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谷禾健康
音乐对身心的影响
近年来，环境和动物生理及心理的相关研究越来越多。环境因素的丰富性和多样性是改善动物生理和心理状态的重要研究参数。
环境因素指的是正常环境，在这种环境中，动物通过获得环境激励以做出有益的增强，使它们能够正常表达其行为和心理活动，从而改善健康状况和生长性能。
★ 音乐对人体健康具有益处
音乐这种声波刺激，影响着动物的生理和心理。以前的研究表明，伴随音乐喂养动物会影响它们的生长性能和动物生产。音乐的节奏鼓励肌肉活动并激发机体的活力。当音乐的节奏接近机体的心律时，会刺激机体分泌调节荷尔蒙。
美国开展的一项音乐疗法研究表明，它可以缓解情绪、改善消化、平衡心理状态并促进疾病康复。
★ 音乐可以辅助调节肠道菌群
中国在先秦时期就将五行音乐疗法（FEMT）引入医学领域。中国的五行音乐疗法有着悠久的历史和完整的体系。科学家观察到五行音乐疗法可以缓解焦虑症状、改善空间认知、调节肠道菌群和辅助药物治疗。
五行音乐疗法——中医理论描述了五种音乐音调、五种器官和五种元素之间的相互联系，五音分属五行，通肝、心、肺、脾、肾五脏。用角、徵、宫、商、羽五种不同的音调的音乐来治疗相对应的疾病。
虽然目前音乐疗法治疗疾病存在一定的局限性，但音乐疗法已成为临床常用的辅助治疗手段。
然而，关于喂食过程中听音乐对肠道微生物影响的报道较少。本文通过最新的研究评估喂养时伴随音乐对小鼠肠道微生物和生长性能的影响，为音乐治疗提供理论支持。
•实验选用生长状况良好、健康的小鼠
在整个研究过程中，没有动物患抑郁症、疾病或死亡，尸检和电子显微镜成像均未显示宏观和微观病理。
整个实验期间的小鼠体重
•对照组小鼠体重在前16天高于音乐干预组
对照组小鼠体重在30天喂养期的最初16天高于音乐干预组，第4天两组差异显著（P<0.05)。
•19天后音乐干预组体重开始高于对照组
然而，在第19天后，两组之间的小鼠体重发生了翻天覆地的变化，音乐干预组的体重在第19-30天高于对照组。
其中，第25天（38.444：39.600）、第28天（39.120：40.238）和第30天（40.120：40.838）组间差异有统计学意义（P<0.01；P<0.05；P < 0.05）。
•音乐干预组小鼠情绪和状态更活跃
值得注意的是，在喂食期间，我们发现音乐干预后的小鼠在情绪状况和活动状态方面比对照小鼠更活跃。
匹配了获得的合格序列，并进行了α-多样性分析，以评估对照组和音乐干预组之间肠道菌群多样性和丰度的差异。
✦伴随音乐的喂养降低了肠道菌群丰度
结果表明，对照组的微生物多样性和丰度高于音乐干预组，两组间chao1指数差异显著（P<0.05）。其他三个指数（Shannon指数、ACE指数和Simpson指数）没有显示出统计差异。
注：chao1指数——又称Chao1丰富度指数或Chao1多样性指数,是一种用于衡量群落物种多样性的指标。
综上所述，可以看出伴随音乐的喂养过程降低了肠道菌群的丰度。
✦β多样性较低
利用QIIME软件计算β多样性分析，比较样本间物种多样性的相似性。
PCoA分析基于未加权的二进制 jaccard（P>0.05）和加权的 bray curtis（P>0.05）显示两组之间没有统计学差异，表明两组之间具有高相似性和低物种多样性。
α和β多样性分析
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通过使用 QIIME2 软件对来自不同物种的微生物类群进行分类，评估了门和属水平上优势样本的相对比例。
✦两组中都以厚壁菌和变形菌为主
结果表明，对照组中门水平的优势菌为厚壁菌门（Firmicutes）占42.19%，变形菌门（Proteobacteria）占19.57%，蓝藻（Cyanobacteria）占13.05%和拟杆菌门（Bacteroidetes）占9.85%，占总肠道菌群的84.66%。
在音乐干预组中，门水平的优势细菌为厚壁菌门（Firmicutes）占61.42%，变形菌门（Proteobacteria）占16.00%、蓝藻占7.07%和拟杆菌门（Bacteroidetes）占4.46%，占微生物总数的88.94%。两组的微生物组成（属水平）均显示乳杆菌（Lactobacillus）为优势群落。
此外，uncultured_bacterium_f_Enterobacteriaceae（3.97%比5.83%）和uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae（3.47%比1.62%）是两组中的优势菌株。
小结
从以上结果可以得出结论，在小鼠喂食过程中进行音乐干预可以改变肠道微生物的组成。
热图通过色带和接近程度表明多个样品的肠道微生物种群的异同。
结果表明，无论细菌门水平还是在属水平，两组样品之间的微生物丰度相似性较低，但组内样品之间的差异较小，微生物丰度相似。
小鼠肠道微生物组成分布和热图
注：(A) 门级的优势细菌种类和丰度；(B) 属级的优势细菌种类和丰度；(C) 门级样品间微生物相似性热图；(D) 属级样品间微生物相似性热图。
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✦两组之间厚壁菌丰度存在显著差异
使用 Metastats 分析，研究了两组微生物的门和属水平组成的统计学差异。结果显示厚壁菌门的相对丰度存在显著差异（对照组0.422 ± 0.056与音乐干预组0.614 ± 0051，P < 0.05）。
Metastats分析——组间群落显著性差异分析，用于寻找组间差异物种
✦对照组丰度高于音乐干预组的菌群
在属水平上发现了11个具有统计学意义的分类群，而对照组在以下菌种丰度高于音乐干预组
uncultured_bacterium_o_Microtrichales
(P<0.0001)；uncultured_bacterium_f_Micromonosporaceae
(P<0.05)；
Pseudolabrys (P<0.05)；
Methylobacterium (P<0.05)；
uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae
(P<0.05)；
Ruminococcaceae_UCG-005 (P<0.05) 。
✦音乐干预组丰度高于对照组的菌群
与此相反，以下菌种丰度音乐干预组高于对照组：
uncultured_bacterium_f_Atopobiaceae(P<0.01);Ileibacterium(P<0.01)；Lachnospiraceae_FCS020_group(P<0.05)；Serratia(P<0.05)；
Dietzia (P<0.05)。
门和属水平肠道细菌丰度的统计差异
注：所有数据均表示平均值±SD（*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001）
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考虑到 Metastats 分析对两组间细菌相对丰度差异的局限性，进行了 LEfSe 分析以寻找对照组和音乐干预组之间具有统计学差异的生物标志物。
LEfSe分析是一种将非参数的Kruskal-Wallis以及Wilcoxon秩和检验，与线性判别分析效应量相结合的分析手段, 能够在不同组间寻找具有统计学差异的Biomarker，其要求组内样本数≥3。
结果表明，除了上述显著差异的细菌外，还回收了15个具有统计学差异的生物标志物，对照组中最主要的群体是疣微菌门(Verrucomicrobia)、δ-变形菌(Deltaproteobacteria)和酸微菌(Acidimicrobiia)，而Lleibacterium和大洋芽孢杆菌（Oceanobacillus）在音乐干预组中显著表达。
LEfSe分析和LDA评分揭示了细菌丰度的显著差异
注：(A) LDA分数>3.0被认为具有统计学意义。(B) 分支图描绘了与对照组和音乐干预组相关的肠道微生物群的系统发育分布。
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在生态学领域，相关性通常用于构建可用于分析物种群落数据（共现模式）或组合多个数据集进行分析的网络模型。以python为基础，使用前50个属来创建基于网络的关联，该关联表示78个节点、237个边和6个社区。
✦乳杆菌是两组中最丰富的菌
我们发现，在基于网络的相关性分析中，乳杆菌（Lactobacillus）是两组中最丰富的细菌。
此外，音乐干预后小鼠（Jm组）体内乳杆菌丰度高于对照组(47.34%比28.03%)，而Phaseolus_acutifolius_tepary_bean丰度低于对照组（6.24% 比 12.36%）。
✦乳杆菌与其他菌属的关联性
乳杆菌与Parabacteroides（0.6364）、Faecalibacterium（0.7455）、幽门螺杆菌（0.7720）、RB41（0.6485）呈负相关。
Phaseolus_acutifolius_tepary_bean与Candidatus_Koribacter（0.7173）和Breznakia（0.7195）呈正相关，与泛菌属（0.66060）、肠球菌属（0.6809）和Ruminococcacee_UCG-014（0.6606）呈负相关。
物种间相关性分析
线条描绘了两个物种之间的相关性，线条粗细描绘了相关性的强度。根据线条的颜色，橙色表示正相关，绿色表示负相关。
已发现音乐对身体有积极的影响，引起协调的共振，促进器官节奏的和谐，以及一系列内分泌转变。
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✦提高动物的生长性能
先前的研究表明，音乐和检查声音的混合会显著提高小猪生长性能（同样的饲料量下长了更多的肉）。然而，有些音乐（例如重金属，频率<20赫兹，95–105分贝）具有相反的效果。
注：这项研究是在 El Condor Pasa 音乐上进行的，该音乐风格自然且没有过度分层。
在为期30天的喂养实验（有音乐干预）中，发现小鼠的体重在第25天时明显高于对照组。此外还显示，在音乐干预后，动物消耗了更多的食物，体重明显增加。
✦促进对营养的吸收
一些研究发现，音乐可以促进免疫系统和肠道微生物对营养的吸收，同时还可以减轻噪音的负面影响。总的来说，表明音乐可以改善体重，促进小鼠的生长和身体发育。
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✦增强肠道菌群的活性
先前的研究表明，音乐疗法可以减少抑郁症，它还会影响消化系统的协调共振、生长激素的分泌并增强肠道菌群的活性和多样性。
肠道微生物群是动物肠道中的微生物群落，在微生物学、医学和遗传学等肠道微生物群相关领域中观察到越来越多的研究趋势。
小鼠胃肠道α-多样性和PCoA分析表明，与对照组相比，音乐干预组肠道微生物发生了变化。有趣的是，整个多样性分析揭示了音乐组中组内样本的高度聚集和组内相似性的显著增强。
✦有助于肠道菌群的相对稳定
我们发现喂食期间的音乐干预从统计学上增加了厚壁菌和乳杆菌的丰富度，同时成倍减少了蓝藻、拟杆菌、肠道微生物中的Phaseolus_acutifolius_tepary_bean和uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae。
厚壁菌门是数量最多的细菌，大多数为革兰氏阳性菌，呈球形或杆状，厚壁菌门的许多成员是有益菌，如乳杆菌、芽孢杆菌、双歧杆菌、丁酸梭菌等。
表明肠道微生物多样性的减少与特定细菌的减少或个别菌株的过度生长有关。这表明喂养期间的音乐干预可以减少离散的微生物群并有助于相对稳定性。
✦肠道微生物的稳态有助于防止其他疾病
肠道微生物群的稳态被发现是外部病原体入侵和定植的重要障碍，肠道微生物群的改变可能与多种疾病有关。
除了胃肠道疾病和代谢疾病，肠道菌群还与多种全身性疾病有关，例如神经系统疾病、呼吸系统疾病、心血管疾病和肿瘤疾病。
研究表明，乳杆菌等微生物可以产生乙酸盐、乳酸和抗菌物质，可以防止病原体干扰健康。 此外，它们还有助于维持肠道微生态平衡，预防和抑制肿瘤的发生，增强动物免疫力，促进消化，合成氨基酸和维生素。
总体而言，本研究描述了小鼠在进食期间听音乐情况下肠道微生物群的变化。
结果表明，音乐干预后肠道微生物群发生了显著变化，其特征是肠道细菌多样性下降和小鼠肠道微生物群组成发生变化。此外，在伴随音乐喂养小鼠期间，有益菌的数量增加，而致病菌或条件致病菌减少。
这些结果有助于理解音乐与肠道微生物群之间的关系，以及肠道微生物群会根据不同的喂养环境发生变化。本研究也为音乐疗法改善动物生长环境提高动物生理及心理状态提供了理论依据。
关于肠道菌群干预的相关措施有很多，比如说饮食、睡眠、运动、益生菌、粪菌移植、天然产物、抗生素等，这些在我们之前写过的相关主题的文章都有涉及；而关于音乐对肠道菌群的干预的研究较少，本文对此做一个详细介绍，为音乐疗法的有效性提供了理论依据。
音乐是我们日常生活中轻而易举就能接触到的，可以说是一种非常便捷的治疗方式，因为它不需要使用任何药物或器械，无需去医院等特殊的场所。通过本文的研究可以窥见音乐疗法对于干预人类肠道菌群的潜力。
对于研究人员而言，未来可以更深入了解音乐疗法的作用机制，通过研究不同类型的音乐、不同的音乐治疗对象，探索更多有效的个性化的音乐调节肠道菌群的方案，从而更好地应用于临床实践中，让大众有机会感受音乐疗法带来的不可思议的力量。
参考文献
Niu J, Xu H, Zeng G, Wang P, Raciheon B, Nawaz S, Zeng Z, Zhao J. Music-based interventions in the feeding environment on the gut microbiota of mice. Sci Rep. 2023 Apr 18;13(1):6313.
谷禾健康
粪菌移植是一项近年来备受关注的医疗技术，它涉及将健康捐赠者的粪便物质转移至患有疾病或障碍患者的胃肠道。
简单来说就是选择健康合适的人粪便，通过科学方法提取出有用的微生物，去除有害与无用的部分，然后制成制剂，给病人口服或者直接注入肠道，目的是恢复健康的肠道微生物群并改善整体健康状况。
粪菌移植的历史悠久
粪菌移植在传统中医中已有数百年的应用，粪菌移植的第一个记录可以追溯到四世纪的中国，当时人类粪便被称为黄汤，用于治疗严重腹泻的患者。
15到16世纪的中国明朝，有关于将新鲜或发酵的粪便悬浮液用于治疗腹泻、便秘和腹痛等胃肠道疾病的记载。
但直到20世纪50年代晚期，它才首次用于现代医学，以治疗由抗生素耐药菌引起的严重腹泻。
在20世纪80年代和90年代，粪菌移植主要用于治疗反复发作的艰难梭菌感染。然而，随着肠道微生物群的发现及其在健康和疾病中的作用，粪菌移植开始被探索作为治疗其他疾病的潜在方法，包括炎症性肠病、肠易激综合征甚至神经系统疾病等。
粪菌移植在未来拥有巨大前景
近年来，粪菌移植受到医学界和公众越来越多的关注，许多临床试验和研究正在进行，以评估其疗效和安全性。
粪菌移植的疗效已经在多种肠道疾病中得到证实，如艰难梭菌感染、肠炎、炎症性肠病等。粪菌移植的出现，为肠道微生物失调带来了新的治疗思路和方法，也为人类健康提供了新的希望。
随着我们对肠道微生物群研究的不断发展，粪菌移植很可能成为治疗其他疾病越来越重要的工具。谷禾在本文中将为大家介绍粪菌移植。
粪便微生物群移植 (粪菌移植) 是一种医疗程序，涉及将粪便从健康供体转移到受体的胃肠道中。已发现粪菌移植可有效治疗各种胃肠道疾病，包括艰难梭菌感染、炎症性肠病和肠易激综合征。
来自大量临床试验的数据表明，粪菌移植也可能对许多其他疾病具有治疗潜力，从胃肠道到肝脏疾病，神经系统疾病、自身免疫性疾病、皮肤疾病、心血管疾病、脑部疾病、肥胖和代谢综合征。
根据这些相关研究，谷禾带大家了解粪菌移植在治疗人体疾病中的作用。
人类疾病中的粪菌移植
Biazzo M,et al.J Clin Med.2022
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粪菌移植主要用于治疗反复发作的艰难梭菌感染（CDI），这是一种细菌感染，会引起严重的腹泻和结肠炎症。
√粪菌移植对治疗艰难梭菌感染特别有效
研究表明，粪菌移植在治疗复发性艰难梭菌感染方面特别有效，已发现粪菌移植在治疗艰难梭菌感染方面的成功率超过90%，而且几乎没有副作用。
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粪菌移植已被证明是治疗多种胃肠道疾病的有效方法，包括炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）。
炎症性肠病是一种复杂的炎症和慢性疾病，其特征是免疫失调，最终导致消化道免疫介导的损伤，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。肠道微生物群失调被认为是炎症性肠病发展中的关键调节事件，因此粪菌移植代表了一种可能的治疗策略。
√缓解溃疡性结肠炎患者症状
最近一项随机对照试验的荟萃分析发现，粪菌移植可有效诱导溃疡性结肠炎患者症状缓解，缓解率为36%，而对照组仅为9%。对核糖体 16S RNA 的分析表明，粪菌移植后微生物多样性增加并持续存在。
对活动期溃疡性结肠炎的儿科患者（4至17岁）进行了随机临床试验。粪菌移植组中92%的患者在第6周实现了小儿溃疡性结肠炎活动指数的改善（与安慰剂组的50%相比）。
√短期内改善了克罗恩病患者症状
评估了25名患有腹腔内炎症性肿块的克罗恩病患者使用多种新鲜粪菌移植（初始粪菌移植随后每三个月重复粪菌移植）的疗效和安全性。
超过一半的患者在第一次粪菌移植后三个月表现出临床反应的缓解，这一比例在12个月和18个月时有所下降。
注：这表明尽管粪菌移植在短期内缓解了临床症状，但未能产生持久的临床效果。
√对肠易激综合征有积极影响
六项不同的临床试验发现粪菌移植对肠易激综合征症状有积极影响：
(1) 在一项只有10名患者入组的小型临床试验中，在粪菌移植后4周，6 名患者有所改善；有趣的是，作者发现报告改善的患者接受了来自双歧杆菌含量高于无效供体的粪菌移植，这表明富含双歧杆菌的粪便供体可能是粪菌移植成功的预测因素。
(2)观察到65%的患者在通过结肠镜检查接受粪菌移植治疗三个月后症状缓解以及粪菌移植之后微生物特征向供体特征的转变，包括增加的α和β多样性。
(3)报告了腹泻型肠易激综合征患者的症状和生活质量的改善，这些患者通过胃镜接受新鲜粪便，并且（在连续分析中）增加了短链脂肪酸。
(4)报告显示，在接受来自健康供体（同种异体移植）或来自他们自己（自体移植）的粪便材料的患者中，肠易激综合征症状出现短暂改善；接受同种异体移植的患者抑郁评分有所下降。
(5)使用仅从一名健康、特征良好的供体获得的粪便样本通过胃镜粪菌移植治疗肠易激综合征患者，发现了疲劳和生活质量的改善以及细菌微生物群概况的变化、粪便短链脂肪酸的变化。
(6)在最近的一项临床试验中，招募了难治性肠易激综合征患者，主要是腹胀，并通过鼻空肠给药接受一次粪菌移植治疗；粪菌移植一年后，56%的患者报告肠易激综合征症状和生活质量有所改善。
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复发性肝性脑病是肝硬化的并发症（与饮酒无关），由肝功能衰竭和肠-肝-脑轴受损引起，可导致意识障碍和昏迷 。
√粪菌移植改善肝性脑病患者认知和微生态失调
粪菌移植最近被研究为一种可能的新治疗工具。第一项试验描述，通过灌肠递送的单一粪菌移植在短期内减少了肝性脑病患者的住院时间，改善了他们的认知和微生态失调。
粪菌移植治疗后一年内，与对照组相比，降低了住院率并改善了认知功能。
√粪菌移植展现出肝病的治疗潜力
广泛的研究支持粪菌移植作为一种控制肝病的疗法。粪菌移植改善了高脂肪饮食引起的肝损伤和脂质代谢，同时增加了小鼠肠道微生物群的多样性。来自对酒精性肝病有抵抗力的供体小鼠的粪菌移植可以预防酒精性肝损伤。
此外，粪菌移植已经用于慢性肝病患者。最近一项针对严重酒精性肝炎患者的初步研究表明，粪菌移植与存活率提高和腹水消退有关。
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多项研究探索了粪菌移植在治疗神经系统疾病方面的潜在益处，例如帕金森病、多发性硬化症和自闭症谱系障碍。
√改善帕金森病患者症状
发表在《神经病学》杂志上的一项研究发现，粪菌移植改善了帕金森病患者的症状，如便秘和睡眠障碍。
在帕金森病小鼠模型中，来自正常小鼠的粪菌移植可以减少黑质的病理特征并减轻身体损伤。
√改善多发性硬化症患者症状
发表在《神经炎症杂志》上的另一项研究发现，粪菌移植改善了多发性硬化症患者的症状，例如疲劳和抑郁。
√影响抑郁症、阿尔兹海默症状态
此外，来自重度抑郁症患者的粪菌移植在正常小鼠中诱导了抑郁症的行为/生理特征。
最后，在阿尔茨海默病小鼠模型中，源自正常对照小鼠的粪菌移植改善了认知功能。
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除神经系统疾病外，粪菌移植在治疗其他非胃肠道疾病（如肥胖、糖尿病和代谢综合征）方面也显示出前景。
√改善代谢综合征患者胰岛素敏感性
几项临床试验研究了粪菌移植对代谢综合征患者的的影响，显示出改善：报告说，患有代谢综合征的男性参与者接受了来自健康人群的肠道微生物群输注六周后胰岛素敏感性增加。
研究人员概括了关于胰岛素抵抗增加的发现，并补充说它取决于粪菌移植后肠道微生物群的变化。
最后，与移植正常供体粪便的受试者相比，使用代谢综合征供体粪便移植肥胖和胰岛素抵抗的男性受试者时，胰岛素敏感性降低，从而显示代谢综合征中胰岛素敏感性和微生物群之间的因果关系。
发表在《胃肠病学》杂志上的一项研究也发现，粪菌移植改善了代谢综合征患者的胰岛素敏感性。
注：代谢综合征是糖尿病的前兆。
除了这些已经确定的应用，粪菌移植还有一些新兴的用途。例如，粪菌移植被探索作为治疗肥胖和2型糖尿病的潜在方法。
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在过去的几年中，肠道微生物群在致癌过程中的作用已得到越来越多的认可。肠道微生物失调和个别细菌可以通过激活致瘤途径、诱发炎症和破坏宿主DNA来诱发癌症或影响癌症进程。
细菌影响癌症的具体机制
几种细菌拥有或产生促进β-连环蛋白与E-钙粘蛋白分离的蛋白质，激活参与癌发生的β-连环蛋白信号通路。
肠道生态失调导致细菌衍生的短链脂肪酸的产生减少。肠道生态失调通过Toll 样受体 (TLR) 的微生物相关分子模式发挥促炎作用，增加细胞产生促炎因子，从而增加致癌作用。
除了诱发炎症外，许多细菌还能够通过释放特定代谢物来破坏DNA，从而促进癌症进展。
β-连环蛋白（β-catenin）是一种细胞骨架蛋白，主要位于细胞膜，在乳腺上皮中，β-catenin游离量较少，通过介导与E-cadherin的相互作用，将细胞外黏附因子与细胞质内细胞骨架相互连接，以保持质膜的完整性，并参与细胞的黏附、迁徙与转移等过程。
β-catenin异常表达时脱离细胞间连接进入细胞质或细胞核，将失去介导细胞间链接、黏附的功能，并引起某些癌基因的表达，导致细胞癌变、转移。
β-catenin还是介导Wnt信号传导的关键分子，其在细胞核中决定着Wnt信号通路的开放或关闭，通过调节基因表达过程，在乳腺发育以及肿瘤发生的调控中起到了重要的作用。
细胞膜中β-catenin的丢失以及细胞质、细胞核中β-catenin的高表达都可以经过不同的调节途径独立发生，诱导乳腺癌的发生，并影响乳腺癌的预后。
E-钙粘蛋白（E-cadherin）是钙黏蛋白家族成员，在上皮细胞中连接细胞骨架与细胞外环境，参与细胞信号传导。在正常乳腺组织中，E-cadherin在肌上皮中呈颗粒状膜阳性，在腺上皮细胞中呈细胞膜强阳性，是区分DCIS和小叶原位癌的标志物；E-cadherin几乎在所有的DCIS细胞上呈线状膜染色，而小叶原位癌的细胞膜大多不表达E-cadherin。
令人惊讶的是，特定的微生物群物种具有调节癌症治疗的功效，显著影响癌症患者的临床预后。
√粪菌移植有助于治疗黑色素瘤
黑色素瘤是一种皮肤癌，涉及产生黑色素的黑色素细胞。最近，新工具利用免疫检查点抑制剂来增强患者对肿瘤的免疫反应（这种治疗方法称为“癌症免疫疗法”），并且有趣地发现肠道微生物组调节这种反应。
注：谷禾前面的文章中也有讲过癌症免疫疗法。
在两个具有不同肠道微生物组成的小鼠中，黑色素瘤的生长及其对抗程序性死亡配体1(PD-L1)免疫疗法的反应显著不同。
如果将来自对抗PD-1治疗有积极反应的黑色素瘤患者的粪便样本移植到无菌小鼠体内，则PD-1阻断的抗肿瘤作用会得到改善。
粪菌移植似乎有望通过转移有利的肠道微生物群来增强黑色素瘤患者的抗肿瘤免疫力。
通过粪便微生物群移植治疗癌症
Chen D,et al.Int J Cancer.2019
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根据最近的研究，粪菌移植可能是治疗各种皮肤病症（包括湿疹和牛皮癣）的潜在治疗选择。人体肠道微生物群在免疫调节中起着至关重要的作用，肠道微生物群的改变与各种皮肤病有关。
一些案例报告了湿疹和牛皮癣患者经粪菌移植后成功治疗。
√改善了牛皮癣患者的严重程度
在研究皮肤病学杂志上发表的一项研究中，研究人员发现粪菌移植改善了四分之三的牛皮癣患者的严重程度。
√湿疹症状有了显著改善
此外，发表在美国皮肤病学会杂志上的一项研究报告说，粪菌移植使三分之二的患者的湿疹症状有了显著改善。
总之，粪菌移植显示出作为治疗湿疹等皮肤病的巨大潜力。同样重要的是要注意粪菌移植具有潜在的风险，包括感染和不良反应。
需要更多的研究来确定粪菌移植治疗皮肤病的最佳频率和剂量。因此，在考虑将其作为皮肤病的治疗选择之前，必须彻底评估粪菌移植的潜在益处和风险。
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关于微生物群和粪菌移植干预在心血管疾病中的作用，只有有限的证据可用，而且大多是在动物模型中获得的。
√菌群影响房颤的易感性
最近提出了老年人肠道菌群失调在房颤发病机制中的因果作用。研究表明，将患有心房颤动的老年大鼠粪菌移植移植到年轻大鼠体内会导致更高水平的脂多糖和更高的疾病易感性。
√菌群移植改善了心肌损伤
仍然在动物模型中，实验性自身免疫性心肌炎（EAM）小鼠模型中对照小鼠的粪菌移植增加了微生物的丰富度，包括厚壁菌门/拟杆菌门的比例增加，并且由于炎症减轻而改善了心肌损伤。
尽管科学文献中很少有证据表明粪菌移植策略在心血管疾病中有治疗价值，但在动物模型和人类中获得的这些数据肯定会为进一步研究提供坚实的基础。
本章小结
未来，粪菌移植也可能用于治疗自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎和红斑狼疮，以及精神健康状况，如抑郁症和焦虑症。
值得注意的是，这些新兴应用仍处于研究的早期阶段，需要进一步的研究来确定它们的疗效和安全性。
总的来说，目前粪菌移植主要用于治疗反复发作的艰难梭菌感染和一部分胃肠道疾病，但它在治疗其他疾病和障碍方面具有巨大的潜力，正在进行研究探索其在各个医学领域的潜在应用。
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移植所需的粪菌来自经过严格筛查的供体，供体捐赠样本后，用一套全自动化的机器进行分离，经过注水、搅拌、过滤、离心、沉淀等步骤，得到纯化的细菌。
粪便菌群移植过程示意图
Wang JW,et al.J Formos Med Assoc.2019
其中单单过滤的步骤就要重复数次，每一道过滤用的滤网孔径都比前一道滤网的孔径更小，最后一道滤网的孔径只有0.07毫米，基本上可以把所有的杂质去除，只剩下细菌这些微生物。
分离出来的粪菌再用生理盐水制成混悬液供移植使用。
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“移植”过程不是简单粗暴的将一个人的粪便直接注入患者的肠道，主要是将健康供体的粪便离心纯化，获得功能菌，然后通过上消化道、中消化道和下消化道转移至受体肠道。从而重建稳定的肠道微生态环境，缓解相关症状，治疗疾病。
★ 粪菌移植的途径与治疗目的有相关性
例如，想要治疗溃疡性结肠炎可以采取经结肠镜灌肠。要治疗慢性乙型肝炎，则是经上消化道，可以采取：经麻醉胃镜、普通胃镜、经鼻饲管，或者用粪菌胶囊，经典方式是通过麻醉胃镜。
粪便微生物群移植的方法
Biazzo M,et al.J Clin Med.2022
不同的粪菌移植方式具有各自的优缺点，下面谷禾具体来讲述经不同部位消化道进行粪菌移植的特点。
▸ 上消化道
操作简单，总体风险较低
上消化道途径中，口服给药和鼻胃管应用广泛，操作简单，总体风险较低。但在此过程中，可能会因菌液反流或吸出而导致窒息，如果机体本身存在梗阻，则移植的菌液可能无法准确到达肠道。
其中，口服途径主要指包封粪菌材料，通过将提取的粪菌与冷冻保护剂（主要是甘油）混合制备，然后进行多重包装以保护粪菌移植材料免受胃肠道环境的影响。同时，操作人员可以根据预期的释放位置进一步选择胶囊壳的材料。目前，市售的胶囊壳通常针对胃或结肠的释放，并被配制以确保细菌的存活率和定植。
降低潜在疾病传播的概率
此外，在制作胶囊的过程中，也可以去除无症状供体中可能存在的真菌、寄生虫、病毒和部分炎症介质，以降低潜在的疾病传播概率。
总的来说，通过上消化道途径的粪菌移植具有无需昂贵器械、重复使用对患者损伤小、患者耐受性好等优点。该途径适用于不能耐受鼻肠管和胃镜移植的患者，以及需要口服定制菌的患者。
▸ 中消化道
减少移植时的细菌位移
中消化道途径主要是指鼻肠移植和经内镜肠道植管术，能够实现全肠道给药。其中鼻肠管通过导丝拉伸拉直，在胃肠蠕动正常的情况下自动通过幽门，进一步减少粪菌移植时的细菌移位。
在一项随机对照试验中报道，通过鼻肠管的粪菌移植优于单独使用万古霉素治疗艰难梭菌感染，但粪菌移植组患者也出现了腹泻、痉挛和便秘等不良事件。
什么是经内镜肠道植管术？
经内镜肠道植管术（TET）具体指的是在内镜下辅助植入固定管并固定在肠道深处，同时外端沿肠道与外部相通。TET主要包括结肠途径介导的TET和中胃肠道途径介导TET。
结肠通路介导的TET需要应用结肠镜检查，并且使用这种途径进行重复粪菌移植是昂贵的。相比之下，中胃肠道途径介导的TET更方便，更容易维持。
由于中胃肠道介导的TET不需要在内镜手术后通过X射线或其他医疗仪器进一步确认肠道位置，对于无法进行结肠镜检查肠道准备的患者，或需要重复粪菌移植的患者，中胃肠道中介导的经内镜肠道植管术也是主要选择。
▸下消化道
下消化道通路主要指灌肠、结肠镜检查、结肠通路介导的经内镜肠道植管术等操作。
灌肠侵入性较小且相对简单
其中，灌肠是一种侵入性较小且相对简单的操作。灌肠法患者耐受性好，不需要昂贵的器械，有效降低了手术风险。但这种方法需要将输注的粪悬液保留较长时间，患者保持仰卧位以减少粪便排泄，同时反复灌肠易于被患者接受。
注意：粪菌移植的细菌是否可以通过灌肠的方式保留在肠段的命题尚不明确，而且这种方式也伴随着无法到达结肠和脾曲的风险，需要多次灌注才能获得疗效和更长的手术时间，以弥补肠道菌群保留率低的缺陷。同时，由于细菌液的滞留，这种方法可能不适用于肛门括约肌松弛或尿失禁的患者。
此外，在结肠镜检查和结肠通路介导的经内镜肠道植管术方面，它具有多种优势，主要包括：
(1）能够完整显示结肠和活检可疑组织的情况，有利于疾病的诊断、识别和分期；
(2) 允许操作人员直接评估肠道炎症，并在适当的部位注入足量的供体粪便细菌；
(3) 可将肠道菌群准确移植到受影响的肠段，并进一步将细菌保留在目标肠段；
(4)可以准确地输入足量的供体粪便菌，可以在一定程度上提高治疗效率。
然而，这些手术也伴随着部分不良事件，包括加重肠道反应。
粪菌移植的主要操作方式及优缺点
Zhang YW,et al.J Bone Miner Metab.2022
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粪菌移植的安全性主要与两方面因素有关，即供体的生物安全性、移植的操作安全性。
•供体的生物安全性
供体不仅要筛查排除乙肝、丙肝、梅毒、艾滋病、这些已知传染病，还要排除寄生虫、条件致病菌感染，甚至连饮食习惯、排便习惯、情绪状态、肿瘤家族史都要进行调查，不符合要求的都要排除。
供体的筛查可以说是“百里挑一”，要成为一个合格的供体是非常困难的。所有这些筛查工作都是为了保证供体的生物安全性。
•移植的操作安全性
移植的操作安全性主要与移植的方式有关。经胃镜、结肠镜的移植操作风险与常规胃镜、结肠镜检查的风险基本一致。
注：在后面的章节我们会详细讲述粪菌移植操作的具体要求。
为了评估粪菌移植的安全性，上海同济粪菌移植工作组主任等研究人员对8547名采用过粪菌移植的患者进行跟踪研究，得出以下结论：
1、回顾性分析数据表明，粪菌移植的短期和长期（从2周到5年）安全性都是比较好的，患者不要担心；
2、短期不良事件与粪菌移植给药方法有关，多为轻中度、较短暂，包括恶心、呕吐、腹泻等，只有42名（0.5%左右，很低比例）患者发生胃肠症状恶化；
3、长期随访期间的新发疾病主要是胃肠道和呼吸道疾病，发病率与一般人群无异；
4、 随访期间无粪菌移植相关感染传播事件，11例死亡与粪菌移植无关；
5、通过规范适应症和给药时机后，短期安全性和患者满意度升高。
所以，粪菌移植还是比较安全的。
粪菌移植已被证明是治疗多种胃肠道疾病的有效方法，然而，粪菌移植的潜在长期影响以及粪菌移植的最佳频率和剂量仍未得到很好的了解。
本章节旨在回顾有关粪菌移植潜在长期影响的现有文献，并为未来的研究和临床实践提供建议。
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虽然粪菌移植已被证明在短期内有效，但对粪菌移植长期影响的研究有限，粪菌移植对肠道微生物组和整体健康的长期影响仍不清楚。
✦可能导致抗生素抗性基因的转移
粪菌移植是一种医疗程序，它将健康捐赠者粪便中的微生物移植到受体的肠道中，以恢复或改善肠道微生物平衡。虽然粪菌移植已被证明在治疗某些疾病方面非常有效，但它的使用也存在一定争议。
一些研究表明，粪菌移植可能会产生意想不到的后果，例如抗生素抗性基因的转移或致病菌的引入。
✦病毒或其他感染因子可能通过粪菌移植传播
此外，人们还担心病毒或其他感染因子可能通过粪菌移植传播。需要更多的研究来充分了解粪菌移植的长期影响，并制定安全有效地使用该程序的指南。
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✦粪菌移植的监管
粪菌移植的监管因国家而异，一些国家如美国对其使用采取更为严格的方法。在美国，粪菌移植被美国食品药品监督管理局作为生物制品进行监管，只批准用于治疗未对其他治疗方法产生反应的复发性艰难梭菌感染。
在欧洲，粪菌移植通常被视为医疗程序，并由国家卫生部门进行监管。
✦粪菌移植的伦理问题
粪菌移植的伦理考虑包括知情同意、捐赠者选择以及对捐赠者和受体的潜在风险。捐赠者必须接受广泛的筛查，以确保他们健康且没有传染病，并且必须同意他们的粪便用于粪菌移植。
受体也必须提供知情同意，并且必须完全了解该程序的潜在风险和好处。粪菌移植的主要争议之一是该程序缺乏标准化。目前没有粪菌移植的标准化方案，粪便成分在捐赠者之间可能会有很大的差异。
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✦粪菌移植的剂量会影响其疗效
目前，粪菌移植的最佳频率和剂量仍不确定。一些研究表明，粪菌移植的剂量可能会影响其疗效，但目前还没有确定最佳剂量的标准。
✦一般需要多次粪菌移植
关于粪菌移植的频次，目前尚无明确的建议。一些研究表明，单次粪菌移植可能无法完全恢复肠道微生物群的平衡，需要多次粪菌移植才能达到最佳疗效。
单次粪菌移植可以有效治疗某些疾病，如复发性艰难梭菌感染。然而，对于其他疾病，可能需要多次粪菌移植才能获得最佳效果。
但是，多次粪菌移植也可能增加感染和其他不良反应的风险。因此，粪菌移植的频次应根据患者的具体情况和病情进行个体化的决策。
总之，粪菌移植的最佳频次和剂量应根据患者的具体情况和病情进行个体化的决策，同时应注意监测和预防不良反应的发生。
需要更多的研究来确定粪菌移植的最佳频率和剂量，以便在临床实践中更好地使用该程序。
根据《上海市菌群移植技术管理规范（2021年版）》，以下是部分粪菌移植操作要求：
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（一）严格遵守粪菌移植治疗操作规范和诊疗指南，严格掌握粪菌移植治疗适应证和禁忌证。
▷粪菌移植适用于治疗以下消化系统疾病
（1）艰难梭状芽胞杆菌感染：复发性/难治性艰难梭状芽胞杆菌感染。
（2）其他消化系统疾病：溃疡性结肠炎、克罗恩病、功能性便秘、肠易激综合征、菌群紊乱相关腹泻等。
▷粪菌移植治疗的其他疾病
（1）神经系统疾病：帕金森病、阿尔兹海默症、癫痫等。
（2）精神疾病：自闭症、情绪障碍、多动症、抽动症等。
（3）代谢相关疾病：代谢综合征、糖尿病等。
（4）肿瘤相关疾病：免疫治疗及放化疗所致肠炎等。
（二）除复发性/难治性艰难梭状芽胞杆菌感染外，出于其他治疗目的使用粪菌移植治疗均须以临床研究形式开展，并通过本机构伦理审查与备案。
（三）实施粪菌移植治疗前应当向患者及其家属告知治疗目的、风险、注意事项及可能发生的并发症等，并签署知情同意书。
（四）医疗机构应当建立完整的电子化临床数据库及严格的术后随访制度，在完成每例粪菌移植治疗后应当按照有关规定将治疗相关信息上报卫生健康行政部门。
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（1）有明确与肠道菌群紊乱有关的肠道内疾病，如肠功能障碍性疾病、肠道感染性疾病（复发性艰难梭菌感染）、肠道炎症性疾病及假性和麻痹性肠梗阻等；
（2）有明确与肠道疾病或者肠道菌群紊乱有关的肠道外疾病，如便秘合并帕金森病、便秘或腹泻合并自闭症、便秘或腹泻合并过敏性皮炎；
（3）患者需充分理解粪菌移植治疗过程及机制，并签署知情同意书。
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出现以下情况之一不宜进行粪菌移植：
（1）肠道大面积溃疡、出血；
（2）移植通道梗阻；
（3）移植操作本身（内镜、置管、灌肠、经口饮食）的禁忌证；
（4）未通过伦理审核的临床试验或患者拒绝接受粪菌移植。
（5）生命体征（体温、心率、血压、呼吸）不稳定;
（6）严重免疫系统紊乱;
（7）孕妇或哺乳期妇女；
（8）代偿或者失代偿肝功能障碍。
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（1）个人情况：作息规律，饮食健康，家庭和睦，无不良性交，无吸烟、饮酒、吸毒等嗜好，无药物成瘾，近6个月未接种过疫苗或参加药物试验，近6个月未接受纹身或出现皮肤破损，近6个月无热带地区旅居史；无胃肠道病变家族史，无恶性肿瘤家族史，无传染病家族史；非孕期，非经期。
（2）开展病史和身体检查，评估供体的健康状况和是否符合粪菌移植的供体资格；选择无传染病史、无抗生素使用史、无消化系统疾病等方面的供体。
身体状态：年龄18-30周岁，体重指数（BMI）18.5-23.9 kg/m2，儿童医院开展粪菌移植，供体要求可放宽至15-30周岁。
心理状态：心理科医师或心理咨询师访谈认定心理状态良好；抑郁自评量表（SDS）、焦虑自评量表(SAS)、匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)等评分正常。
（3）进行多项检测，如血液化验、粪便检测、病原菌检测、URTI检测等，确保找到适合的健康供体；以确保其不携带有害微生物和多重耐药菌。同时，需要考虑供体的肠道微生物组成和短链脂肪酸水平，以选择最适合的供体。
血液学检测：包括血常规、肝肾功能、电解质、C反应蛋白正常，肝炎病毒、HIV、梅毒、EB病毒、巨细胞病毒、COVID-19抗体、线虫、阿米巴等病原检测阴性；
粪便检测：粪便常规检查正常，隐血实验阴性，艰难梭菌、弯曲菌、沙门菌、志贺菌、产志贺毒素大肠杆菌及虫卵、小肠结肠耶尔森菌、致病性弧菌（副溶血弧菌、霍乱弧菌）、气单胞菌、阿米巴、孢子、诺如病毒、轮状病毒和新型冠状病毒（COVID-19）等病原学检测阴性。
（4）评估供体的肠道微生物组成，多样性和稳定性，包括菌群、真菌群和病毒群，并建立数据库；在选择供体时，除了肠道微生物群的总体多样性外，还应考虑到益生菌的丰富度，如乳酸菌、双歧杆菌等，选择粪便丁酸浓度高的供体微生物组。
（5）根据评估结果选择合适的供体，注意进行家族成员偏向，判别成熟度和完整性，同时避免与患者组群共同优势菌种重合等；一些研究表明，供体微生物组成与受体的微生物组成相似，可以提高移植成功率。
（6）移植前需对受体进行评估和准备，包括清洁肠道和停用抗生素等；为了提高移植效果，一些研究还使用抗生素预处理和肠道灌洗等方法来增强供体菌株的移植。
限食耐受性：通过限食实验完成。部分受体存在食物过敏及食物不耐受（如鸡蛋、牛奶等），根据受体要求，供体需在捐赠粪便前5天限制食物种类，如该供体不可耐受，则不可作为本次移植的捐赠者。
（7）进行移植后，对受体的微生物组成进行多次采样和分析，以评估移植效果和持续时间；
①每2个月复查以上条目，仍然符合上述要求；
②每次捐赠的粪便均留样行宏基因或者16s rDNA测序（根据各自单位检测能力），保证菌群组成及多样性稳定；
③每次捐献粪便应留样行代谢组学检测。
（8）监测受体的生理状况和不良反应，及时采取措施进行处理。
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（1）粪便采集：应采用无菌容器采集，粪便重量不少于100g，性状为Bristol评分标准中3-5分方为合格，立即进入菌液制作流程，或立即密封后2-8℃保存。
（2）制作流程：每次需取不少于50g粪便与无菌生理盐水以1∶3比例混合，充分搅拌混匀后过滤，从粪便排出体外至菌液制作完成应保证在2小时以内，整个处理过程应在无菌环境下操作。
注：为了避免感染窗口期的问题，菌液或胶囊制备后应待21 天后经过病毒细菌等检验合格后出库，每批产品留样至少6个月以供追溯。
（3）冻存与复融：菌液制备完成后置于-80℃保存，6个月之内使用不影响疗效；如置于-20℃保存，应在1-4周内使用。使用前置于室温复融，6小时内输注；如使用水浴锅复融，则水温不得超过37℃。
（4）质控标准：每次制作完成的菌液应随机抽样，进行致病菌监测、细胞计数及宏基因或16s rDNA菌群测序。
每50mL菌液中活细胞数应不小于2.5×10^12个，同供体同批次样本应达到菌群组成一致，6个月内同供体不同批次样本应达到菌群组成差异无统计学意义。
制作完成的菌液应有独立包装与标签。如制作胶囊，还应取胶囊内容物进行细菌活性监测与活细胞计数，其中细菌活性应不低于85%，每克内容物包含活菌数不小于10^9CFU。
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（1）菌液输注前需结合患者自身情况及疾病种类行肠道准备。
（2）应根据指南及操作规范选择上消化道或下消化道进行菌液输注。
（3）操作时应观察患者耐受情况，并及时处理不良反应。
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（1）管理原则：医疗安全（不良）事件的管理，遵循预防为主、紧急处理、合理控制、防微杜渐、持续改进的原则。
（2）上报要求：凡科室职工均有权上报医疗安全(不良)事件，可通过网络、书面、电话上报，上报时限要求在不良事件发生后24小时之内。
（3）审核、处置要求：科室负责人24小时内审核、处置科室发生的不良事件，并呈报至相关职能部门。
注意：主管职能部门自接报之日起，24小时内审核、处置不良事件；对于接报的Ⅱ级及以上不良事件，应呈报至主管院领导。
主管院领导对于接报的Ⅱ级及以上不良事件，必要时组织委员会进行讨论分析，并提交院务会。
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（1）每次菌液输注后密切观察患者耐受情况24小时，如有不良反应立刻处理并及时上报。
（2）1个疗程治疗结束后4周内应对患者症状学和肠道菌群改善情况进行评估，粪菌移植治疗疾病的随访及疗效判断指标主要遵循原发疾病的治疗指南。移植前后重复检测粪便及血液中传染病相关指标，有条件者可行免疫相关检测。
注意：如第1个疗程结束3周后病情无改善，可尝试更换供体，重新给予1个疗程粪菌移植，若有效可继续治疗，若仍无效则应视为粪菌移植无反应性，此时不应继续给予粪菌移植，以免耽误病情；如患者接受粪菌移植治疗后症状明显改善，可重复3-5次粪菌移植后结束治疗。
随访至末次粪菌移植结束后至少8周，有条件者应进行大于1年甚至5年以上的长期随访。
随着对微生物与宿主相互作用的了解不断加深，肠道微生物群的参与已成为一种新颖、巧妙且不可忽视的调节宿主健康的方式。
粪菌移植是一种治疗胃肠道疾病的有效方法，还有望治疗其他更多疾病。未来的研究应该重点关注粪菌移植对肠道微生物组和整体健康的长期影响，并制定安全有效地使用该程序的指南。
此外，需要进一步研究如何提高粪菌移植的改善效果，供体和受体的配型以及移植肠道菌群的定植和效果的长期性，以便在临床实践中更好地使用。
主要参考文献：
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谷禾健康
近年来，随着微生物群-肠-脑轴研究的深入，越来越多证据表明，微生物群-肠-脑轴在调节大脑功能方面发挥着关键作用，尤其是在情绪处理和行为方面。然而，肠道微生物群与长期封闭环境中的心理变化之间的相关性仍知之甚少。
近日，一项基于“月宫365”的多组学研究发表在《Microbiome》期刊，主要研究长期封闭环境下，肠道菌群与机组成员心理健康之间的关系。
研究发现，一些与长期封闭环境中的心理变化相关的肠道菌群改变，四种潜在的精神益生菌被识别出来，包括：
这些“益生菌”通过三种途径改善情绪：
通过对模拟慢性压力引起的抑郁和焦虑大鼠实验验证，功能机制获得了进一步支持。
本文我们来详细了解一下。
为什么要进行“月宫365”实验？该平台有哪些优势？
“月宫365”隔离了各种不可控的影响，是研究肠道菌群与情绪关系的理想实验平台。
具体来说，“月宫365”实验具有以下特点：
1）“月宫365”实验在北京航空航天大学月宫一号(LP1) 进行的持续370天，多人、封闭的实验。
注：月宫一号(LP1)是一个封闭的载人生物再生生命支持系统（BLSS）设施，性能优良，与外界几乎不进行物质交换。因此，可以在很大程度上避免微生物交换。
2） 系统中的微生物环境保持相对稳定
LP1 内的环境条件（如温度和适度）都处于恒定状态，LP1 内的微生物组（如空气、水和材料表面的微生物组）受到严格监测和控制。
3）作息、营养固定
在实验过程中，船员们按照固定的时间表工作、吃饭和睡觉，他们的食物来源是一样的，且膳食营养水平经过严格计算，基本保持不变。
4）船员在整个实验过程中保持身心健康
5）船员在同一环境中定期进行情绪测量测试和粪便样本检测，以尽量减少系统误差
“月宫365”实验是在LP1中进行的，它包括两个植物舱室和一个综合舱室。该实验共有8名机组成员，共收集了103份心理数据和相应的粪便样本，进行了多组学分析。
“月宫一号”的结构和实验流程
Hao Z, et al., Microbiome. 2023 Apr
在多组学分析中，分别对103份、90份和56份粪便样本进行了宏基因组、蛋白质组和代谢组学分析。
➯ 研究人员通过船员粪便宏基因组与心理变化之间的相关性分析，确定了几种潜在的精神益生菌。
➯ 在多组学分析的基础上，发现了这些潜在的精神益生菌改善情绪的机制。
➯ 用 CUMS 诱导的大鼠来分析和验证这些潜在的精神益生菌对情绪的机制和影响。
研究显示，肠道微生物群的组成和心理变化在个体和性别之间分别存在显著差异（P < 0.001）。
分别基于个体和性别差异下肠道微生物群的相对丰度
船员的心理变化随时间呈动态变化，每个船员的心理变化具有明显的个体差异和性别差异。
心理因素分数随时间变化的水平图
由以每个心理因素时间序列为中心的中位数构建的。
曲线被划分为色带，其宽度为中值绝对偏差。
较冷和较暖的区域分别表示某个因素超过和低于其中位数得分的日期范围。颜色越深，因子得分的绝对值越高。
结果表明下列菌群与积极情绪的变化呈显著正相关(P < 0.05)，与消极情绪的演变呈负相关(P < 0.05):
因此，这些菌株被进一步分析为潜在的精神益生菌。
Spearman对潜在的心理生物学和心理因素得分的相关性热图
在50%以上的心理因素中，相关系数|R|≥0.5 (P < 0.001)的潜在心理生成物显示在这里。
相关系数的缩放用颜色深度表示——正相关用红色表示，负相关用蓝色表示。* p≤0.05，** p≤0.01，*** p≤0.001
研究人员还进行了ACF来测试潜在精神益生菌时间序列的自相关。结果表明，潜在精神益生菌随时间的变化也是一个静态随机过程。
也就是说，肠道微生物群和情绪随时间的变化无显著自相关。因此，研究肠道微生物群与心理变化之间的关系就足够了。
结果显示，船员肠道菌群的 KO 功能组成在个体和性别之间也存在显著差异（P < 0.001）。
发现 40 个 KO 与积极情绪呈显著正相关（P < 0.05），与消极情绪呈显着负相关（P < 0.05）。
这40个KO涉及34种酶，其中18种酶参与微生物发酵产生
短链脂肪酸 。
这些 KO 涉及以下途径：
结果显示，研究对象的肠道微生物群的宏蛋白质组学特征，在个体和性别之间存在显著差异(P < 0.001)。
潜在精神益生菌的宏蛋白质组学功能分析
a）23个蛋白组与积极情绪呈显着正相关（P < 0.05），与消极情绪呈显着负相关（P < 0.05）。
b）这 23 个蛋白质组参与了 67 个KEGG通路。
c） 23 个蛋白质序列的 KO 注释和分类功能耦合分析。最终得到 18 个 KO，并且这些 KEGG 通路与相应的潜在精神益生菌相匹配。
结果显示，粪便代谢物的组成在个体和性别之间存在显著差异 （P < 0.001）。
通过文献分析，从这些关键代谢物中鉴定出 21种与神经系统相关的代谢物，用于 Spearman 相关性分析。
与潜在精神益生菌变化显著相关的代谢物（P < 0.05）主要参与葡萄糖脱羧生成γ-氨基丁酸（GABA）和色氨酸代谢途径。
此外，在色氨酸代谢途径中，色胺、血清素和犬尿酸（KYNA）与益生菌的相对丰度呈显著正相关；然而，5-羟基吲哚-3-乙酸 (5-HIAA) 和吡啶甲酸与益生菌的相对丰度呈显著负相关。
在谷氨酸脱羧生成GABA的途径中，GABA与益生菌相对丰度显著正相关，谷氨酸与益生菌相对丰度显著负相关。
B. uniformis和潜在的精神生物药物治疗显著降低了CUMS诱导的大鼠抑郁和焦虑样行为。
注：CUMS，慢性不可预知轻度应激
行为测试、 短链脂肪酸、神经递质、生化测定结果如下：
行为测试显示：
短链脂肪酸测定结果显示（与CUMS组相比）：
神经递质测定结果显示（与 CUMS 组相比）：
生化测定显示：
这里主要通过代谢、免疫、肠道屏障这几个方面，对本实验识别出来的4种精神益生菌对积极情绪的影响展开讨论，包括：
代 谢
在多组学分析的基础上，研究人员确定这些潜在的精神益生菌对情绪的作用机制是与神经系统功能相关的三个途径：
编辑
下面详细介绍这四种潜在精神益生菌在心理健康中发挥作用的三个代谢途径：
Roseburia，Eubacterium，Faecalibacterium是人类肠道微生物群中丰富的细菌，它们利用膳食和宿主来源的多糖影响人类健康，并产生促进健康的短链脂肪酸，作为发酵终产物。那么短链脂肪酸是如何参与调节情绪的呢？
短链脂肪酸积极参与微生物群-肠-脑轴的通讯，可以调节大脑功能。例如，它通过调节肠道激素（如 GLP-1）的分泌在肠脑轴中发挥作用，也可能直接激活迷走神经。 短链脂肪酸可以调节体循环中的免疫细胞功能，并具有直接的神经活性特性。因此，产短链脂肪酸的细菌的积极益处，使其成为精神益生菌的新来源。
在宏基因组和宏蛋白质组的KO功能分析的基础上，发现许多与多糖代谢和短链脂肪酸产生有关的途径，这些途径与潜在的精神益生菌的变化显著相关。
这些KO涉及：糖酵解/糖异生、原核生物中的碳固定途径、丙酮酸代谢、柠檬酸循环（TCA循环）、果糖和甘露糖代谢、戊糖-磷酸途径、丁酸代谢、丙酸代谢、脂肪酸生物合成和其他途径。
在宏基因组分析中鉴定了18种参与微生物发酵以产生短链脂肪酸的酶。在代谢组学分析中，丙酮酸、丙酸和丁酸与这些潜在的精神益生菌的相对丰度呈正相关。这表明这些潜在的精神益生菌可以代谢多糖（包括淀粉和膳食纤维）产生短链脂肪酸。
扩展阅读：你吃的膳食纤维对你有帮助吗？
在宏基因组功能分析的基础上，研究人员发现丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等氨基酸相关途径与积极情绪显著正相关。
宏蛋白质组学的分类单元功能耦合分析，研究人员发现氨基酸生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径均来自Faecalibacterium prausnitzii或Roseburia inulinivorans。
在代谢组学分析中，与天冬氨酸、谷氨酸和色氨酸代谢相关的神经递质，如L-谷氨酸、L-天冬氨酸，5-羟基吲哚-3-乙酸和吡啶酸的变化，与潜在的精神益生菌呈显著负相关，而GABA、色胺、5-羟色胺，KYNA与潜在的精神益生菌呈显著正相关。
氨基酸神经递质，包括GABA、甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，在神经元之间的信号交换中发挥着显著作用。
天冬氨酸：可以调节大脑和神经的新陈代谢
谷氨酸：在精神疾病患者中过高，产生兴奋性神经毒性
谷氨酸存在于80%以上的神经元中，是一种主要的兴奋性突触神经递质，在调节神经可塑性、学习和记忆方面发挥关键作用。然而，假设谷氨酸的释放过量，在这种情况下，它会产生兴奋性神经毒性，这与许多中枢神经系统疾病有关，包括情绪障碍和严重抑郁症。大多数研究表明，精神疾病患者的谷氨酸水平显著高于健康对照组。因此，有人认为，减少谷氨酸的神经传递可能会改善精神疾病。
扩展阅读：兴奋神经递质——谷氨酸与大脑健康
GABA: 与潜在的精神益生菌之间存在显著的正相关
谷氨酸可以转化为GABA，GABA是一种主要的抑制性神经递质，在哺乳动物的焦虑和抑郁障碍中发挥着至关重要的作用。最近的研究表明，肠道微生物群可以通过产生GABA来调节肠-脑轴反应。在本研究的代谢组学分析中，GABA与潜在的精神益生菌之间存在显著的正相关，表明精神益生菌可能将谷氨酸转化为GABA以改善精神状态。
色氨酸：调节神经内分泌和肠道免疫反应
色氨酸是一种必需氨基酸，肠道菌群可以通过调节色氨酸代谢来调节神经内分泌和肠道免疫反应，从而产生血清素、犬尿烯酸、色胺、吲哚及其衍生物。其中，血清素是调节中枢神经传递和肠道生理功能的关键单胺类神经递质。
色氨酸的氧化通过犬氨酸途径（KP）产生犬氨酸。KP可以清除多余的色氨酸，影响色氨酸的可用性。犬尿喹啉酸Kynurenic acid（KYNA）不仅是一种炎症介质，而且可以穿过血脑屏障到达中枢神经系统；它在大脑和胃肠功能紊乱的各种生理和病理过程中发挥调节作用。值得注意的是，KYNA被认为是一种具有神经保护作用的N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂。
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吡啶酸是由色氨酸通过KP的一个连续侧分支合成的。因此，与其他KP代谢产物类似，吡啶酸在中枢神经系统炎症疾病的发病机制中发挥作用。
5-HIAA是血清素的主要代谢产物。研究表明，血浆5-HIAA水平与抑郁症的严重程度呈正相关。
在多组学分析的基础上，研究人员推测潜在的精神生物可能通过调节色氨酸代谢来调节神经系统以改善情绪，例如增加色胺、血清素和KYNA的产生，减少5-HIAA和吡啶酸的产生。
在宏蛋白质组学分析的基础上发现，Faecalibacterium prausnitzii的牛磺酸和次牛磺酸代谢、谷氨酸能突触和GABA能突触与积极情绪显著正相关。
研究表明，牛磺酸是治疗焦虑相关疾病的一种很有前途的治疗工具，因为它可以与GABA能、甘氨酸能和谷氨酸能受体相互作用。
在代谢组学分析中，皮质醇与潜在的精神益生菌的变化呈负相关。最近的研究表明，肠道微生物群可以影响皮质醇的结构和水平，将皮质醇转化为雄激素，或通过影响下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA）的活动来调节血清中皮质醇和肾上腺素的水平。
因此，推测这些潜在的精神益生菌可能通过调节牛磺酸和皮质醇水平来改善宿主的情绪。
免 疫
除了以上三种途径之外，这些菌群还可以影响免疫系统，具有抗炎特性。
研究表明，Bacteroides uniformis是一种潜在的益生菌，最初是从健康的母乳喂养婴儿的粪便中分离出来的。动物实验中，B. uniformis CECT 7771 可在体外诱导抗炎细胞因子的产生，改善高脂饮食引起的肥胖小鼠的代谢和免疫功能障碍。B. uniformis 可降低IL-1β和DAO。
Roseburia、Eubacterium能够使用鞭毛调节宿主免疫力。
R. inulinivorans 可降低CORT、TNF-α、IFN-γ、IL-6、LPS、DAO、CRP；
E. rectale导致DAO降低。
Faecalibacterium prausnitzii分泌的代谢物能够阻断 NF-κB 的激活和 IL-8 的产生，从而对宿主产生抗炎作用，进而参与调节情绪。
在之前的一项研究中发现，F.prausnitzii会导致更高的细胞因子IL-10，阻止CUMS诱导的CORT、CRP和IL-6释放的影响。
肠道屏障
R. inulinivorans 可降低iFABP、LPS、DAO、zonulin； E. rectale导致DAO降低。
研究表明，血清中的DAO活性与小肠的肠道通透性呈负相关。
Zonulin是细胞间紧密连接的一种生理调节因子。Zonulin水平升高伴有肠屏障渗漏、生态失调和炎症。
iFABP位于成熟的肠上皮细胞中。当肠粘膜损伤发生时，iFABP会从肠上皮细胞泄漏到血液中。因此，iFABP已成为评估肠壁完整性损失和炎症的一种可能的非侵入性标志物。
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这些免疫因子和生物标志物的变化表明，潜在的精神益生菌可能会降低肠道通透性，减少炎症反应的增加，并通过影响肠道神经系统和中枢神经系统来改善情绪。
本研究分析了“月宫365”实验中8名机组人员粪便样本的多组学数据，鉴定出四种潜在的精神益生菌：
Bacteroides uniformis
Roseburia inulinivorans
Eubacterium rectale
Faecalibacterium prausnitzii
同时确定了这些潜在的精神益生菌对情绪的作用途径：
1
通过发酵膳食纤维，它们可能产生短链脂肪酸，如丁酸和丙酸；
2
它们可能调节天冬氨酸、谷氨酸和色氨酸等氨基酸代谢途径，如：
将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸（GABA）；
将色氨酸转化为5-羟色胺、犬尿酸或色胺
3
它们可能调节其他途径，如牛磺酸代谢、皮质醇代谢。
还发现了这些潜在的精神益生菌改善情绪的其他机制，例如：
产生其他小分子代谢物（例如，组胺、L-谷氨酰胺和盐酸去甲肾上腺素），并减少由 CUMS 引起的肠道通透性和炎症反应的增加。这通过影响肠神经系统和中枢神经系统来改善情绪。
★★★
该研究为未来开发基于肠道微生物群的缓解负面情绪对策提供了基础，可以在未来人类在月球或火星的长期太空探险中，减轻机组人员心理健康的风险。同时，也为心理生物学在神经精神治疗中的应用提供了重要的参考。也可以考虑如何在食品中添加这些“精神益生菌”，通过肠道菌群调节来调节情绪。
未来更深入的研究，可以通过模拟封闭环境下的压力，筛选和鉴定更多对机组成员心理健康有益的精神益生菌。也可以探讨如何将特定的精神益生菌与传统的心理治疗方法相结合，以提高调节情绪的效果。
参考文献：
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