編者按：

今天，我們特別編譯了 Microbiome 雜誌發表的關於產前微生物組爭議的文章。希望本文能夠為諸位讀者帶來一些啟發和幫助。

● 產前環境有無微生物？

一個多世紀以來，產前環境被認為是無菌的。但是在過去的幾年裡，由下一代測序方法從胎盤、羊水、胎糞甚至胎兒組織的樣本中獲得的發現對無菌子宮的教條提出了挑戰，此外利用培養學、顯微鏡和定量 PCR 也鑑定出產前環境有低生物量的微生物群落。

考慮到產前暴露於微生物對宿主發育和健康的重大影響，該研究結果已經受到學術界、高影響力期刊、公共媒體和資助機構的高度關注。

然而越來越多的研究對產前微生物組提出挑戰，認為汙染是主要問題，仍持懷疑態度的科學家指出，這與子宮內定殖、剖腹產對早期微生物組建立的影響以及產生無菌哺乳動物的能力不符。

專家介紹

Martin Blaser：高階生物技術和醫學中心主任，羅格斯大學（Rutgers University）人類微生物組方向的教授，傳染病專家。研究微生物群的擾動對疾病最終發展的影響，以確定恢復健康的方法。

Suzanne Devkota：Cedars-Sinai 醫學中心的微生物組研究主任，加州大學洛杉磯分校醫學系的助理教授。主要研究領域包括研究飲食對腸道微生物組結構和功能的影響、腸道微生物組對克羅恩病併發症的影響。

Kathy McCoy：加拿大卡爾加里大學醫學院的教授，國際微生物組中心的科學主任，粘膜免疫學家。研究微生物組如何影響免疫系統的發育和調節免疫反應。她的實驗室利用悉生生物來研究宿主-微生物群相互作用，並確定微生物驅動形成的免疫的細胞和分子機制。

David Relman：斯坦福大學醫學系、微生物學和免疫學系的教授，以及加利福尼亞州帕洛阿爾託市退伍軍人事務帕洛阿爾託衛生保健系統的傳染病負責人。他是使用現代分子方法研究人類微生物組的早期先驅。他目前主要研究人類微生物生態系統的建立、穩定和恢復，併為人類健康和疾病做出貢獻。

Moran Yassour：希伯來大學醫學院和計算機科學與工程學院的助理教授。Yassour 實驗室研究嬰兒腸道微生物組的建立和發展，分娩模式和餵養方式如何影響嬰兒微生物的組成和動態變化。該實驗室專門研究出生佇列，並使用計算和實驗方法推斷母嬰微生物傳播。

Vincent Young：密歇根大學醫學院的 William Henry Fitzbutler 學院教授。作為一名傳染病醫生/科學家，他對胃腸道細菌感染有著長期的興趣。他專注於醫院獲得性感染，包括艱難梭菌及其與宿主和原有微生物群的關係。

Q1：你認為現有的科學證據可以支援“宮記憶體在微生物定殖”或“無菌子宮”假說嗎？你認為有必要做更多的實驗工作來解決這個爭議嗎？

Martin J. Blaser： 人體沒有任何一個部位在任何時候都是無菌的。任何地方都可能發生隱性感染。例如在懷孕期間，母親的急性或慢性感染可以穿過胎盤，直接感染胎兒，如先天性風疹（病毒性）、梅毒（細菌性）或弓形蟲病（原生動物）。

然而這些都是特殊事件。就像大腦一樣，胎盤也有重要的屏障來阻止微生物的傳播，這樣關鍵的過程就不會受到干擾。哺乳動物的胎盤基本上是無菌的。

無菌動物的發展依賴於創始成員是剖腹產，並在特殊狀態下繼續繁殖。根據當前所有常規的鑑別方法，這樣的動物及其後代的品系是無菌的。如果有微生物組，很可能會代代相傳。而齧齒類動物、非禽類動物、豬和人類等物種都已經實現了這一過程，這就反駁了有胎盤微生物組的說法。

剖腹產的人類嬰兒的研究顯示出不同的結果，很可能是由於方法和解釋的不同造成的。任何關於原本就存在微生物群的說法都需要有充分的證據和明確的說法，因為它需要超越現有的理論和邏輯。在這一點上，我認為目前沒有任何發現能跨越這一門檻。

Suzanne Devkota：定殖與建立真正的微生物生態位是兩個不同的問題。定殖可以是短暫的，也可以是持久的，但真正的微生物生態位意味著一種複雜的、進化的、宿主-微生物的狀態。

迄今為止的現有工作表明，子宮內環境中確實有可能存在微生物，但我相信這些微生物充其量是來自身體的其他地方，而不是子宮內環境的原生生物。我很難將這些提出胎盤微生物組的人類研究與無菌動物存在的事實統一起來。

但是另一方面，Susan Lynch 小組的最新研究表明，胎兒腸道的定殖非常令人信服，並且研究難度很高。

不過，從所有這些研究中總可以學到一些東西，比如說，闡明瞭試劑可能會被汙染這一事實，就像一些早期胎盤微生物組研究所提出的那樣。總之，無論何時我們要在認為是“無菌”的地方證明有微生物存在，對所提出的證據要求應該很高。當然，我們還需要做更多的工作。

Kathy D. McCoy：我認為，目前現有的科學證據更支援“無菌子宮”的假說。到目前為止，大多數證據並不支援子宮記憶體在真正的常駐微生物群。然而，有可能在子宮記憶體在短暫的微生物暴露，特別是在妊娠期較長的人類中。

要解決這一爭議還需要更多的實驗工作。重要的是要了解子宮內是否存在有限或短暫的微生物接觸，微生物產物或代謝物透過胎盤的程度，以及這是否在免疫發育中發揮指導作用。

David A. Relman：在回答問題之前，可能需要對術語和語言進行澄清。“定殖”通常是指植物、動物或微生物在棲息地的建立，通常以持久的方式持續一段時間，並透過與先前存在的居民、宿主或與非生物環境的相互作用來鞏固。“無菌”簡單地說就是沒有生命，但無菌的傳統定義是指培養方法不能顯示有生命的存在。這些要點很重要，因為它們是討論的重點。

考慮到這些，當前可得的科學證據並不支援在正常健康狀態下子宮內微生物由一致的一個物種或一組物種定殖。此外，胎盤或羊膜囊中真正的 “微生物群 ”概念也沒有得到支援。“微生物群”指的是微生物群落，從生態學的角度看，群落是一組存在相互作用、往往相互依存的物種。

那麼是什麼樣的證據引發了這場爭論？在大多數情況下，它是透過 PCR 檢測胎盤組織中的細菌 DNA，包括胎兒膜。但是，在研究和研究中，細菌 DNA 的存在非常不一致。

使用最嚴格的對照和最可靠的設計進行的研究未發現微生物 DNA，只發現了偶然的已知病原體的序列。一些研究報告了透過熒光原位雜交技術檢測胎盤組織中的細菌 DNA。但是，這些資料也很少並且不一致，難以讓令人信服。

對於檢測這些臨床樣品中低水平細菌 DNA 的合理替代解釋是 PCR、組織或試劑的汙染。另一個可能的解釋是受試者血液中確實存在細菌 DNA，並從血液豐富的組織中擴增出了 DNA。細菌易位或細菌成分（包括 DNA）洩漏到人體的所謂“有特權的”解剖位點，例如羊膜囊和胎盤，可能發生在某些人身上，甚至是健康人，但這種情況很少發生。

我們十年前的研究表明，可以在小部分孕婦的羊水中檢測到細菌 DNA，它可能是未來不良妊娠結局的預測指標：其丰度與羊水中 IL-6 水平和白細胞計數成正相關，與分娩時間成反比。

最重要的是，DNA 的存在與“細菌定殖”截然不同，並且與真正的“微生物群”的存在截然不同。血液中細菌 DNA 的存在和汙染都是對當前有爭議的發現的合理解釋。可以進一步明確這兩種現象的起源和性質的其他進行嚴格控制的研究，將很有幫助。

Moran Yassour：就像我今天看到的那樣，大多數發表的證據都支援“無菌子宮”的假說。雖然一些研究表明子宮記憶體在微生物定殖，但他們的證據並不表明存在一個活躍的和不斷增長的群落，而僅僅是表明 DNA 片段的存在。

當然，挑戰在於子宮內定殖的生物量可能極低，因此去除訊號噪音是非常具有挑戰性的。為了嚴格評估這一部位是否存在微生物，必須在每個步驟中加入明確的陰性對照，特別是要考慮到試劑等的各種汙染物。額外的做法是加入陽性對照來評價數量，就像 de Goffau 等人[1]所做的那樣，在其中加入 spike-ins 作為內參。

Vincent B. Young：我認為，在我們開始解決這個爭議之前，最好先定義一下我認為的胎盤微生物組。我知道微生物組有多種定義，但在我的回答中，我將把微生物組稱為“佔據相當明確的棲息地並具有獨特的物理化學性質的特徵性微生物群落”。當提到形成群落本身的微生物時，我將使用微生物群（microbiota）這個術語。

使用這些定義的原因是，我認為為了解決爭議，要證明胎盤微生物群存在的門檻相當高。對我來說，透過不依賴於培養的方法（例如 16S rRNA 文庫或鳥槍法宏基因組測序）、熒光原位雜交（FISH）甚至細菌培養來檢測微生物是不夠的。（儘管我們也應該關注潛在的病毒和真菌群落，但當前我們主要聚焦於細菌，所以我將討論限制於細菌。）

在我看來，你需要證明這個潛在的群落是長期穩定的，可以在原位繁殖並具有代謝活性。到目前為止，我還沒有看到支援這一點的證據。人們可能會說我設定了一個不合理的期望，但這是我所支援的。

儘管有這些考慮，就運算元宮是無菌的（意味著沒有一個有生命力的、繁殖力強的、新陳代謝活躍的微生物群落存在），我認為也很可能有微生物對發育中的胎兒產生影響。

這裡的“介面”依然是胎盤。研究者在胎盤中檢測到微生物或微生物產物的存在，即使沒有生命力，也可以透過免疫學或化學（即小分子）方式接觸母體的原有微生物群，從而影響胎兒。暴露於微生物產物可能在胎兒的發育過程中起到關鍵作用。

我知道有些人利用我們培養出無菌小鼠的能力來反對“無菌子宮”假說。這是很難反對的。然而有趣的是，我們可以考慮一下，在無菌動物身上看到的免疫系統的差異是否與這些動物本身缺乏微生物群有關，是否反映了一個無菌母體所導致的異常發育。

提出這些論點的原因是要回到這樣的觀點，即關於子宮是否無菌的爭論可能會掩蓋微生物接觸（直接或間接）在胎兒健康和發育中的作用這一重要問題。

Q2：產前微生物組的研究是否為整個領域提供了新的視角？你是否看到了產前微生物組研究應該吸取的教訓，以及它將如何影響其他被認為無菌的身體部位的研究？

M.J.B：證明無菌是一項比識別微生物存在更困難的任務。無菌要求沒有任何病原體，但可能存在尚未發現的感染性/微生物病原體。因此，正如物理學中的“不確定性原理”所預言的那樣，證明無菌是一個遙不可及的目標。

然而，當使用標準/常規方法時，可以排除多種微生物的存在的可能。事實上，使用標準工具可以很容易地驗證那些聲稱存在/不存在於孕婦胎盤中的藥劑究竟是否存在於胎盤。

文獻缺乏一致性的結果表明在技術問題上存在重要的差異和差距。“研究人員聲稱某個被認為是無菌的特定部位並非如此”這樣的問題已經出現，而且還將再次出現。我們需要一個類似於科赫法則的理論來制定標準規則，以確定微生物在以前被認為是“無菌”的空間中是否存在。

S.D：是的，我認為這提出了一系列重要的問題，什麼是體內真正的微生物生態位？易位的結果是什麼？什麼是假象（樣品處理或試劑汙染）？

我想隨著時間的推移，我們會了解到身體的很多部位遠沒有我們想象的那麼無菌。然而要真正棲息在人體部位，就必須保證微生物本身的互相作用不會對宿主造成傷害，並維持穩態。將其與易位區分開來很重要，我認為易位很普遍，並且會影響宿主生理（我們仍在探索中）。但這些微生物的“旅行”並不會在它們降落的任何地方產生新的生態位。

一些爭議可以歸因於對術語的分歧，這一點很重要。鑑於我們對共同進化和宿主生理學的瞭解，我們也應該經常問自己一個簡單的心學問題 “這有意義嗎？”例如，如果微生物在先前“無菌”的組織中定殖，那麼鑑於我們對該組織中免疫反應的瞭解，這是否有意義？提出這個問題並不代表拒絕新穎性，但對指導之後一系列的實驗很重要。你不能僅僅止步於確定是否存在微生物 DNA。

K.D.M.：我堅信，挑戰現有教條的研究對科研是有益的，科學就是這樣進步的。

D.A.R：這場關於 “胎盤微生物組”的爭論突出了幾個重要問題。

首先正如我前面提到的，通常認為微生物易位進入外周血流（和門脈迴圈）是常見事件，並與面板和粘膜的區域性紊亂有關。由於易位通常是短暫且罕見的，因此很難得到關於健康人血液中微生物 DNA 的一致發現和統一模式。

雖然微生物易位可能對宿主的健康很重要，但它肯定會使具有“特權”的解剖部位的研究變得複雜。同樣我們必須記住，DNA 不一定意味著活的甚至是完整的生物體。

其次，研究結果越來越支援這樣的觀點，即在懷孕期間和分娩時，細菌產物的系統性運輸，特別是細菌代謝物，可能會對嬰兒的產後發育產生影響。我們需要從總體上更好地瞭解產婦面板和粘膜微生物群落副產物的系統分佈和垂直傳播，以及它們在促進兒童健康方面的作用。

M.Y：在這一點上，產前的爭議肯定會影響到這個領域，母乳爭議也是如此，因為在這兩種情況下，試圖證明一個具有低生物量的定殖是非常困難的。

剖析低生物量微生物群落的挑戰確實是一個機會，可以就一個非常具體且經過辯論的主題展開一些開創性的研究，而不再是對下一次發現的隨機關聯大聲吶喊。如果我們能夠透過改進的實驗室技術和分析有效地應對這些低生物量/低多樣性的微生物組環境，那麼我們也將更好地應對複雜的微生物群落。

另一點是 16S 與宏基因組測序的敏感性。特別是在處理來自包括具有許多人體細胞的身體部位的樣本時，16S 比宏基因組測序具有更好的靈敏度，不應自動忽略“不太先進”的方法。

V.B.Y：對產前微生物組研究的觀察發現，似乎微生物組研究的結果非常依賴於技術。從事這項研究已有近 20 年的時間，我發現讓其他科學家感到不安的是，研究宿主相關微生物的研究人員一直在使用越來越昂貴且依賴技術的方法來參與“fishing expedition”。在某些科學界，對產前微生物群的研究已經代表了懷疑者最嚴厲的批評。

（編者注：fishing expedition 是一個貶義詞，用來描述缺乏明確範圍和明確目的的調查。）

回到我先前關於微生物組定義的觀點，當考慮其他被認為是無菌的身體部位（例如大腦/中樞神經系統和血液）時，有許多研究提到“血液微生物組”和“大腦微生物組”。同樣，我們需要考慮觀察到的內容以及如何進行觀察。

最後，我們需要回歸到微生物對宿主的潛在生物學效應（無論是最終被清除的活體生物還是微生物產物）。已經有許多立場檔案指出，微生物組的研究已從結構研究（“誰在那裡”的研究）轉移到功能研究（關於微生物在新陳代謝、免疫相互作用等方面的作用的研究）。我認為這類研究在產前微生物組研究中很重要。

Q3：關於產前微生物組的爭議如何影響微生物組研究領域的可信度?

M.J.B：對科學發現的接受，是基於科學界和公眾對報告特定發現的科學家的誠實和準確性的信任。

許多擁有自己科學議程的團體尤其把這一點放大了，他們抓住爭議不放，作為貶低科學的一種方式。理性的科學家對資料的解釋可能會有所不同，但支撐科學大廈岩石的是科學觀察本身的正確性（和嚴謹性）。

S.D：我不認為這會影響這一領域本身的可信度。每個領域都有爭議，這就是科學。

K.D.M：我認為從長遠來看，這種爭議不會損害微生物組研究領域的可信度。然而，可信度一般與負責任的報告有關。微生物組研究領域需要繼續共同努力尋找真相。

D.A.R：這一爭議無疑突出了許多調查人員和公眾過快地接受和認可早期的、未經證實的、具有挑釁性的或與傳統教學相悖的研究結果。

像其他領域一樣，當新的研究結果被無聲無息地匆匆宣佈，而公眾（有時是科學界）不能接受但又不加批判地質疑研究結果並要求複製時，微生物組領域的可信度就會受到影響。

由於正在進行的研究工作的範圍和規模，進展的迅速性以及公眾的利益，微生物組領域可能特別容易受到這個問題的影響。

由於微生物組領域的炒作太多，而且標準化程度不夠，很多時候會有幾項發表的研究結果相互矛盾。這樣的研究帶來的長期後果是，科學家認為微生物組領域不夠嚴謹，每一項研究我們都能找到另一項相反的結果。

這一點甚至在 The Atlantic 雜誌（2016 年 4 月，Ed Young）的一篇文章中得到了闡述：“成千上萬的研究已將微生物組與您可以想象的幾乎所有條件相關聯，但其中許多相關性可能是虛幻的”。

激烈的公開辯論是一個新領域的共同 “特徵”，但實踐和標準必須在某些時候趨於一致。

在該領域的特定方向（母嬰微生物組），取樣引發的生物學/倫理影響也具有固有敏感性，因此如果無法解決過度取樣問題，那麼概念和技術就需要繼續發展。

V.B.Y：如上所述，微生物組研究領域總體上可能受到那些從領域外觀察這場辯論的人的不利影響。我的一位同事曾經指出，這次辯論使他想起了“有多少天使能在一根針的頭上跳舞”的疑惑。

（編者注：“有多少天使能在一根針的頭上跳舞”，美國俚語，引申為糾纏於研究細小奇怪但缺乏實用意義的事情。）

我們需要明確的是，微生物組研究是微生物學這個漫長而富有成果的領域的延續，在此背景下，微生物組研究的重點是宿主與微生物的相互作用。關於產前微生物組的爭論不是簡單的哲學爭論，而是科學探索微生物對發育中的胎兒發育和健康的潛在影響的一部分。

Q4：微生物組研究人員、科學期刊、出版社和資助機構在維護微生物組領域的信譽方面有什麼責任?

M.J.B：所有人的職責是相同的：進行和報告基於認真方法和適當控制的科學研究，並根據研究結果得出合理結論。

在當今時代，也許在所有時代，由於爭奪注意力和金錢，人們傾向於誇大科學發現的重要性。這是一種偏見，並透過不正確地分配優先順序和以非最佳生產力的方式來引導資源，最終損害了我們的領域。這種特殊的損害存在於醫學研究的所有領域，也許反映了達爾文式的資源競爭。但是，可以調整方法，使其影響最小化。

S.D：我認為媒體和科學家的首要責任是不誇大微生物組的影響。不要給人們虛假的希望，不要散播恐懼，也不要聲稱微生物組可以做一些它實際上可能不能做的事情，至少不要過早的說。

我相信，這是一個令人難以置信的領域，微生物指導療法具有真正的潛力，但為了進行吸引人的科學，我們似乎完全跳過了宿主微生物生物學的一些基本研究。這些並不一定要相互排斥。多組學的力量毋庸置疑，但是如果將大資料的價值與真實的生理聯絡在一起，它的價值將更大。我認為，這是確保該領域信譽的最佳途徑。

微生物組研究人員必須注意不要過度解釋他們的研究結果。微生物組研究人員還擔任同行評審員，在這一角色中，他們必須嚴格評估穩健的微生物組研究所需的控制和方法的使用情況。

科學期刊和編輯必須確保對稿件進行嚴格和公平的審查，而不能違背審稿人的建議發表“聳人聽聞 ”的報告。科學期刊也必須發表有助於擴大研究結果的稿件。

我們需要批判而又尊重他人，為實現可重複研究的目標而孜孜不倦地工作，並在共享協議、工作流和原始資料方面進行充分合作。在精心設計、精心控制的研究和重複資料集中獲得的負面結果必須得到推廣。期刊、新聞界和資助者應承擔相同的責任，但我認為，這一切都始於科學家和科學。

M.Y：作為一個研究團隊和出版團體，我們的責任一如既往是對我們所呈現的內容保持批判的態度，並仔細考慮所有研究的設計。

如果能夠為操作的標準化提供明確的指導方針，則可以維護該領域的信譽。

如果進行了一項與過程相關的所有變數的比較研究（從樣品收集，提取，測序和分析），那麼我們可以更好地評估各論文之間的差異，並確定在這方面最佳/最差的做法。

這樣的研究對於該領域的所有貢獻者來說可能是一個很好的基準，可以評估研究方式的影響，並將其結果與其他論文的結果進行比較。像 Amos 等人一樣[2]，關於標準化的開創性研究開始興起。

繼續進行此類研究將是有益的。國際合作組織可以著手進行這項工作，該組織已經為該領域提供了相當大的資料集，並且具有為整個領域設定黃金標準的信譽。

最後，給所有微生物組研究者一個個人的心得，當我們建立一個新的佇列時，我們必須設定足夠的對照，去充分證明這是訊號而不是噪音。

V.B.Y：總之，科學因辯論而興盛，但辯論應該是促進知識進步的手段，而不是目的本身。在我看來，要獲得的重要知識是瞭解宿主和其微生物之間的密切共生關係如何影響相關雙方。這種理解可以帶來新的療法和干預措施，透過促進宿主和常駐微生物之間的互利互動來改善宿主的健康。

參考文獻：

1.de Goffau MC， Lager S， Sovio U， Gaccioli F， Cook E， Peacock SJ， Parkhill J， Charnock-Jones DS， Smith GCS. Human placenta has no microbiome but can contain potential pathogens. Nature. 2019;572(7769):329–34.

2.Amos GCA， Logan A， Anwar S， Fritzsche M， Mate R， Bleazard T， Rijpkema S. Developing standards for the microbiome field. Microbiome. 2020;8(1):98.

原文連結：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00946-2

作者｜Martin J. Blaser, Suzanne Devkota, Kathy D. McCoy, David A. Relman, Moran Yassour和Vincent B. Young

編譯｜拍了花寶貝

審校｜617