如果器官能夠說話，腸道可能是最善於透露我們生活習慣與健康狀況的「發言人」。這些訊息能對生物醫學與臨床研究提供關鍵資訊，有助於深入了解人體健康狀態。

來自以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）的研究團隊，近日開發了一種革命性技術，為腸道提供了特殊的「麥克風」，使我們能夠聆聽腸道健康狀況的細微變化。這項研究近期發表於國際頂尖期刊《Cell》，研究人員成功創建了一種新方法，可從糞便樣本中全面辨識腸道內所有的蛋白質，涵蓋來自食物、人類自身以及腸道微生物的各種蛋白質。這項新技術能讓我們前所未有地精確剖析這些蛋白質之間的相互作用。

研究由以色列魏茲曼研究院系統免疫學系（Department of Systems Immunology）Eran Elinav教授實驗室的研究團隊進行。研究的核心目標是探索微生物與蛋白質之間的關聯性。Elinav教授指出，傳統的DNA解序方式雖然可以告訴我們腸道內存在哪些細菌，並推測其潛在功能，但蛋白質則能直接反映出這些細菌的真實活躍狀態，以及它們對人體健康與疾病的影響。然而，辨識蛋白質的過程極具挑戰，起因為蛋白質數量非常龐大且不同生物產生的蛋白質可能極為相似。例如，人體基因組中約有20,000個負責製造蛋白質的基因，能夠產生數百萬種不同的蛋白質變體，使得依賴現有的蛋白質資料庫進行識別，既複雜又耗時。

為解決這項挑戰，魏茲曼團隊結合DNA定序與質譜分析（Mass Spectrometry），開發出一種更精確、客製化的蛋白質圖譜技術。

這項新技術被命名為IPHOMED（Integrated Proteo-genomics of HOst, MicrobiomE and Diet），意為「宿主、微生物群與飲食的整合蛋白基因體學」。

IPHOMED技術能夠解析微生物群的所有活動，精確識別糞便樣本中的蛋白質來源，包括特定細菌菌株及各自的數量，甚至能辨識腸道對微生物訊號的生理反應。透過這項技術，研究人員能夠繪製腸道與微生物之間的交流網路，並觀察腸道如何因致病菌或抗生素影響而產生變化。值得注意的是，研究團隊發現，人體腸道能夠分泌數十種先前未知的抗菌胜肽，這些胜肽類似天然抗生素，能選擇性地殺死特定細菌，進而影響腸道微生物群的組成。這項發現或許能解釋為何每個人的腸道微生物組成皆獨一無二，並影響個體對疾病的易感性。

糞便樣本揭露飲食習慣，偷吃無所遁形

在技術開發初期，IPHOMED已能識別97%糞便樣本中的蛋白質。然而，仍有3%的蛋白質無法被明確歸類。進一步研究後，研究團隊驚訝地發現，這些蛋白質並非來自微生物或人體組織，而是來自於食物。

這項發現促使團隊意識到，IPHOMED也許能夠解決營養學領域的一大難題：如何以非侵入性的方法來精確分析個人飲食內容。為此，研究團隊建立了一個涵蓋數百種食物的蛋白質資料庫，並成功辨識出各種食物的特定蛋白質。這使得透過糞便樣本回溯個人飲食變得前所未有地精確。例如，在分析來自德國和以色列兩組健康志願者的樣本時，研究團隊發現兩組受試者的小麥攝取量相似，但德國樣本中含有大量豬肉蛋白質，而以色列樣本則主要來自禽肉。在另一項實驗中，研究人員要求志願者在特定日期攝取特定食物，如花生。結果顯示，IPHOMED不僅能準確判定受試者何時食用了這些食物，即使僅攝取五顆花生也能檢測出相關蛋白質的訊號。

研究團隊還成功追蹤了胃腸道疾病患者的飲食變化。舉例來說，他們成功識別出一名新診斷出乳糜瀉（Celiac Disease）的兒童未能完全遵守無麩質飲食處方。Elinav教授笑稱：「我們的方法甚至可以判定某人是否確實遵守猶太教潔食規範，或某人是否真的茹素」，但他也補充說明，傳統飲食調查仰賴個人回報，往往不夠精確。IPHOMED技術能夠更準確地追蹤複雜膳食的各種成分，將有助於研究哪些食物對健康有益，哪些則可能帶來健康風險。

應用前景：疾病診斷與個人化治療的新契機

為進一步探討該技術在疾病診斷與治療上的應用，研究人員將其應用於發炎性腸道疾病（IBD）患者的糞便樣本。IBD病是一種涉及腸道嚴重發炎的疾病，受飲食與微生物群的影響甚大。

團隊分析了來自以色列、德國與美國的IBD患者樣本，詳細解碼人體腸道與微生物群之間的異常分子交互作用，並發現數十種可能成為新藥標靶的蛋白質。此外，他們還辨識出新的人類與細菌蛋白質標誌物，未來可望用於診斷IBD的類型、評估病情嚴重程度及監測病程進展。這些新標誌物的準確度甚至超越了目前唯一獲臨床批准的IBD生物標誌物Calprotectin。

此外，藉由IPHOMED分析患者的飲食成分，研究人員能夠量化IBD患者是否遵守飲食療法，並將遵守的程度與炎症改善的程度進行關聯分析。成功運用這種非侵入性方法來檢測小腸中的疾病。小腸是一條細長的管道，於健康人體中負責吸收食物中大部分的蛋白質。由於小腸極難使用內視鏡檢查，這種疾病很難藉由傳統方法檢測出來。

Elinav教授總結道：「腸道中的蛋白質就像字詞，讓我們能夠解讀腸道向我們傳遞的訊息，從而提供適當的健康管理方案。我們期待這項技術未來能夠推動個人化營養與醫療的發展，為發炎性、代謝性、癌症與神經退行性疾病等多種與微生物群相關的病症提供新的健康管理方案」。

資料來源：

https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/we-know-what-you-ate-detailed-protein-maps-assess-intestinal-health