Cell：首次发现多种常用药物如何影响肠道中数万亿的微生物！

常用药物会扰乱肠道菌群。预测这些变化可能有助于科学家设计出能减少副作用的治疗方案。

我们的肠道微生物群由数万亿生活在肠道中的细菌和其他微生物组成。它们帮助我们分解食物、辅助免疫系统、向大脑发送化学信号，并可能发挥许多其他功能，而这些功能目前仍在研究人员的探索之中。当肠道微生物群失衡时——例如有益菌数量不足或微生物种类组合失衡——就会影响我们全身的健康。

许多研究人员已经意识到抗生素会扰乱肠道菌群，但鲜为人知的是，其他药物也会重塑这一微生物群落。 斯坦福大学的研究人员在 11月17日发表于 《细胞出版社》（Cell Press）的一篇论文中，研究了多种常用药物如何影响肠道中数万亿的微生物，这些影响可能波及新陈代谢、免疫系统反应和整体健康等多个方面。研究表明，肠道菌群的许多变化是由营养竞争驱动的——药物会减少某些细菌的数量并改变营养物质的可用性，而最能利用这些变化的细菌才能生存下来。

“这项研究揭示了药物引起的微生物群紊乱遵循可预测的生态规律，这为预测甚至预防药物对肠道健康的副作用打开了大门，” 斯坦福大学 工程学院 和 医学院的Lera II讲席教授、微生物学和免疫学教授、该论文的资深作者KC Huang表示 ，“这项研究对药物设计、个性化医疗和微生物群恢复力都具有重要意义。”

争夺营养

我们粪便中的细菌能够较为准确地反映我们消化系统中的菌群组成。为了解不同药物如何影响肠道微生物群，斯坦福大学的研究团队从九份捐赠者的粪便样本中培养了微生物群落，并系统地用707种不同的临床相关药物对其进行了测试。

由博士后研究员Handuo Shi领导的研究团队，考察了不同细菌物种的生长变化、群落组成以及代谢组（微生物产生和消耗的小分子代谢物混合物）的变化。他们发现，141种药物改变了样本的微生物组，即使是短期治疗也会造成持久性改变，甚至彻底消灭某些微生物物种。微生物群落对药物抑制反应的主要驱动力是营养竞争。

“通过了解肠道细菌对药物的敏感性以及它们如何争夺食物，通常可以预测哪些细菌会胜出，哪些细菌会败下阵来，换句话说，药物不仅会杀死细菌，还会重新分配我们肠道内的‘食物’，而这种重新分配决定了哪些细菌会胜出。”

尽管细菌群落结构复杂，研究人员仍能建立数据驱动的计算机模型，准确预测它们对特定药物的反应。他们考虑了不同细菌物种对该药物的敏感性以及竞争格局——本质上是指哪些细菌在争夺哪些营养物质。

他们的研究为预测??人体微生物群落如何随特定药物而变化提供了一个框架，并可能帮助科学家找到预防这些变化的方法，或在未来更容易地恢复健康的肠道微生物群。

“我们的研究推动了人们对药物作用机制的认知转变，从药物作用于单一微生物转变为作用于整个生态系统，”Shi教授说。“如果我们能够理解并模拟生态系统的反应，那么未来我们选择药物以及相应的饮食或益生菌时，不仅要考虑它们治疗疾病的效果，还要考虑它们如何维持或促进健康的微生物群。”

构建肠道健康未来

研究人员希望，对塑造肠道微生物群的各种因素的全新理解，能够帮助设计出对肠道健康更友好的饮食、益生菌和药物组合。他们正在将目前的研究拓展到小分子药物之外，对一些地区使用了数千年的传统草药进行类似的测试。

Huang教授表示：“我认为传统草药是一种非常有趣、尚未充分利用且具有潜在临床应用价值的资源，但为了加以利用，我们需要了解其背后的真正机制。其中一些草药对微生物群落有着巨大的影响。”

Huang教授希望利用一种可摄入式技术 直接从小肠采集样本 ，从而更近距离地观察微生物群落的实时变化 。他还与斯坦福大学人类微生物组研究中心的同事合作，利用这一框架 研究饮食、饮水、运动和其他外源性物质等诸多因素对肠道微生物群落的影响。

Huang说：“了解微生物如何争夺食物，最终能揭示很多附带损害的真相。它使我们能够预测谁会活下来，谁会死去，并使随之而来的混乱局面显得非常直观。我认为这正是我们最兴奋的地方。”