改造益生菌在腸道發揮作用，重塑肝與腦的代謝連動

最近新加坡國立大學（National University of Singapore）提出與傳統藥物開發不同的方法，以基因工程改造腸道菌（engineered commensals），讓微生物在腸道持續幫助調節代謝物，可能有助改善肝硬化患者肝臟與大腦功能。論文近日刊登於《Cell》期刊。

人體代謝調控是多個器官系統合作。腸道微生物、肝臟代謝與神經系統有動態連結，腸道菌產生的各種代謝物（如胺基酸、短鏈脂肪酸或含氮分子等）會經由血液循環進入肝臟，影響解毒與能量代謝功能，部分代謝物還會影響中樞神經系統。三個器官連動，科學家稱之為「腸─肝─腦軸」（gut-liver-brain axis）。此軸一旦失衡，可能導致疾病，如肝硬化患者因肝功能受損，無法有效清除氨（ammonia），導致堆積在血液與大腦，引發認知障礙與行為改變。

賦予益生菌代謝新使命，重塑代謝平衡

關鍵是以植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）為基礎，設計出有特定代謝功能、能主動參與代謝調控的菌株。改造後益生菌除了可將氨轉成對身體有利的支鏈胺基酸（branched-chain amino acids，BCAA），還能透過強化麩醯胺酸（glutamine）相關途徑，減少氨產生，讓整體系統回到較穩定的狀態。整體而言，不僅降低有毒的氨含量，還能同時產生有益的胺基酸。

肝臟功能受損、影響大腦功能（稱為肝性腦病）的⼩鼠模型，改造後益生菌展現出明確效果。小鼠血液與腦部的氨濃度顯著下降 90%，同時 BCAA 與 glutamine 比例也恢復平衡。行為方面，肝性腦病小鼠的焦慮行為明顯降低，學習與記憶能力也有改善。更重要的是，小鼠腸道菌相的多樣性（microbiota diversity）並未嚴重破壞，且改造菌株停止給藥後會逐漸清除，顯示設計已納入可控性與安全性考量。結果也顯示，以微生物長期穩定調節代謝，可能比傳統療法更有效。

從分子藥物到生物反應器

這項研究提出嶄新醫療模式。傳統藥物多為小分子化合物，作用時間有限，因此需要反覆給藥；改造後的益生菌則像內建的「生物反應器」，可持續作用並調整代謝環境。此概念應用範圍不限肝性腦病，因許多慢性疾病如代謝症候群、神經退化疾病，甚至部分免疫疾病，都與代謝失衡有關。

儘管結果令人期待，但這項技術仍處於早期階段。人類腸道環境遠比小鼠複雜，菌株能否穩定維持功能，仍需進一步驗證。此外，基因改造微生物的監管與倫理議題，也將影響實際應用的進程。這些限制代表從實驗室走向臨床仍有一段距離。雖然短期內這類技術不會取代現有療法，但揭示在人體部署可設計調控的代謝系統，或是未來醫療發展的方向。