粪菌移植（FMT）已被宣传为治疗多种疾病的一种潜在疗法，从炎症性肠病（IBD）、肥胖症和2型糖尿病到自闭症。然而，芝加哥大学的研究人员的新研究表明，由于可能对接受者产生长期的、意想不到的健康后果，应谨慎使用FMT。
在小鼠实验和人体组织样本研究中，研究人员发现结肠中的厌氧微生物不仅在单次移植后会定植于小肠，而且会在那里持续存在数月。这些微生物还会改变其新环境，以适应自身的需求，即“改造”环境，从而导致受体的代谢、行为和能量平衡发生变化。
“我认为这对该领域来说是一个警钟，我们不应该随意将大肠微生物移植到不应存在的其他部分，”芝加哥大学的博士后研究员奥兰多·德莱昂（Orlando DeLeon）说，他是这项发表在《细胞》杂志上的新研究的主要作者。“如果我们设计出好的治疗方法，我们应该意识到将区域微生物群与它们适当的环境相匹配的重要性，以便提供更好的整体健康益处。”研究团队在论文中总结道：“……FMT后的区域微生物不匹配会导致意想不到的后果，需要重新思考基于微生物组的干预措施。”
FMT涉及将健康人的粪便中的微生物转移到病人体内，希望恢复肠道微生物组的健康平衡。FMT目前仅被FDA批准用于治疗反复感染的艰难梭菌（Clostridium difficile），这是一种常在医院患者中引起严重胃肠道症状和炎症的机会性细菌。鉴于FMT在治疗艰难梭菌感染方面的成功，许多医生渴望将其用于治疗其他消化系统疾病。
研究人员了解肠道微生物组的健康可以影响身体的所有重要器官和系统，因此认为用“健康”的肠道微生物组替换“生病”的肠道微生物组可以一次性解决问题。但正如作者指出的那样，“虽然FMT对复发性艰难梭菌感染有效，但其机制、疗效和其他疾病（包括肥胖、自闭症、癌症和炎症性肠病）中的非目标效应仍不清楚。”
肠道并不是一个一致的环境，具有相同的微生物群。相反，它有几个不同的区域，每个区域都是独特的微生物生态系统，适合特定的微生物，这些微生物可以为其宿主提供重要的功能。
由于粪便主要包含来自结肠的厌氧微生物，FMT可能会导致肠道生态系统中的不匹配，当这些细菌定植于小肠和其他消化系统部分时。作者建议，FMT作为恢复区域肠道微生物群（特别是小肠）的干预手段，“……必须受到质疑，因为其主要由厌氧微生物组成。”
他们指出：“考虑到大肠微生物群（LBM）主要是厌氧的，并且在组成和功能上与小肠微生物群（SBM）不同，FMT重新构建小肠的适用性必须受到质疑，因为它们是由非本土且可能不适合的微生物组成的。”德莱昂补充说：“整个肠道都有微生物，但我们主要研究的是最后三分之一（结肠）。那么，你怎么能期望一个只包含三分之一肠道末端微生物的FMT来修复其余的肠道呢？”
为了测试FMT对肠道不同部分的影响，德莱昂和他的同事（包括资深作者尤金·B·张（Eugene B. Chang）博士，芝加哥大学马丁·博耶医学教授）进行了一系列的小鼠实验。接受FMT的受体通常会先接受抗生素治疗，以清除肠道中的微生物，为新移植的微生物腾出空间。在这项研究中，一组动物接受了从小肠第一部分（空肠）采集的微生物移植；另一组接受了标准FMT；第三组接受了连接小肠和大肠的部分（盲肠）采集的微生物移植，该部分含有两者的混合微生物。“……抗生素处理的无特定病原体（SPF）小鼠接受了空肠、盲肠或粪便移植（JMTs、CMTs或FMTs），并在1个月或3个月后进行了研究，”团队总结道。
他们的发现表明，每种移植的微生物都成功地定植了小鼠的整个肠道，而不仅仅是它们的原生生态位。这造成了持续长达三个月的区域肠道不匹配。结果表明，“……单次移植小肠微生物群和大肠微生物群可以成功定植整个肠道（而不仅仅是它们的原生生态位），并且可以改变区域微生物组成和功能潜力，并且这种定植是持久的。这扩展了在人类FMT后观察到的小肠中厌氧菌增加和持久定植的平行观察。”
改变后的微生物组还改变了每个肠道区域的代谢产物生产，这对宿主的健康有影响。研究人员观察到了肝脏代谢的变化，包括与免疫功能相关的基因活动。他们指出：“很明显，移植原生与非原生微生物会导致微生物群组成和功能的显著变化，从而影响宿主代谢和远端器官（如肝脏）。”研究人员还观察到小鼠在移植后的行为、活动和能量消耗方面的差异。
最引人注目的发现是，错误的微生物出现在错误的位置会重塑组织特性，使其更适合它们。研究人员观察到，不匹配改变了肠道内壁的基因和蛋白质表达，使其更接近微生物原生肠道区域的表达水平。德莱昂说：“就像他们在改造或‘改造’他们的环境，以帮助他们适应。”作者指出，他们的数据“……表明不匹配的非原生微生物可以重新编程组织的身份，增强有利于适应和定植的基因。”
对人类组织的测试结果支持了团队的小鼠研究结果，“……支持了微生物能够改变黏膜生态系统以适应其原生环境特征，并且这些过程可以在人类中发生。”张博士表示，这项研究强调了在完全了解将一组微生物引入新环境的长期影响之前，应对FMT更加谨慎。“我们对FMT中到底有什么一无所知，只知道它是一组微生物的组合，”张博士说。“但即使是单次FMT也会在肠道这些非常不同的区域中引起宿主-微生物关系的变化，这可能非常难以逆转。”
在他们的论文中，团队指出：“这些数据提出了一个警告，即在临床实践中可能出现FMT的未认识到的短期和长期后果，特别是在机制和疗效尚不清楚的超说明书使用中……至少，这些数据表明，FMT中通常包含的粪便微生物不足以重建整个肠道，并可能导致不必要的非目标效应。”
德莱昂和张博士都提倡“全微生物移植”（OMT）方法。这种方法将转移从肠道所有不同区域采集的微生物，而不仅仅是主要来自结肠的微生物。无论是通过内镜还是药丸形式给予，微生物都会自然地定居在正确的位置，尤其是在它们与其他通常栖息在某个区域的微生物竞争时。“如果有空位，总会有什么东西填补它，”德莱昂说。“但那些应该在那里的是最适合的，所以即使在其他微生物存在的情况下，它们也更自然地填补它。”
德莱昂计划继续研究不同微生物如何在肠道的不同部分发挥作用，使用单细胞测序和代谢组学等不同方法来跟踪它们的活动。他还在探索如何恢复由微生物不匹配引起的肠道区域的原始状态，这可能有助于恢复正常的肠道功能。这种更深入的理解最终可以帮助改进微生物移植的应用，使其真正实现其巨大的潜力。
作者还得出结论：“未来的研究还将关注FMT对宿主代谢和免疫功能的长期影响，例如移植后六个月到一年，以及对其他器官系统（包括大脑）的影响。”
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