編者按：
隨著社會現(xiàn)代化進程的加速，越來越多人從鄉(xiāng)村搬到城市中，越來越多人開始選擇剖腹產，越來越多人經受過抗生素治療，越來越多人開始攝入更多的加工食物。生活方式的巨大改變正在悄悄重塑我們的微生物組。
而微生物組的變化可能也在悄悄改變著人體的健康，比如過敏。近年來，過敏的發(fā)生率越來越高，而最近的研究發(fā)現(xiàn)微生物組或許是導致過敏的關鍵之一。
今天，我們將探討腸道菌群與過敏之間的關系，并特別關注幾家利用微生物療法攻克過敏問題的初創(chuàng)公司。希望本文能夠為相關的產業(yè)人士和諸位讀者帶來一些啟發(fā)與幫助。
小時候，Cathryn Nagler 一旦吃雞蛋，臉上就會立即出現(xiàn)麻疹，而且她還對青霉素過敏。大學畢業(yè)后，在實驗室工作的她，對小鼠也有著嚴重的過敏反應。小鼠會導致她出現(xiàn)哮喘、腫脹和呼吸困難等過敏癥狀，這些過敏反應嚴重到讓她兩度被送進急救室。
現(xiàn)在，Nagler 是芝加哥大學的一位免疫學家，她正在開辟一個新興的研究領域：探究如何利用腸道中的細菌來幫助食物過敏的人。
然而，激起她興趣的并不是她的個人經歷，而是 20 世紀 80 年代，當她還是一個醫(yī)學生時，觀察到的奇怪現(xiàn)象。
當時她正在研究免疫系統(tǒng)失常的小鼠，這些小鼠的免疫系統(tǒng)會攻擊自身關節(jié)中的膠原蛋白，從而導致嚴重的關節(jié)炎。科學家們通過在皮下注射膠原蛋白來迅速誘發(fā)這種疾病。但是，奇怪的是，當 Nagler 通過胃管給動物喂食膠原蛋白時，卻出現(xiàn)了相反的效果：小鼠的狀況變好了。
圖. Cathryn Nagler 與研究技術員 Elliot Culleen 討論實驗。
據估計，過敏影響著美國約 3200 萬人口，平均每個班級中就 2 個孩子患有食物過敏。過去幾十年，一種被稱為 “口服免疫療法”的方法，已逐漸被用于治療食物過敏。
一些醫(yī)師開始規(guī)律地使用小劑量的刺激性食物（或者用它們做的產品）來治療過敏。一月份，美國 FDA 批準了一種用于治療花生過敏的膠囊。
但是，口服免疫療法也存在缺點。由于這種療法包含可能會“致死”的食物，所以會讓人感到緊張。而且這種療法也不是對每個人都有效，對于潛在的疾病療效甚微。此外，真正的成功要求很高，它意味著對過敏原食物耐受，例如能夠安全的吃一些花生，而不是不再對花生粉產生過敏反應。
對于一些家庭來說，獲得適度耐受的能力會改變生活。但是，這仍存在不確定性：獲得一定的耐受能力后，患者也必須每天都吃一點這個食物，或者一周吃幾次，否則他們可能會失去這種保護。
所以，Nagler 和一些其他的研究人員正在尋求一些治療食物過敏更為簡單和持久的方式。他們瞄準了他們所認為的根本原因——我們腸道中有益細菌或微生物組的失衡，他們認為這可能是重置免疫系統(tǒng)的希望。
開發(fā)一種以微生物組為基礎的治療方法極具挑戰(zhàn)，很多細節(jié)都需要探討并解決，比如需要提供哪些微生物，怎么樣才能更好地傳送它們，但是這類方法勢頭正盛。
去年，Nagler 的團隊和另一個波士頓的團隊報道了一個重要的進展：通過給有過敏傾向的小鼠提供來自健康不過敏的人類嬰兒腸道微生物組，他們阻止了小鼠發(fā)生嚴重的過敏反應。
“這些數(shù)據擲地有聲，非常令人鼓舞。”克利夫蘭診所的小兒科過敏專癥醫(yī)師 Jaclyn Bjelac 說。
而今年 3 月，科學家們發(fā)現(xiàn)，過敏患者的胃腸道中存在大量針對花生過敏原的抗體，這進一步支撐了這一觀點——胃腸道是食物過敏調控和治療的焦點。有一些公司已經在進行一些相關方法的測試了。
關于該研究《熱心腸日報》做過相關解讀：
Science Immunology——[10.551]
① 對19名花生過敏患者血液、胃、十二指腸及食管中的IgE+ B細胞進行高通量測序分析；② IgE+ B細胞富集于胃及十二指腸中，并具有漿細胞表型；③ 90%以上的總B細胞克隆或IgE+ B細胞克隆僅可在單一組織中檢測到，且IgA+ B細胞與IgE+ B細胞具有相似的體細胞突變模式，提示胃腸道IgE+ B細胞可能由胃腸道IgA+ B細胞經抗體類別轉換而產生；④ 不同患者的花生過敏原Ara h 2特異性IgE抗體的序列高度相似，提示相似的抗體基因重排促進了花生過敏的發(fā)病。
Origins and clonal convergence of gastrointestinal IgE+ B cells in human peanut allergy
03-06, doi: 10.1126/sciimmunol.aay4209
【主編評語】IgE通過激活肥大細胞及嗜酸性粒細胞介導食物過敏。Science Immunology上發(fā)表的一項最新研究，對19名花生過敏患者的血液、胃、十二指腸及食管中的B細胞進行測序分析后發(fā)現(xiàn)，IgE+ B細胞富集與胃腸道中，且可能是由胃腸道中的IgA+ B細胞經抗體類別轉換而產生。同時，在不同患者中可檢測到高度相似的花生過敏原特異性IgE抗體序列，提示這類致病性IgE序列或可作為預測花生過敏的生物標志物。（@szx）
實際上，為什么有人對某種食物耐受，而另一些人卻對其過敏，一直是個未解之謎，但是，就像 Nagler 合著發(fā)表于 Annual Review of Immunology 上的一篇文章提到的1，她堅信微生物就是關鍵。
在完成研究生學業(yè)的四年后，Nagler 開始在哈佛醫(yī)學院運營一個實驗室。她當時正在研究炎癥性腸病，而非食物過敏。但是，上世紀 90 年代的研究表明，炎癥性腸炎主要是由針對腸道細菌的免疫反應導致的，因此她的注意力轉移到了微生物上。
然后，在 2000 年，她無意中發(fā)現(xiàn)了一項有趣的研究。該研究描述了模擬人們花生過敏的主要癥狀的老鼠模型。這些老鼠會瘋狂抓撓，它們的眼、口會出現(xiàn)腫脹，其中一些還會出現(xiàn)呼吸困難——一種危及生命的過敏反應，名為全身性過敏反應。
所有的這些都在老鼠被研究人員喂食花生粉之后發(fā)生。“那吸引了我的注意。”Nagler 說。這這與她的發(fā)現(xiàn)相反，她早前發(fā)現(xiàn)喂食小鼠膠原蛋白可以緩解免疫反應。為什么會出現(xiàn)差異呢？
另一項報告表明，花生過敏的小鼠存在基因缺陷，這種基因缺陷會導致存在于免疫細胞膜并能辨識微生物的 TLR4 受體被破壞。這提示我們花生過敏的小鼠缺少腸道微生物和免疫細胞之間的正常交流。
“那是我靈光一現(xiàn)的時刻。”Nagler 說。在我們身體里生存的數(shù)萬億的微生物或許可以通過刺激 TLR4 受體來抑制機體對食物的免疫反應。也許是微生物組的紊亂改變了抑制作用，導致過敏。
這一想法與歷史趨勢相符。隨著社會現(xiàn)代化的進程，人們搬到城市中，有了更多剖腹產出生的孩子，使用了更多的抗生素，更多地攝入精加工、低纖維的食物——這一切都重塑了微生物組。這些生活方式轉變的時機與觀察到的食物過敏及其他過敏的增加是一致的，這一代人中過敏的異常增加指向了一些環(huán)境因素。
2004 年 Nagler 和她的同事發(fā)表了一項報告，該研究表明，花生只在 TLR4 受體突變的小鼠中引起過敏反應，而在 TLR4 基因正常的小鼠中并不會引起過敏反應2。
當科學家們用抗生素清除了腸道菌群之后，這種差異消失了，而且，清除腸道菌群后，即使是正常的小鼠也會出現(xiàn)食物過敏，這表明細菌正是這種保護作用的核心。
從那時起，Nagler 的實驗室一直致力于研究確認哪些細菌是有用的，并去理解它們如何調控過敏反應。
圖片來源：O.I IWEALA & C.R. NAGLER / AR IMMUNOLOGY 2019
在他們的研究工作中，Nagler 的團隊聚焦于梭狀芽孢桿菌和擬桿菌——人類腸道中的兩個主要菌屬。通過研究在無菌環(huán)境中出生的無菌小鼠，該團隊發(fā)現(xiàn)，將梭狀芽胞桿菌移植到無菌小鼠腸道時可以阻止食物過敏反應，而擬桿菌則不能3。
可能的解釋是：有梭狀芽孢桿菌定殖的小鼠擁有更多的調節(jié)性 T 細胞，這是一種可以抑制免疫反應的細胞。這類小鼠也會產生更多的 IL-22——一種增強腸道內壁的物質。
這就形成了一個新的理論：如果保護性的細菌缺失，那么腸道屏障會減弱，使食物蛋白進入血液循環(huán)并可能激發(fā)過敏反應。這一推論與另一個有趣的觀察結果非常吻合。
最常見的食物過敏（牛奶、雞蛋、花生、堅果、大豆、小麥、魚和貝類中的特定蛋白）彼此之間在生物化學上幾乎沒有相似性，但是它們之間存在一個共同之處。一般來說，消化道會把食物破碎成機體可直接吸收的營養(yǎng)素顆粒，而這些物質能夠在消化道中保持完整結構。
“這樣看來，花生更勝一籌——它在腸道中抵御分解的能力更強。”Nagler 說。
研究已經進一步確定了腸道菌群與食物過敏之間的聯(lián)系，這些研究表明，微生物組的影響在生命早期就已出現(xiàn)。研究人員分析了健康嬰兒和對雞蛋或牛奶過敏的嬰兒的糞便，發(fā)現(xiàn)過敏和不過敏的嬰兒有著不同的腸道菌群組成4。另一項研究追蹤了 226 名牛乳過敏的兒童，追蹤周期從嬰兒時期到 8 歲5。科學家們發(fā)現(xiàn)， 長大后不再過敏的兒童，與另一些長大后仍會過敏的兒童相比，在 3~6 個月時，前者糞便中特定細菌（包括梭狀芽孢桿菌）豐度更高。
此外，科學家們并未看到大一些的嬰兒中出現(xiàn)同樣的差異，這表明，預防過敏的微生物可能只在生命早期過程中發(fā)揮作用。
該研究領導人，紐約西奈山的伊坎醫(yī)學院兒科過敏醫(yī)師 Supinda Bunyavanich 說：“所有這些都指向了針對預防的窗口期的概念。”
圖. 梭狀芽胞桿菌的彩色掃描電子顯微照片。該細菌生活在哺乳動物的腸道內，某些梭狀芽孢桿菌與預防食物過敏
從出生開始，我們的免疫系統(tǒng)就在生死抉擇中得到訓練。它們學習如何殺滅細菌、腫瘤和凋亡的細胞。除了周圍的環(huán)境，它們必須學會“順其自然”——適應攝入的神經纖維、骨骼組織、牛奶中的蛋白質和零食時間吃的餅干。
Nagler 的實驗室和另一團隊于 2019 年發(fā)表的動物實驗更有力地論證了腸道菌群培養(yǎng)了這種關鍵的免疫決策能力6。
在這項研究中，Nagler 和同事從健康嬰兒和對牛奶過敏的嬰兒糞便中采集了腸道菌群，并把采集的微生物移植到無菌小鼠的消化道中。結果，他們發(fā)現(xiàn)健康嬰兒的腸道菌群能夠保護小鼠免于出現(xiàn)對牛奶的過敏反應，而過敏的嬰兒微生物不能。
該團隊利用統(tǒng)計學和計算機科學技術分析了實驗結果，他們確定了在健康嬰兒中存在，而在過敏嬰兒中不存在的細菌菌株。他們也測試了腸道內壁細胞的基因表達情況——特定的基因模式是健康腸道屏障的特征，并找尋了與健康屏障作用存在關聯(lián)的微生物。
一種梭狀芽孢桿菌（Anaerostipes caccae）在兩項分析中脫穎而出。當科學家們將Anaerostipes caccae單獨轉移到無菌小鼠中時，出現(xiàn)的保護作用與移植完整健康的微生物組產生的保護作用類似。
另一個由波士頓兒童醫(yī)院 Rima Rachid 和 Talal Chatila 領導的團隊采取了類似的方法，他們使用了超敏感的小鼠，結果發(fā)現(xiàn)一個單一菌株Subdoligranulum variabile 和一組梭狀芽孢桿菌可以預防過敏反應。而調節(jié)性T細胞是這種反應的關鍵，這種細胞受微生物刺激發(fā)揮作用。
關于該研究《熱心腸日報》做過相關的報道：
Nature Medicine——[30.641]
① 食物過敏（FA）嬰兒的腸道菌群失調并隨時間演變，梭菌目成員尤受影響，特別是S. variabile，F(xiàn)A菌群無法保護小鼠抵御FA；② FA中對腸道菌群的免疫應答異常，糞便菌群結合的sIgA減少、IgE增多；③ 聯(lián)用6種梭菌屬細菌，或5種免疫調節(jié)性擬桿菌目細菌，或單獨用S. variabile，可改善粘膜免疫應答，抑制小鼠FA，而口服丁酸無效；④ 細菌治療通過MyD88依賴性的方式，促進生成ROR-γt+ Treg，從而抑制FA；⑤ FA嬰兒和小鼠中這類Treg水平顯著降低。
Microbiota therapy acts via a regulatory T cell MyD88/RORγt pathway to suppress food allergy
2019-06-24, doi: 10.1038/s41591-019-0461-z
【主編評語】食物過敏（FA）與腸道菌群失調相關，《Nature Medicine》上線的一項最新研究，對FA嬰兒的腸道菌群特征進行了縱向分析，鑒定出菌群失調和腸道免疫異常的特征，在小鼠中驗證了FA菌群的致病性，通過細菌療法有效抑制了小鼠FA，并揭示出背后的生物學機制，表明ROR-γt+ Treg細胞在改善FA中具有關鍵作用，這些發(fā)現(xiàn)為深入理解腸道菌群在FA中的作用，以及開發(fā)菌群靶向療法來治療FA，有重要意義。（@mildbreeze）
“這些研究和其他研究清晰地表明，微生物組對預防食物過敏包括耐受性非常重要。”丹佛科羅拉多大學的研究營養(yǎng)學家 Carina Venter 說。她正在研究孕期母親飲食、嬰兒微生物組和濕疹過敏風險之間的聯(lián)系。
但是，她也表示：“如何從多樣性和具體菌株的角度看待微生物組，我們還沒有頭緒。”
圖. 某些食物比其他食物更容易引起過敏，如雞蛋、貝類、堅果、花生、大豆、魚、牛奶和小麥等。這些食物彼此之間雖然非常不同，但都含有抗消化的蛋白質。
諸多的未知數(shù)使得希望開發(fā)出更好的治療食物過敏方法的研究人員陷入窘境：提供一個完整的健康微生物組更好，還是只補充幾個有益微生物更好？
Rachid 說：“我每天都在撓頭思考這些問題。”她正領導一個測試前者可能性的臨床試驗。在這個小型實驗中，花生過敏的成人需要吞服一片含有完整腸道菌群的藥劑，這些細菌是經過非營利性糞便資源庫 OpenBiome 預篩選自健康捐贈者的安全菌群。
這種方法，也就是我們熟知的糞便移植（FMT），雖然并未被 FDA 批準，但是越來越多地被用于嚴重的腸道紊亂的治療之中，目的是通過植入健康平衡的微生物來修復失調的微生物組。
另一些試驗同樣也在進行中。通過利用波士頓團隊鑒定的保護性菌株，加州拉荷亞的 Pareto Bio 公司正在開發(fā)一種活菌型產品來治療食物過敏。
另一家公司，馬薩諸塞州坎布里奇的 Vedanta Biosciences，正在開發(fā)一種益生菌膠囊，其中包括篩選具有刺激調節(jié)性T細胞能力的梭狀芽孢桿菌的組合。Vedanta 正在通過將這種膠囊加入到花生過敏的成年人的口服免疫療法中以測試該療法的效果。
第三家公司，澳大利亞墨爾本的 Prota Therapeutics 公司，正在對花生口服免疫療法加上益生菌的組合治療方法進行商業(yè)化——在他們的案例中，一株乳桿菌被指定用于胃腸道問題。
然而，給予來自捐贈者的完整微生物組并非毫無風險：4 名患者已經因為糞便移植入院就醫(yī)，一名因糞便移植相關的嚴重感染而死亡。
所以一些研究人員認為，使用精準的菌株可能更好。盡管這樣做可能會弱化有益作用，但是 Wayne Shreffler 表示：“你不太可能出現(xiàn)這些意料之外的問題。” Shreffler 就職于波士頓馬薩諸塞州綜合醫(yī)院負責食物過敏中心，也正在領導 Vedanta 研究。
但是所有的菌群調控方法共同面臨的一個挑戰(zhàn)：當某人已經有了一個微生物組，即便是不健康的那種，那么此時應該如何讓新的微生物定殖。
傳統(tǒng)來說，患者接受抗生素治療來幫助新的細菌獲得立足之地，但是也許另有方法。Nagler 和芝加哥大學生物分子學工程師 Jeff Hubbell 共同創(chuàng)立的初創(chuàng)公司——ClostraBio 正在開發(fā)一種結合了活菌和丁酸鹽（一種關鍵微生物代謝產物）的治療方法。
“這種物質可以增強腸道屏障功能，還可能有抑菌的作用，這就能夠給添加的微生物創(chuàng)造一個生態(tài)位。”Nagler 說。ClostraBio 公司計劃在 2021 年開始它的第一個人體實驗。
“這是一個大的拼圖。”Bunyavanich 說。微生物組只是其中的一塊，但是她和 Nagler 以及其他的人都認為這會是很大的一塊。
參考文獻：
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6.Feehley T, Plunkett C H, Bao R, et al. Healthy infants harbor intestinal bacteria that protect against food allergy[J]. Nature medicine, 2019, 25(3): 448.
原文鏈接：https://www.knowablemagazine.org/article/health-disease/2020/could-gut-microbes-solve-food-allergies
作者｜Esther Landhuis
編譯｜C。
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