上海
我們的腸道內分布著大量微生物，它們不僅能夠幫助消化食物，還通過產生各種代謝物與身體其他器官進行持續的信息交流。近年來，科學家們發現腸道、肝臟和大腦之間存在著一條精密的通訊網絡，也被稱作腸-肝-腦軸。當這條軸出現紊亂時，會引發一系列復雜的疾病，其中肝性腦病就是一個典型代表。
肝性腦病是肝硬化等嚴重肝病的常見并發癥。當肝臟功能嚴重受損時，無法有效清除體內的氨。過量的氨會穿過血腦屏障進入大腦，干擾神經細胞正常工作，導致患者出現認知障礙、行為異常、焦慮樣癥狀，嚴重時甚至昏迷。
目前，肝性腦病的治療主要通過促進排便和酸化腸道來減少氨的吸收，但長期使用可能導致脫水、腹瀉等問題。近期，新加坡國立大學的研究團隊在《細胞》雜志發表了一項突破性研究，他們利用合成生物學技術，成功改造了腸道中常見的植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），使其能夠同時清除氨、產生支鏈氨基酸并消耗谷氨酰胺。這項研究為肝性腦病的治療開辟了全新途徑。
研究人員首先篩選了14種益生菌菌株，最終選擇植物乳桿菌作為基礎進行改造。他們以此構建了兩個工程菌株。其中，Lp-NH3能夠利用氨合成支鏈氨基酸，從而降低體內氨水平；Lp-Q則能夠高效消耗谷氨酰胺，切斷另一個產氨來源。將這兩個菌株聯合使用時，就可以實現多重氨代謝調節。
研究團隊在兩種動物模型中驗證了工程菌的治療效果。在飲食誘導的高血氨小鼠模型中，經過13天的口服治療，相較于對照組，Lp-NH3組小鼠血清氨水平降低了70%以上。
▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）
在此基礎上，研究團隊進一步在肝性腦病小鼠模型中驗證了工程菌的效果。這一模型更接近人類疾病的真實情況，因為小鼠不僅存在高血氨，還伴有肝功能衰竭。
結果顯示，聯用菌株Lp-NH3與Lp-Q時效果最佳。小鼠血清氨水平降至對照組的約10%，腦組織氨水平降至對照組的1/6。治療組小鼠在試驗中表現出更少的焦慮樣行為，活動距離顯著增加。
此外，研究發現這種療法具有可靠的安全性。即使連續28天給健康小鼠服用工程菌，也沒有引起體重下降、器官功能異常或系統性炎癥。工程菌主要在腸道定植，在腸系膜淋巴結和肝臟中僅有極少量檢出，脾臟和心臟中完全檢測不到。更關鍵的是，停止給藥后72小時內，工程菌就從腸道中被完全清除，不會在體內長期存留。
圖片來源：123RF
研究人員進一步分析了小鼠大腦的基因表達情況。結果發現，工程菌治療不僅改善了外周代謝指標，還使大腦神經信號通路趨于正常化，神經炎癥相關基因表達下調。具體來說，與多巴胺信號、組胺受體、谷氨酸代謝等相關的基因表達模式得到了修復。這說明腸道中的細菌確實能夠通過代謝調節，影響遠端大腦的功能狀態。
研究者指出，這些結果表明工程菌在提供療效的同時，也能盡可能保持腸道生態的完整性，減少副作用。他們計劃下一步評估工程菌的長期性能，將其轉化為臨床應用策略，幫助受到肝性腦病困擾的患者。
參考資料：
[1] Nikhil Aggarwal et al, Engineered commensals for metabolic modulation of the gut-liver-brain axis, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.03.048
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