快樂小藥師 Im pharmacist nichts glücklich

和腸內細菌一起成長的科學家

尼柯森發現，人體與腸道共生菌所分泌的化學物質能透露健康訊息。 將來，疾病的治療目標便是那些細菌。

撰文╱溫納

翻譯／張亦葳

尼柯森（Jeremy Nicholson）當初只是想好好做完實驗而已。1981年，這位年輕的生物化學家以核磁共振光譜法（nuclear magnetic resonance spectroscopy）的技術，利用原子核的磁矩特性來研究化學物質。尼柯森特別想要了解的是，紅血球如何吸收致癌的金屬元素「鎘」。他明白，若要得到最好的實驗結果，必須模擬出細胞的天然環境，所以進行試驗前加了幾滴血到細胞上。

尼柯森回想當時的情形：「突然出現一個我們從未見過的強烈信號，並且產生一連串驚人的光譜。」血液或尿液樣本內含數千種代謝物質，能代表體內在特定時間的所有化學反應。他推想，若能辨識出這些物質及其存在的意義，不僅能根據異常的化學反應來深入了解各種疾病，也可找出早期警示徵兆及阻止發病的可能方式。因此他打定主意，這就是他要研究的科學。

現在，51歲的尼柯森成了全球「代謝組」（metabolome，人類代謝化學產物的集合）的一流專家。基因組（genome）提供了人的遺傳訊息，代謝組則進一步揭露基因與環境的互動關係，提供了身體健康方面的概要圖。目前擔任英國倫敦帝國學院（Imperial College London）生物分子醫學系系主任的尼柯森解釋：「基因組就像少了姓名地址的電話簿，基本上那就只是一堆數字；代謝組則讓基因組有了意義。」

但一開始必須先解碼，這不是個容易的任務，需要分析一大群人的血液、尿液、呼吸和排泄。舉例來說，為了找出高血壓的相關化學物質（生物標記），尼柯森跟同事分析了4630個英國、美國及亞洲人士的尿液，並且將受試者的尿液代謝物及血壓資料一一比對，以找出其相關性。

這種研究方法似乎和一般科學研究背道而馳，不是先提出假說再設計實驗，而是直接進行實驗之後，再試著去分析實驗結果。他必須篩選各種條件，包括受試者的基因產生了哪些物質、吃的食物及藥物、患有的疾病，以及腸道共生的細菌。

尼柯森的研究對象主要是那些細菌。它們會影響人體分解食物及藥物的過程，也或許能解釋為什麼食物對每個人有不同的作用。比方說，有些人無法獲得大豆某一成份的益處，因為腸道內缺乏了分解該成份的細菌。要分析我們腸內微生物直接產生了什麼代謝物或許很困難，但是假如化學物質並非來自細胞或食物消化，就會容易許多。

尼柯森對這類化學物質很重視的原因有二，因為目前對它們的了解很少，而且它們之間具有高度相關性。最近的研究顯示，腸內微生物在人體的健康和疾病上扮演了相當關鍵的角色。它們幫助我們吸收營養，並對抗入侵的病毒及「壞菌」；一旦腸道內的菌叢失去平衡（例如在使用抗生素之後），通常就會造成消化系統的不適。事實上尼柯森表示：「幾乎每一種疾病都和腸內細菌有關。」

最為眾人所知的致病性腸道細菌，或許是能引發消化性潰瘍的幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori）。科學家在過去幾年發現，肥胖與兩種優勢腸內菌種的數量過多有關，而且不正常的腸內細菌會造成非酒精性脂肪肝、腸炎以及某些癌症。尼柯森甚至推測，注意力不足過動症、妥瑞氏症候群、自閉症等神經系統疾病也和這些微生物脫不了關係。尼柯森說：「我們現在有證據顯示，如果你沒有好好善待你腸內的細菌，就會嚴重傷害你腦部的化學物質。」他最近跟微生物學家合作，將代謝物和菌種進行配對。存在我們體內的細菌有上千種，且數量超過10兆。

這樣的鑑定工作一直到最近才較為可行。透過排泄物來取得腸內細菌的做法已行之有年，但體外培養始終無法成功，因為這些細菌只存活於強酸性、無氧的環境。多虧了DNA定序技術的出現，科學家現在很容易辨識腸內細菌，而且越來越多人對此感興趣。美國國家衛生研究院（National Institutes of Health）自去年12月開始進行人體代謝組計畫（Human Microbiome Project），目標之一就是要完全了解腸內細菌的特性。

尼柯森說，一旦研究者找出代謝物與疾病的關聯性，有朝一日便能研發出類似驗孕棒般的檢驗棒，定期檢測我們的腸內細菌是否健康。某些公司已經在販賣有助於維持腸內正常菌叢的產品，包括益生菌（probiotic，活菌體）、益菌素（prebiotic，促進益生菌生存繁殖的成份），以及兩者混合的製品。很不幸的，這些醫療產品都被列為「機能性食品」，而甚少進行臨床測試。唯一的例外是馬里蘭州蓋瑟士堡VSL醫療公司的VSL #3，這是含有八種不同菌種的混合物，經由雙盲、有安慰劑對照組的臨床測試，證實可以有效治療潰瘍性結腸炎以及腸躁症。

【欲閱讀完整的豐富內容，請參閱科學人2008年第78期8月號】