当肝脏衰竭时，本应被过滤出血液的毒素（如氨）会积聚并进入大脑，导致肝性脑病（HE）。这是一种毁灭性的肝脏疾病神经并发症，可引发焦虑、混乱、记忆丧失，严重时甚至引发昏迷。肝性脑病是肝硬化的常见终末期表现，造成患者频繁住院，给全球患者和医疗系统带来沉重负担。
当前治疗仅能提供部分缓解。两种主要疗法——乳果糖和抗生素利福昔明——主要通过减少肠道氨产生发挥作用，但均无法纠正驱动该疾病的全部代谢紊乱。患者仍面临复发风险，而利福昔明还可能破坏肠道天然微生物组。亟需一种能同时应对多个疾病驱动因素的全新方法。
新加坡国立大学（NUS）研究团队在NUS合成生物学临床与技术创新中心（SynCTI）Matthew Chang教授领导下取得重大突破。该团队成员同时来自NUS杨潞玲医学院，他们将天然有益肠道细菌改造为可编程治疗剂，可在肠道、肝脏和大脑之间恢复代谢平衡。这项研究已于2026年4月24日发表在《细胞》科学期刊上。
多靶点细菌重编程疗法
研究团队将植物乳杆菌WCFS1（一种特征明确的共生细菌）重新设计为两种互补治疗菌株。第一种菌株吸收肠道过量氨并将其转化为支链氨基酸（BCAAs），这是肝性脑病患者体内耗竭的必需营养素。第二种菌株在L-谷氨酰胺转化为氨之前将其分解，切断毒素的关键来源。
针对肝性脑病的实验室研究表明，双菌株混合疗法将循环氨水平降低高达10倍，并使脑氨浓度恢复至健康水平。关键代谢失衡——包括支链氨基酸耗竭和L-谷氨酰胺升高——均得到显著改善，同时焦虑样症状和认知功能明显好转。
Chang教授解释道：“我们发现工程化肠道细菌能同时去除有毒氨、恢复必需营养素并改善脑部功能，这直接解决了当前治疗的重大局限——现有疗法通常仅针对单一病因，而非全面代谢紊乱。”
对比一线抗生素的显著优势
与利福昔明相比，工程化细菌混合物在改善焦虑和短期记忆方面效果更优。此外，神经元信号传导恢复正常，神经炎症显著降低，表明肠道代谢纠正能有效驱动中枢神经系统获益。工程化菌株还完整保留了肠道微生物组的天然多样性，而利福昔明则大幅降低了微生物丰富度。长期安全研究显示，该细菌耐受性良好，无全身毒性迹象，并在末次给药后72小时内被完全清除。
新一代“活体药物”平台
该研究成果指向一个多功能治疗平台。由于细菌菌株采用模块化设计（每种执行特定代谢任务），该平台可扩展至靶向其他肠-肝-脑轴相关疾病，如尿素循环缺陷和其他高氨血症病症。
Chang教授表示：“本研究展示了首个能在体内同步协调多重治疗作用的多功能可编程微生物疗法。不同于利福昔明等广泛抑制肠道细菌的标准治疗，我们的方法利用活体生物治疗剂精准重编程代谢过程，同时保护天然肠道生态系统。”团队已提交专利申请以推进临床转化，下一步将评估工程化菌株的长期疗效，并将平台扩展至其他代谢失衡相关疾病。
“我们的长期目标是将这项工作转化为临床应用，开发新一代可编程微生物疗法，”Chang教授补充道，“这些发现为实现该愿景奠定了坚实基础。”
完整参考文献信息：
标题：工程化共生菌用于肠-肝-脑轴的代谢调节
期刊：《细胞》
DOI：10.1016/j.cell.2026.03.048
（左起）新加坡国立大学的Jonathan Lee副教授、Matthew Chang教授和Nikhil Aggarwal博士成功将天然有益肠道细菌工程化为可编程“活体药物”，用于治疗肝衰竭引发的严重脑功能障碍。（摄影：NUS SynCTI）
不同于当前仅针对单一病因的肝性脑病疗法，新加坡国立大学的科学突破展示了能同时在体内应对多重疾病驱动因素的多功能可编程微生物疗法。（摄影：NUS SynCTI）
相较于治疗肝性脑病的标准抗生素，新加坡国立大学研发的新型“活体药物”混合物在改善焦虑和短期记忆方面效果更显著，同时降低脑部炎症。（摄影：NUS SynCTI）
工程化植物乳杆菌液体培养物（试管架）、琼脂平板上的菌落（最左侧）以及冻干粉末和胶囊剂型展示。（摄影：NUS SynCTI）
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