞。而在那些肠道中没有微生物或事先给予抗生素的小鼠身上，环磷酰胺在很大程度上失去了疗效。

    根据这一观察结果，齐托沃盖尔决定进一步探索肠道细菌是否会影响一类被称为  “检查点抑制剂”的免疫治疗药物的疗效。这些药物通常是针对细胞表面分子如CTLA-4和PD-1的抗体，会激活人体免疫系统对抗肿瘤细胞。临床上，检查点抑制剂已经被用于治疗多种不同癌症，但只有20%-40%的人对检查点抑制剂治疗有反应。

    2015年，齐托沃盖尔的团队在实验中发现，无肠道微生物的小鼠对这类药物没有反应，而补充特定细菌——脆弱拟杆菌的小鼠，比未补充的小鼠反应更好。

    随后越来越多的科研人员开始关注到这一关系。芝加哥大学的癌症临床医生托马斯·加耶夫斯基报告称，双歧杆菌属微生物可提高小鼠对癌症免疫治疗的反应。这些肠道细菌可以通过增强某些免疫细胞的功能来对抗肿瘤。

    美国德州大学MD安德森癌症中心的外科医生珍妮弗·沃戈在一次学术会议上看到了这些结果，当她返回德克萨斯后，就立即开始收集即将在她所在机构接受免疫治疗的皮肤癌患者的粪便样本。去年11月，美国和法国的三个团队都在 《科学》上发表了研究结果，将特定肠道菌群和机体对免疫治疗的反应联系起来。其中法国的团队利用胡蒂在巴黎收集的样本研究表明，服用广谱抗生素的人往往对免疫疗法反应不佳，原因就是肠道菌群受到了破坏。

    为了进一步验证这种关系，研究人员将接受治疗的癌症患者的肠道细菌转移到罹患同类癌症的小鼠肠道中。获得治疗有效患者的 “有益”细菌的小鼠，体内肿瘤明显要小于接受治疗无效患者肠道微生物的小鼠。波士顿儿童医院的微生物学家尼尔拉吉·苏拉纳说： “所有这些发现都非常令人兴奋。因为这意味着菌群研究可能具有明确的治疗价值。”

    向临床试验进军
 
    调节肠道微生物有可能给癌症治疗带来一场颠覆性的革命。目前，国际上多个生物技术公司和制药公司正计划将此类试验推向临床，进一步验证这一可能性。

    研究人员正在进一步验证这一可能性。匹兹堡大学的免疫学家哈桑·萨普尔与默克国际制药公司合作，收集那些对检查点抑制剂治疗有反应的患者的粪便细菌，并将其转移到无反应患者的肠道内，这一过程称为 “粪菌移植”。默克公司已经为这项试验投入了大约90万美元，试验将在未来几周内开始。

    沃戈也在计划类似的试验。她与加利福尼亚州的帕克癌症免疫疗法研究所以及马萨诸塞州的塞莱斯生物技术公司 （Seres Therapeutics）合作，期望能够测试粪菌移植是否能够以有益的方式重塑无应答者的肠道微生物组成。

    微生物移植正在成为一些非癌症疾病的主流治疗方法。例如，今年2月，美国传染病学会建议医生使用粪菌移植方法治疗由艰难梭菌引起肠道感染且常规治疗无效的患者。

    但粪菌移植也有缺点。为避免移植受者感染病原微生物，研究人员必须谨慎选择供者，且在移植之前对粪便物质进行纯化。为避免病原感染，塞莱斯公司、帕克研究所和沃戈将测试一种含有产孢细菌的药丸，这些细菌是从药物治疗有应答患者的粪便中纯化出来的。

    加耶夫斯基和他在剑桥的生物技术公司 （Evelo Biosciences）的合作伙伴也有类似的研究。 他们的试验将评估两种含有单一细菌菌株的药丸对结肠癌、皮肤癌患者的效果。

    齐托沃盖尔并不准备开展临床试验，但她和别人合作成立了一家初创公司，总部设在特拉华州，目前正在开发一种基于微生物的药物。

    目前尚不清楚微生物究竟是如何与免疫治疗药物相互作用的。目前接受程度较广的假设是，部分肠道菌群可能使免疫系统更容易被免疫治疗药物激活。但背后的具体机制，包括哪一种细菌调控了哪一种免疫细胞，仍然是一个谜。

    研究人员希望临床试验能够说明一些问题。例如，沃戈正在研究细菌代谢物。她的团队希望在对治疗有反应的患者的粪便和血液中，找到与治疗反应相关的代谢特征，并记录试验参与者的血液和肿瘤中的免疫细胞数量。

    加耶夫斯基认为，微生物可能通过刺激肠道细胞产生某些分子来促进免疫反应。他的团队正在研究给予特定细菌后，小鼠的循环免疫细胞前体是否会发生改变。与此同时，他们也试图确定哪些细菌可能会促进产生正面疗效。

    为时尚早，还是恰逢其时？

    尽管利用肠道微生物提高药物疗效是“一个非常巧妙的方法”，为癌症治疗打开一个新的通道，但也有科学家认为，现在就将这一理论推向临床为时过早。 “令人感到担忧的是，目前尚不能确定调节肠道微生物带来的只有积极的一面。”

    考虑到目前存在的诸多不确定性，一些科学家认为此时进行人体测试存在风险。苏拉纳表示，部分参与者可能会出现不良反应。改变个体肠道微生物的组成可能增加他们罹患其它疾病的风险。

    粪菌移植存在许多未知数。沃戈说，尽管粪菌移植在许多非癌症患者身上已经被证明安全有效，但是治疗过程中也会有意外情况发生，其中包括一名患者出现了体重增加，甚至肥胖。“我们应当注意试验的安全性吗？当然。”沃戈说，“但我强烈认为安全性并不应阻碍我们开始这些试验。我们只是需要好好设计一下，它们确实能告诉我们很多。”

    加耶夫斯基计划一次试验只测试一种双歧杆菌菌株的效果，他对研究的安全性抱有很大的信心。“人们服用双歧杆菌已有一千年了。”他说。双歧杆菌自婴儿时期就存在于肠道中，且数量会随着年龄增长而减少，所以它们至少应该是安全的。

    目前尚不清楚单一菌种是否对癌症患者有益，如果有益，又是哪一种具体细菌。 去年发表在 《科学》上的论文将最佳疗效与不同的细菌关联了起来，即便对同种癌症的同种治疗方法也是如此。

    沃戈说，这些研究分别纳入了来自法国和美国的癌症患者，因此饮食可能可以解释部分差异。此外，“样品采集、数据分析和统计方法也可能导致结果出现偏差。”法国国家农业研究所的生物学家乔艾勒·多赫说。他曾在2011年帮助推出了国际人类微生物组标准 （IHMS）项目，旨在提高微生物组研究中的数据可再现性。

    哈佛大学流行病学专家哈纳吉说，即使是两项分析美国罹患相同肿瘤的人群的研究，其发现的有益微生物也只是部分重叠。如果研究人员无法弄清楚产生这些差异的原因，那他们可能无法解读临床试验的结果。

    哈纳吉认为，在开始临床试验之前，三个研究组应该尝试重现彼此的结果，并就一组 “有益的”微生物达成共识。“这些细菌的任何一种都可能有用。”但不一致可能意味着结果不可重复。

    这是微生物组学研究常常遇到的问题。哈纳吉说：“很多研究发现要么经不起检验，要么后来发现比最初想象的复杂得多。”  麻省理工学院的微生物学家、癌症生物学家苏珊·艾德曼则表示，IHMS项目开发的标准应该会有所帮助，但科学家可能不愿意在研究中使用这些标准。因为按照标准做可能会以丧失创新性为代价，而科研人员正是通过在不同条件下进行研究才能有科学发现。

    沃戈认为该领域的研究应该应用标准化方法收集样本、分析结果，并在更大的患者样本中进行验证。自去年以来，她的小组分析了500多名接受过不同治疗的皮肤癌患者的粪便。

    他们的研究与齐托沃盖尔团队的研究同时进行，他们的研究对象是联合使用两种免疫疗法的患者，研究目标是确定哪种肠道细菌介导了患者对联合治疗的反应。沃戈希望肠道菌群最终可以帮助确定哪些患者会对哪种抗癌疗法有反应。“我们是否可以将肠道菌群用作生物标志物？这是非常值得探讨的问题。”她说。

    胡蒂说，短期内还需要收集更多粪便标本，现在肿瘤科医生可能不会再像之前那么惊讶了。目前他正和自己的团队一道研究肠道微生物如何促进免疫治疗。在癌症治疗领域， “肠道微生物已经从被忽视的小角色变成了 ‘超级巨星’。”他说， “现在就要看它们是否名副其实。”

    提及细菌，人们就会想起沙门氏菌、结核杆菌等很多致病细菌，但细菌也不全都是有害的，人体肠道内就有很多益生菌一直在默默守护着我们，它们可以帮助消化食物、分泌一些我们不能合成的营养素，增强我们的免疫力等。近日，斯坦福大学的科学家们还发现，肠道菌群分泌的副产物可以帮助抵御致病的沙门氏菌。

    沙门氏菌感染常常会引起感染者腹泻，发烧和腹部绞痛，大多数病例是由受污染的食物引起的。根据美国疾病控制和预防中心的数据，沙门氏菌每年导致大约120万例疾病，其中23,000例住院，450例死亡。

    美国斯坦福大学医学院的研究人员近日发现了一种由肠道共生菌群分泌的副产物，可以帮助抵御沙门氏菌。该研究成果于2018年7月26日在线发表于Cell子刊 《Cell Host & Microbe》杂志上。

    “人类对细菌感染的反应不同：有些人感染了细菌，有些人却没有感染；有些人因此患病了，有些人却保持健康；有些人会传播细菌，有些人却可以将细菌清除。”微生物学和免疫学教授，该论文的通讯作者Denise Monack博士说，“这些差异存在的原因一直是一个谜，而我们的发现可能会揭开这一谜团。”

    Denise Monack博士带领的研究团队从一项多年来在该领域得到认可的观察开始着手：两种近交系小鼠在被病原体感染后，其肠道中含有不同水平的沙门氏菌。 “最大的挑战是确定为什么会发生这种情况，”论文第一作者，Amanda Jacobson博士说。

    首先，研究人员通过进行粪便移植实验，确定沙门氏菌生长的差异可归因于每种小鼠肠道中细菌的天然组成。他们先给予小鼠抗生素以杀死其正常的肠道细菌，然后用其他小鼠的粪便替换这些小鼠的肠道微生物群落，结果发现，其中一些小鼠对沙门氏菌感染具有了抗性。随后，研究人员通过使用机器学习工具分析不同菌群中菌株的不同，来确定哪些微生物与沙门氏菌感染的抵抗力增加有关。

    最后，他们找到了一种特殊的细菌，拟杆菌（Bacteroides），这种细菌在移植了对沙门氏菌具有保护作用的微生物群的小鼠肠道中更为丰富。拟杆菌在代谢过程中会产生短链脂肪酸，如甲酸盐，乙酸盐，丁酸盐和丙酸盐，并且在保护沙门氏菌生长的小鼠中丙酸盐水平会高三倍。

    沙门氏菌

    在随后的研究中，他们发现该丙酸盐对沙门氏菌的生长有直接的影响：丙酸盐会显着降低细胞内pH值，从而增加细菌开始分裂和生长所需的时间，并最终抑制了沙门氏菌的生长。

    “总的来说，我们的研究结果表明，当拟杆菌产生的丙酸盐浓度很高时，沙门氏菌不能提高其内部pH值，以启动促进其生长所需的细胞功能，”Amanda Jacobson博士说， “当然，我们想知道这在人类身上是不是也能起到相同的作用，接下来的研究步骤将包括确定小分子丙酸的基本生物学特性以及它如何在分子水平上起作用。”

    治疗沙门氏菌感染有时需要使用抗生素，但这可能会使沙门氏菌引起的疾病或食物中毒病情变得更糟，因为它们也会杀死保持肠道健康的“好”细菌。而使用丙酸盐治疗这些感染可以克服这种局限。对此，Monack还补充说：“减少抗生素的使用是丙酸盐带来的一个额外的好处，因为过量使用抗生素会增加微生物耐药的风险。”

参考资料：
1）Gut bacteria byproduct protects against Salmonella
2）Gut bacteria byproduct protects against Salmonella, study finds

    在怀孕期间，母亲的饮食可能会影响其婴儿肠道微生物的组成，即生活在肠道中的细菌群落，根据发表在开放性期刊《微生物组》（Microbiome）上的研究，这种影响可能因分娩方式而异。

    该研究的主要作者萨拉·伦德格伦（Sara Lundgren）说：“我们的研究表明，母亲的饮食与婴儿肠道微生物有关。”这方面的知识可能是为孕妇和哺乳期妇女制定基于证据的饮食建议的关键。

    研究人员对美国东北部新罕布什尔州１４５名婴儿的粪便样本进行了分析。他们在９７名顺产婴儿的肠道中发现了３种不同组成的菌群，其中１型群落含有大量双歧杆菌，２型群落有大量链球菌和梭菌，３型群落含有丰富的拟杆菌。另外４８名剖宫产婴儿的肠道中也发现了３种不同组成的菌群，但剖宫产婴儿的肠道菌群组成不同于顺产婴儿，例如剖宫产婴儿的３型群落中肠杆菌含量较高。

    研究人员还观察了怀孕母亲饮食对婴儿肠道菌群的影响。在顺产婴儿中，母亲每天多吃一些水果，婴儿肠道中的链球菌和梭状芽胞杆菌要高出2.73倍；如果母亲每天吃的水果更少，那么顺产婴儿肠道中的双歧杆菌就会减少，而剖腹产婴儿的双歧杆菌则会增加，这些细菌变化还与母亲食用红肉和加工过的肉有关。在剖腹产下的婴儿中，产妇每天吃红肉和加工多的剖腹产婴儿链球菌和梭状芽胞杆菌要高出2.36%。

    Lundgren说：“我们对顺产的婴儿和剖宫产的婴儿进行了不同分析，之前了解到在顺产过程中母体的微生物群会转移到婴儿身上，但在剖宫产过程中就不会。婴儿肠道中的微生物会因分娩方式不同而有所不同，但我们惊讶地发现，一些微生物的多少还与母亲的饮食有关。”

    在这项研究中观察到的结果，可能部分与母亲在哺乳期间饮食有关。但是对母亲 饮食与婴儿肠道微生物之间的因果关系还没有确切的结论。

    生酮饮食（ketogenic diet）是一个脂肪高比例、碳水化合物低比例，蛋白质和其他营养素合适的配方饮食。这一疗法用于治疗儿童难治性癫痫已有数十年的历史。国际上普遍认为新型抗癫痫仅对30-40%的难治性癫痫儿童有效（发作减少50%以上）；而生酮饮食对50-80%的难治性癫痫儿童有效，30%的儿童可减少90%的发作，10-20%的患者可完全控制发作，故其疗效类似或略高于当下任何一种新型抗癫痫药。

    尽管生酮饮食对癫痫的治疗价值及其对其它疾病（包括自闭症、阿尔茨海默病、代谢综合征和癌症）的应用越来越多，但是由于其特殊的食物比例配置，较难实施和坚持以及一些不良副作用，生酮饮食的使用率仍然很低。

    许多研究提出酮体、GABA调节等在调节生酮饮食对神经系统功能的影响中的作用；但是，生酮饮食如何对大脑活性和行为产生有益影响仍不清楚。目前也没有明确的解释说明这种饮食是如何帮助患有癫痫的儿童的。
 
    最近，来自加州大学洛杉矶分校的研究人员发表在《Cell》杂志上的一项研究发现，特定的肠道细菌在高脂肪、低碳水化合物的生酮饮食的抗癫痫作用中发挥至关重要的作用。这是首次发现癫痫发作的易感性和肠道菌群之间的因果联系。

    肠道菌群是饮食与宿主生理学之间的关键因素；肠道菌群的组成和功能在很大程度上是由饮食决定的，而提供给宿主的营养依赖于肠道微生物的代谢。饮食诱导的肠道菌群变化是可复制的，而且是持久的，可以对宿主产生持久的影响。在小鼠模型中，一些饮食诱导的宿主病理生理学是通过肠道菌群的改变来调节的，包括富含肉碱的饮食诱导的动脉粥样硬化的症状、马拉维饮食诱导的营养不良以及母亲的高脂饮食导致的子代社交行为异常。

    肠道菌群调节宿主的多种代谢和神经通路，这可能与生酮饮食的抗癫痫发作作用有关。生酮饮食可以改变小鼠的肠道菌群；而在人体内，酮中毒与肠道菌群改变有关。有趣的是，与禁食的普通小鼠相比，禁食的无菌小鼠表现出肝脏生酮作用受损和心肌酮体代谢改变。越来越多的证据也表明肠道菌群与神经传导相关的一些因素的改变有关，包括神经递质信号、突触蛋白表达、髓鞘形成以及一系列复杂的宿主行为。几项临床研究报告也发现，抗生素处理增加癫痫患者的癫痫持续状态或症状性癫痫发作的风险，这也表明，肠道菌群可能在减轻癫痫发作方面发挥作用。

    越来越多的研究将肠道菌群与宿主对饮食的反应、新陈代谢、神经活动和行为联系在一起。研究人员推测，生酮饮食的摄入可以改变肠道菌群，而这对于生酮饮食的抗癫痫作用非常重要。于是，研究团队进行了一项全面的调查，研究肠道菌群是否会影响饮食的抗癫痫能力；如果是这样，肠道菌群是如何做到的呢？

    为了更彻底的了解癫痫，在一项以小鼠为模型的研究中，研究人员发现，在不到4天的时间内，生酮饮食对肠道菌群就产生了很大的影响，而吃生酮饮食的小鼠的癫痫发作次数明显减少。

    为了测试肠道菌群是否对防止癫痫发作有重要作用，研究人员分析了生酮饮食对两种类型的小鼠的影响：一种是在无菌的实验室环境中饲养无菌小鼠，另一种是用抗生素处理清除了肠道细菌的小鼠。研究发现，在这两种情况下，生酮饮食不再能够有效地防止癫痫发作。这表明，生酮饮食的抗癫痫作用需要有肠道菌群的参与。

    肠道菌群分析发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）和副拟杆菌属某种细菌（Parabacteroides）的水平在生酮饮食后显著上升，而这在生酮饮食的抗癫痫作用中发挥了至关重要的作用。

    那么，给无菌小鼠补充这两种细菌能否恢复生酮饮食对无菌小鼠的抗癫痫作用呢？研究发现，如果给无菌小鼠同时补充这两种细菌，生酮饮食对无菌小鼠的抗癫痫作用就能得到恢复。但是，如果给无菌小鼠单独补充其中的一种细菌，则不能恢复生酮饮食对无菌小鼠的抗癫痫作用。这表明，这两种不同的细菌可能缺一不可，它们只有在一起时才能发挥其独特的功能。

    最后，研究人员测量了肠道、血液和海马体中数百种生物化学物质的含量，而海马体是在癫痫发作中发挥重要作用的脑区。研究发现生酮饮食引起的两种细菌数量的上升会改变肠道和血液中的生化物质水平，从而影响海马体中的神经递质水平。这些细菌可以增加大脑中的抑制性神经递质γ-氨基丁酸（GABA）与兴奋性神经递质谷氨酸的比例，这能使神经细胞保持沉默。

    总的来说，研究表明肠道菌群参与调节小鼠的宿主代谢和癫痫易感性。这些结果也为将来研究癫痫患者的肠道菌群提供了证据。在未来，基于肠道菌群的治疗可能是临床改善癫痫发作严重程度和发病率的一种安全有效的手段。

    参考文献：Olson, C. A., et al. (2018). “The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet.” Cell 173: 1-14.