Nature及其子刊首次利用特殊设计的胶囊CapScan收集人体消化和微生物的信息

通过使用一种特殊设计的胶囊CapScan，来自加州大学戴维斯分校、斯坦福大学和Envivo生物公司等机构的研究人员如今可以让它在消化系统中航行，收集有关消化和微生物的新数据。相关研究结果于2023年5月10日在线发表在Nature期刊和Nature Metabolism期刊上，论文标题分别为“Profiling the human intestinal environment under physiological conditions”和“Human metabolome variation along the upper intestinal tract”。

大部分的消化过程发生在我们的小肠，在那里，酶会分解食物，使得它能够通过肠壁被吸收。加州大学戴维斯分校西海岸代谢组学中心主任Oliver Fiehn教授说，“到目前为止，只能在禁食的镇静者身上才能获得有关小肠的信息，而这并不是很有帮助。”代谢组学是对代谢组（metabolome）---参与细胞、组织和器官的代谢的小分子---的研究。

因此，大多数对肠道代谢和肠道微生物组的研究都是基于粪便样本，但粪便样本实际上是对下部结肠的采样，而不是小肠。

作为CapScan设备的发明者，Envivo生物公司的Dari Shalon说，“测量粪便中的肠道代谢物就像通过检查大象的尾巴来研究大象一样。大多数代谢物是在肠道的上部制造、转化和利用的，甚至没有进入粪便。CapScan首次让我们对肠道代谢组及其与肠道微生物组的相互作用有了更全面的了解。”

在吞下这种胶囊后，在从肠道上部到结肠的途中收集少量的生物液体和微生物，直到它在粪便中被回收。通过在这种胶囊上使用对pH值敏感的涂层，这些作者可以选择对肠道的哪个区域进行采样。

Fiehn说，“这种胶囊是同类产品中的第一个。所有其他关于人类肠道菌群的研究都集中在将粪便作为结肠代谢的替代品。然而，事实是，90%的人类消化发生在肠道上部，而不是结肠。”

对正常消化的首次研究

这些作者能够在15名健康人的正常日常消化过程中观察上肠内含物的变化。他们使用了一种“多组学（multiomics）”方法来分析样本中的细菌、病毒、宿主蛋白和来自食物的代谢物。他们发现肠道上部和粪便在所有这些方面都有差异，有时是巨大的差异，并确定了近2000种代谢物。他们还发现了包括水果和酒精在内的饮食与代谢物之间的关联。

胶囊CapScan可以对人体肠道进行纵向采样。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05989-7。

两个在过去6个月中服用过抗生素的人在生物活性羟基脂肪酸酯（FAFHA）和磺脂的水平上显示出很大的变化，这两种代谢物被认为与预防炎症和糖尿病有关。一种名为布劳特氏菌（Blautia）的细菌被确定为参与脂肪酸代谢最多的物种。

Fiehn说，“总体来说，CapScan设备可以帮助阐明肠道微生物组和代谢组在人类生理学和疾病中的作用。”

参考资料：

Dari Shalon et al. Profiling the human intestinal environment under physiological conditions. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05989-7.

Jacob Folz et al. Human metabolome variation along the upper intestinal tract. Nature Metabolism, 2023, doi:10.1038/s42255-023-00777-z.