肠道菌群领域要想发展好，起码还需要10年的时间 | 图源：istockphoto,Mohammed

编者按

最近，华大集团CEO尹烨的一些公开场合发言被质疑是 “伪科普”。在他众多的观点中，一个颇受关注的话题，就是肠道菌群与人体健康及疾病的关系。实际上，肠道菌群领域的研究热度，在近几年里正在从炙手可热的程度开始降温，一些商业骗局也被拆穿。
 

肠道菌群的研究并非没有价值，它依然十分重要。只是这一行因为过热，吸引了很多对菌群并不真正了解的人涌进来，产生了一些 “不靠谱” 的文章与研究，损害了学科声誉。这个领域要想发展好，起码还需要10年的时间。

撰文 | 阿那土热

责编 | 钱炜

微生物组学正在飞速发展——Pubmed数据库检索表明，在标题或摘要中包含“微生物组”的已发表研究数量，从 2008 年的仅 49 项增加到2021年的 14995项。与“微生物组”有关的论文总数量截止到2022年7月26日已有119665篇，超过“机器学习”的79652篇。人体微生物组领域的研究之热，可见一斑。在依赖培养技术研究微生物100多年后，最新发展的高通量测序、 大规模并行计算和生物信息学分析工具，彻底改变了人类对环境和人体内复杂微生物群落的探索途径。微生物学开始转向通过非培养的方式，对我们身体里的这个隐秘世界提供全新的认知。

‍2008年，国际人类微生物组联盟（IHMC）成立，在一些探索性研究带来希望之后‍，两个大规模的人类微生物组项目开始启动：欧洲的MetaHit和美国的人类微生物组计划（HMP）。以此为标志，微生物组研究迅速成为生命科学领域的重大热点。

2007～2016年间，美国国立卫生院（NIH）在HMP上累计投入2.15亿美元。2012～2016年，在HMP之外又投入了7.28亿美元用于人类微生物组领域的其他研究。除美国和欧洲外，在这一研究领域建立重大项目的还有中国、加拿大、爱尔兰、韩国和日本等。

重金的投入，带来的是发表论文的井喷式增长。而这些文章越来越多地显示，肠道菌群与各种人类慢性疾病的发生有关，具有很大的治疗前景。这不仅引起了科学界的浓厚兴趣，也刺激了商业投资的极大热情。

随着一幅生物医学新画卷的展开，几乎所有你能想到的疾病都被认为与肠道菌群有关：炎症性肠病、癌症、糖尿病、肥胖症、动脉粥样硬化、脂肪肝病、营养不良、自闭症、阿尔茨海默症、抑郁症、哮喘等等。与此同时，一些基于这些研究的活菌药物也在紧锣密鼓地开发中。

伴随着投资者的超级热情，微生物组学科也被夸大的商业神话所包围。巨额投资支撑起来的公司迫不及待地把科研上的早期发现推向市场，宣称为客户提供肠道菌群测试，据此提出个性化饮食和生活方式建议。甚至有人开发出 “智能马桶” ——可以将粪便细菌的计数直接发送到你的智能手机上。

但是最近，当肠道菌群领域的一些商业骗局被揭穿以后，微生物组的科学研究也到了被重新认识的时候。

人类对疾病的新发现

美国微生物科学院fellow、新泽西州立罗格斯大学讲席教授赵立平在接受《知识分子》采访时表示，肠道菌群作为一个整体的生态系统，其结构被破坏以后可以引起或加重各种疾病，对这方面的认知不应再有争议，在理论上这是没有问题的。但具体到某个领域，是什么菌、造成了哪种特定的疾病，则要通过大规模的测序和合理的数据分析，把可能的关键菌种找到，然后再回到无菌动物里去验证，做严密的机制分析，才能确定因果关系。

“多数菌群与疾病关系的研究就是沿着这个路子走的。” 赵立平说，“在二代测序技术、运算功能强大的计算机被广泛应用以后，这些工作已经没有什么不可逾越的技术障碍。”

的确，以微生物组学为基础，近十几年建立了对各类疾病的新的认知框架。以下几个例子可以帮助我们认识这个正在进行中的进程。

1   艰难梭菌感染

经典的将肠道习居微生物与疾病的因果关系建立起来的，是幽门螺旋杆菌相关的消化性溃疡和胃癌。另一个成功的例子，则是通过粪便移植治疗艰难梭菌引起的腹泻。

艰难梭菌是一种产芽孢和产毒细菌，属于人体肠道的正常菌群，广泛存在于环境及人和动物的肠道中，通常不会引起症状。然而，抗生素的使用导致肠道菌群平衡紊乱，引起艰难梭菌过度生长并释放毒素，可引起艰难梭菌感染（CDI），轻中症患者表现为腹泻，重症可出现严重的伪膜性肠炎甚至导致死亡。

图1 艰难梭菌群落 | 图源：wikipedia

在过去20年里，全世界CDI的发病率、复发率和病死率明显增加，可能与抗生素滥用有关。CDI难以治疗并且经常发生反复感染，复发性CDI的治疗则尤为棘手。粪便移植（FMT）将来自健康供体的粪便样本移植到患者肠道中，重建新的肠道菌群平衡，已被证明在治疗CDI中非常成功，治愈率超过 85%，且并发症很少。

粪便移植治疗CDI的成功，使人们对该技术在其他胃肠道疾病中的应用产生了很高的期望，也带动了研究肠道菌群与其他疾病关系的兴趣。

2   肥胖、糖尿病

作为研究肥胖、糖尿病与肠道菌群关系的领先者，赵立平发现，现在对糖尿病和菌群的关系也面临一些质疑，有人认为 “太复杂了，搞不清楚”。他说，“这种看法是一种不可知论，实际上已经out了。”

自2004年开始，华盛顿大学教授Jeffrey Gordon领导的团队在PNAS、Nature等杂志上发表了一系列的研究，发现肠道菌群与脂肪代谢存在因果关系。肠道菌群可以通过改变宿主脂肪代谢基因的表达模式，促进脂肪的合成与积累，从而在肥胖的发生发展中可能发挥关键作用。

Jeffrey Gordon 因而被称为 “微生物组学之父”，他的研究带动了肠道菌群与代谢性疾病相关的研究不断升温，并成为生物医学领域的一个研究热点。

2012年6月，《科学》杂志在 “肠道微生物群” 特刊中发表题为《我和我的微生物组》（My Microbiome and Me）的报道，介绍了当时还是上海交通大学教授的赵立平，通过饮食习惯改变来调控肠道菌群的故事。他本人通过高膳食纤维的饮食减重20公斤，血糖、血压、血脂都恢复正常。他的家庭照片还登上了当期《科学》杂志。

图2《我和我的微生物组》（My Microbiome and Me）报道页面 | 图源：The Gut Microbiota

2012年赵立平团队发表在 The ISME Journal 上的一项研究中，在一名体重175公斤的志愿者的肠道里发现阴沟肠杆菌B29占到菌群总量的 35%。通过对他进行高膳食纤维的饮食干预，食用全谷物、中药和益生菌，4周以后这种菌基本上检测不到，23周以后他的体重下降了51.4公斤，血糖、血压、血脂全部回到了正常范围。

他们从该病人的肠道中分离了阴沟肠杆菌B29菌株，接种到无菌小鼠后可以复制出肥胖、脂肪肝和胰岛素抵抗等几乎与肥胖有关的所有症状，满足了科赫法则对确认微生物和疾病因果关系的要求。后来通过对细菌内毒素通路和宿主TLR4受体的敲除试验，证实内毒素是关键致病因子。

3   自闭症

随着技术上对菌群分析的更加高效，“肠道菌群热” 不断向更多的疾病领域扩展。许多研究揭示了肠道菌群与大脑疾病之间的关联，“脑肠轴” 的概念被提出来——认为肠道菌群调控着大脑，因此肠道菌群与焦虑、抑郁、精神分裂症，阿尔茨海默症以及自闭症等相关。

2019年发表在《细胞》上的一篇文章，认为肠道菌群与自闭症可能有关。研究者使用无菌小鼠作为实验动物，将来自自闭症儿童的肠道菌群通过粪便移植转移到小鼠中，并将来自没有自闭症的人的样本移植到其他动物组中进行对照。

许多此前的研究，已经提示了自闭症患者和无自闭症受试者之间肠道菌群组成的差异。而这项研究的结果进一步认为，肠道菌群可通过生成具有神经活性的代谢产物而调控小鼠的行为，提示肠-脑相互作用是自闭症发病的关键环节。

然而，一项发表在 《细胞》上的最新研究发现，肠道菌群变化和自闭症发生之间的关系并不大。澳大利亚昆士兰大学的这项研究是迄今为止肠道菌群与自闭症相关性的最大规模的研究，其结论是：不是儿童肠道菌群的变化导致了自闭症行为，而是由于自闭症儿童饮食多样性减少和饮食质量较差，反过来导致了他们肠道菌群组成的变化，以及容易出现腹泻等胃肠问题。

研究团队认为，不应当宣称肠道菌群失调驱动了自闭症。而在现实中，却已经有一些人急着采用益生菌、粪便移植等疗法作为治疗自闭症的选择，已发表的论文还宣称取得了 “阳性结果”。

人类对肠道菌群与自闭症的关系研究仍需要更确切的证据。与此类似，肠道菌群与其他神经、精神系统疾病之间的关系，也有一些结论不一致的研究，这些研究都需要重新验证。

实际上，微生物组的复杂性，使得将其与某种疾病确定为因果关系变得极具挑战性。知名学术打假人 Elisabeth Bik 就是一位肠道微生物学家。2016年，还在斯坦福大学工作的她就撰文指出，相关性并不意味着因果关系。自闭症和神经性厌食症等患者都被报告有肠道菌群改变，但通常无法确定是菌群改变导致疾病，还是疾病引起了菌群改变。

基于自己长期的研究经历，赵立平对微生物组学的科研现状有冷静的认识。“直到现在，微生物组领域的研究还是以测序为主。” 他说，你想做某种疾病和微生物组的关系，最快的方式就是把这些病人的粪便样品采来，再把健康人的对照样本采来，经测序以后分析一下健康的和有病的人的粪便菌群有什么不同，把这些变化写成论文发表。

“现在，这种文章多如牛毛，已经到了泛滥成灾的地步！这就是这个领域现在看上去比较热的一个原因。” 赵立平说，但这些研究做的都是所谓 “相关性分析”，它们只能说明病人和健康人菌群不一样。但是，到底 “是先有鸡、还是先有蛋”？病人的菌群和健康人的菌群不同，是发病的原因，还是发病的结果？如果不继续研究下去，其实就失去了意义。

“现在有很多实验室拿了经费、立了项，第一批论文发表以后，就再也没有下文了，为什么？做不下去了！” 赵立平说，“所以，在某种程度上，菌群研究热潮现在是开始降温的。”

“犯别人20年前就犯过的错误”

作为美国胃肠病学会微生物组研究与教育中心的科学顾问，赵立平发现，在美国，临床医生对肠道菌群研究的关注度也在下降，所以他在思考 “肠道菌群热” 在某种程度上遇冷的原因是什么。

赵立平指出，很多人进入这一研究领域，是因为看到这是个热点，靠这个比较容易拿到经费。但是有的人研究了以后，反而更不相信了。“为什么？因为他用那套临时抱佛脚的方法弄几个看上去挺炫酷的图是可以的，但是这些研究里面存在很多基本的问题，所以最终找不到真正有用的东西，更不能在临床上得到应用，最后他就没有信心了。”

“最初做肠道菌群研究的人并不多，后来因为热起来了，各领域的人纷纷开始做，对他们来说，其实需要一个学习的过程。” 赵立平说，很多人对微生物学缺乏基本概念，或者在技术上没有能力深入地做下去。实际上，肠道菌群研究需要形成多学科的研究机制：从临床实验开始，到测序、数据分析，再到动物实验，一般需要三四个学科的合作，需要实验室进行各方面的能力建设，才能做出准确、深入的研究。

“其实我们希望有更多的人走进这个领域，但也希望大家不要觉得这个东西门槛很低。其中很多技术问题，我们在最早的时候也做过一些摸索，走过一些弯路，在这个过程中，把很多问题解决了，然后继续往前走。” 然而，赵立平看到，很多刚进入这个领域的人，还在犯着一些别人20年前就犯过的错误，以至于大多数实验室在很多关键的技术问题上还很粗糙。

赵立平具体指出，首先，菌群样品可能采得就不对。粪便样本必须采新鲜的，然后马上固定住，令其菌群不再发生变化。而现在有很多实验室使用的采样试剂盒没有达到固定所有细菌的效果，样本离开人体后，在转移、运送过程中，菌群的结构就变了，在这样的样本中可能就找不到真正起作用的细菌。

再比如，在提取DNA的过程中，某些细菌的细胞壁很厚、很坚韧，买来的试剂盒无法破壁，就不能提取出完整的DNA，这样的样本在测序的时候就会漏检掉这些细菌，也就得不到完整的菌群序列的数据。

在拿到测序数据后的分析环节，现在最常用的方法是通过与数据库已有序列进行比对，与已知细菌足够类似的序列就会被注释为同样的分类地位，然后再按照分类单元进行归并，做后续相关分析。而对于数据库里不存在的序列，就不再进行分析了。这就意味着现在大多数菌群研究，只研究其得到的数据里别人已研究过的部分，对数据里别人没有研究的部分，是不做分析的。

赵立平解释说，肠道菌群的研究历史不长，还有大量未知细菌根本就不能在数据库里找到和它足够相似的序列，也就无法注释。但目前多数人使用的分析软件，几乎都是靠现成的平台或测试中心帮它分析，也就只能参考数据库，只分析能够注释的序列。

更进一步，即使与数据库里已有菌种比对后能够注释，但因为细菌在遗传上的高度异质化（同一个“种”的细菌之间还可能有高达30%的基因组成不一样），也就是说，同一个种里还存在着遗传性质和功能上不同的菌，甚至有的是有益的，有的是有害的，不能把它们简单地合并在一起进行分析。所以，依靠数据库和分类单元进行微生物组数据分析，会“差之毫厘，谬之千里”。但在现实中，用这样的方法而得出结论并发表论文的，却比比皆是。

这样粗糙的研究普遍存在，其结果是，现在对微生物组学质疑的声音越来越强。微生物组研究真的没有价值了吗？对此，赵立平强调，这是一种误读，肠道菌群并不是不重要，只是因为这一行过热，吸引了很多对菌群并不真正了解的人涌进来，产生了一些 “不靠谱” 的文章与研究，损害了这一学科的声誉。

被 “割韭菜” 之后

“根本就没有扎扎实实的科学上的突破，凭什么拿它去制药？凭什么拿它去做新的诊断技术？至少我不知道有谁研究出来了一套菌群的标志物，可以在临床上非常可靠地进行疾病的诊断预警。到现在为止，还找不到一个这样的例子。” 赵立平表示。

然而，肠道菌群相关的产业转化一直在抢先发展，生物技术公司如雨后春笋，资金投入越来越多。截至2019年，全球有超过30亿美元投入到肠道菌群科创公司。与基础研究的情况类似，美国以超过24亿美元投资一马当先。

商业的冲动总是难以被科学的缰绳勒住。2020年，全球用于基于人体微生物组的诊断和治疗产品的价值估计为2.75～4 亿美元，估计到2025年可能上升到22亿美元。

uBiome就是一家美国肠道健康创业公司，它以 “世界领先的微生物基因组学研究公司” 为旗号，主打利用DNA测序来识别人体内的微生物。公司宣称其数据库现拥有接近10万例肠道样本，而4年前还仅有2500例。

uBiome推出一项临床筛选检测，名为SmartGut，使用下一代高通量测序技术，号称通过粪便检测，就能标识出肠道内可能致病的病原微生物，还能评估体内的细菌多样性和其他指标，从而生成健康报告。继SmartGut之后，该公司又相继上线了用于阴道微生物检测的SmartJane，和用于鼻腔微生物检测的SmartFlu。

然而，2021年3月，美国证券交易委员会起诉uBiome的两位创始人，称其榨取医保报销，试图骗保3亿美元；伪造数据蒙骗法务顾问；误导投资者，骗取6000万美元（约合3.92亿元人民币）资金。

实际上，uBiome紧跟科学研究前沿的所谓肠道菌群测序产品，技术标准根本没有得到FDA的临床级别认证，属于虚假宣传。随着这起发生在美国硅谷的惊天诈骗案被曝光，以创新为名抢先对科研成果“割韭菜”的uBiome宣告破产。菌群检测是否合乎科学和商业基本逻辑也受到广泛质疑，整个行业处于不被信任的状态。被资本追捧的各类微生物组领域的制药公司，现在也都进入了寒冬期。

在中国，几家曾经获得大规模融资的菌群检测公司，迄今还没有积累出有效的商业模式，在业务开展、公司管理、融资等方面都面临难题。这一领域的投资面临灰飞烟灭的考验。

“菌群商业泡沫” 的破灭并不奇怪。英国胃肠病学协会建议消费者不要购买试剂盒，因为 “科学研究和实验结果还不足以支持微生物组与疾病之间的联系”，并称 “检测一个人是否拥有健康或不健康的菌群不是科学，而只是一种猜测。”

2020年3月，国内微生物研究领域的专家王军、马永慧等人就在 Protein Cell 发表倡议，指出 “基础研究者、临床医生、产业界和媒体人士都要避免针对肠道菌群的过度炒作和自我包装，并积极参与全领域的自律和自净工作” “研究者要主动公开利益冲突，在研究和转化的风险界定、评估、风险管理与损害管控等工作中，应强化信息透明与开诚布公”。

赵立平担心，围绕着微生物组领域出现的质疑正在影响这一学科的名声。为了肠道菌群研究的健康发展，他特别强调多学科交叉融合的重要性。他说，临床医学、微生物学，生物信息及生物统计学，每一个研究菌群的实验室都应该有这三个方面的技术储备，需要这些学科的通力合作。他认为，“肠道菌群研究非常有前途，它的重要性超出我们现在的想象。但这个领域要想发展好，起码还需要10年的时间。”

2014年，哈佛大学流行病学家 William Hanage 在Nature上发表了《微生物组学需要一剂怀疑主义的良药》一文，他指出，“科学的历史充满了令人兴奋的新领域的例子，这些新领域承诺能够在药物和健康理念方面带来淘金热，但这需要通过很多年的被怀疑和被打击以后，才能部分地实现。这一点，蓬勃发展的微生物组学领域的所有研究者们，同样应该铭记。” 

参考文献：

1.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5045145/

2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7251010/

3.https://www.id-hub.com/2019/10/15/microbiome-research-overhyped-great-hope/

4.https://www.nature.com/articles/512247a

5.https://www.mr-gut.cn/articles/ss/01de2426bf354effa63c64a5c53d3abd

6.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32172500/

7.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286741931387X

8.https://www.nature.com/articles/d41586-019-01654-0

9.https://www.nature.com/articles/s41579-019-0283-5

10.https://www.genomeweb.com/molecular-diagnostics/sec-sues-founders-bankrupt-human-microbiome-testing-firm-ubiome-fraud#.YFhg_xAzaM-