两篇Science同期重磅：营养不良儿童的肠道菌群重建
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本周，资深通讯员Elizabeth Pennisi推荐了《Science》上两篇同期针对营养不良儿童肠道菌群的研究。
科学家们利用自搭建的workflow，捕获了15种协同工作的肠道细菌“生态群”（ecogroup），这些菌群与发育、成熟有关。
利用“生态群”，研究人员针对孟加拉国营养不良儿童的肠道菌群，配置了一种新型治疗性食品，它被称为“靶向微生物群的补充食品”（microbiota-directed complementary foods，MDCF），由易于获得、负担得起、孟加拉国文化上可接受、肠道菌想吃的成分组成。
结果显示，这类食品原型不仅可以修复营养不良儿童的肠道菌群，令人瞩目的是，它还改善了儿童其他一些生理指标——而这些效果传统疗法不能提供。
专家评论，这项研究“杰出且及其全面”。它告诉我们，治疗儿童营养不良，重建肠道菌群或是一种捷径，也是更为经济的办法。
研究名称：A sparse covarying unit that describes healthy and impaired human gut microbiota development
期刊：Science
发表时间：2019年7月
DOI:10.1126/science.aau4735
研究名称：Effects of microbiota-directed foods in gnotobiotic animals and undernourished children
期刊：Science
发表时间：2019年7月
DOI:10.1126/science.aau4732
2014年，孟加拉国国际腹泻病研究中心营养研究主任Tahmeed Ahmed与华盛顿大学的Jeffrey Gordon团队，共同报告了营养不良儿童的肠道菌群情况——前者致力于营养不良儿童的康复治疗已经30多年，而后者是肠道菌群相关研究领域的先驱。
他们发现，严重营养不良儿童（SAM）的肠道菌群，与更低龄儿童的肠道菌群相似。换句话说：肠道菌的年龄，没有跟上营养不良儿童的“实际生理年龄”。
全球约有1.5亿5岁以下儿童存在营养不良问题。它是多种因素综合导致的，提供充足、营养的食物只是治疗手段之一。
目前，国际援助食品（标准疗法）的主要成分是奶粉和大米，但戈登实验室的一名研究生Jeanette Gehrig曾在54名6-36个月的孟加拉国住院SAM儿童随访中发现，接受标准治疗食品后，SAM患儿的肠道菌群仍处于未完全修复状态：
尽管出院后1个月有所改善，但在6个月或12个月时，已经几乎观察不到明显的额外改善，而此时中度急性营养不良（MAM）儿童的肠道菌群仍处于未完全修复状态。
简而言之：现有的标准食品疗法，对促进营养不良儿童“肠道菌群的追赶性生长”帮助不大。
考虑到营养不良的后果，不仅仅是营养素缺乏，还包括生长迟缓、免疫力受损、认知功能下降。小鼠模型已经表明，未成熟的肠道菌群与动物体重增减、骨骼发育缺陷以及代谢和免疫功能异常有关。
科学家由此衍生的一个疑问是：我们如何设计最佳的食物，引导微生物群进入适合年龄和健康的状态？
15种协同工作的细菌，形成了一个“ecogroup”
要越过这些难关，第一个核心问题是：我们要靶向的细菌是谁？
这里要提到团队的一个重点研究成果：Gehrig和Raman等人为此搭建的“统计学工作流程”（statistical workflow）——他们使用这个流程在分析了36名健康孟加拉国出生队列成员从出生后第1个月到第60个月、每月提供的粪便样本，结果显示：
15个细菌类群的“生态群”（ecogroup）在20个月及更久的时间里表现出一致的共变。这15种细菌，与志愿者的发育、成熟有关。
它们包括来自Bifidobacterium longum，Faecalibacterium prausnitzii，Prevotella copri, Streptococcus thermophilus和Lactobacillus ruminis的OTUs（操作分类单元）。
这15个菌种构成的协变分类群网络的图形描述，每个绿色节点代表15个OTU中的一个，在20到60个月之间表现出高水平的守恒协方差。
经过一系列定菌小鼠和猪仔实验、孟加拉国健康儿童和恢复不良的SAM儿童代谢参数的监测，Gehrig和Raman等人还使用“ecogroup”提供了一个孟加拉国严重急性营养不良（SAM）和中度急性营养不良（MAM）儿童的微生物群发展状况的描述框架，以及如何定义“标准膳食”与“微生物群靶向膳食”疗效的定量指标。
研究团队现在拥有了度量的武器。
总体而言，“ecogroup”代表了一种微生物群中的简化特征，而这些微生物群在整体功能和组成中起关键作用。它可被用于区分不同营养不良程度的儿童（SAM/MAM）的肠道菌群，并量化肠道菌群通过MDCF重建为健康状态的能力。
一项双盲、随机、对照的微生物靶向食品喂养实验
接下来，Gehrig和Raman团队开始测试哪些食品可靶向这支“ecogroup”。
利用定菌小鼠和猪仔数据，研究小组开发了一种补充食品原型：MDCF-2，它在标准膳食和其他临床前模型的各种MDCF原型中脱颖而出。
除了其他成分外，这种配方原型中还含有鹰嘴豆、大豆、香蕉和花生等营养成分的混合物。
研究人员发现，用MDCF-2治疗的患儿的微生物群与健康儿童的微生物群非常相似。令人瞩目的是，MDCF-2在4种其他情况中也引起了血浆蛋白质组变化（表明健康状况改善），包括：代谢、骨生长、中枢神经系统发育、免疫功能的生物标记物和介质的变化。
这项双盲、随机、对照实验在60名孟加拉国的MAM儿童中进行，虽然只有短短一个月时间，但研究人员发现，MDCF-2已经显著提高了志愿者生长、骨形成、神经发育和免疫功能的生物标记物和介质水平:
不同MDCF对骨和中枢神经系统发育的生物标志物和介质，及NF-κB信号转导的影响。
团队测量了志愿者们包括与骨生长、大脑发育、免疫功能和各种组织代谢密切相关在内的1300多种血液蛋白质和代谢物，发现MDCF-2组已经明显朝健康方向转变。
不仅如此，这些儿童的肠道菌群也经历了重新配置，更接近于在生活在同一地区的健康儿童。包括F. prausnitzii、Clostridiales sp.丰度的显著增加，B. longum的显著减少。
这些发现，有望改变针对营养不良儿童的治疗规则。它证明了开发一种肠道菌群靶向食品来治疗营养不良是可行的，这种食品甚至对肠外健康——包括代谢、骨骼、大脑和免疫系统发育的关键介质都有积极作用，而这些器官和系统在标准疗法下也往往很难修复。
戈登强调，这些为修复营养不良儿童肠道菌群所做的努力，能够为更明智的儿童喂养提供指导，使孩子们发展出更健康的微生物群：
“我们需要有效地管理我们孩子宝贵的微生物资源。微生物的影响可能是长期存在的，它指向了预防医学的一个新方向——从微生物群的发展开始”。
封面图源
MUNIR UZ ZAMAN/AFP/GETTY IMAGES
参考资料
[1]Elizabeth Pennisi, Starving children often don’t recover, even when fed enough. Restoring their gut bacteria could help, Science, July 2019, DOI ：10.1126/science.aay7095
[2]ScienceDaily：For malnourished children, new therapeutic food boosts gut microbes, healthy development
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