直接面向消费者的微生物组测试行业需要更多监管

直接面向消费者（DTC）的微生物组测试行业需要更多的监管。 测试缺乏分析和临床有效性，需要更多的联邦监督以防止对消费者造成伤害。

越来越多的研究表明，通过更好地了解人类微生物组有可能改善人类健康。这项研究催生了一个全球性行业，销售直接面向消费者（DTC）的微生物组测试服务。尽管这个行业已在生活方式健康和保健市场上占有一席之地，但其监管基本上被忽视了。然而，公司声称能够检测出“异常”的微生物组并未得到研究的支持；测试过程缺乏分析有效性，结果也没有显示出临床有效性。因此，消费者可能会因不恰当使用他们或他们的医生都不了解的测试结果而遭受经济剥削或受到伤害。为了解决这种潜在伤害的担忧，我们得出结论，监管机构应该制定要求，以便该行业记录并证明方法和声明的一致性和有效性。

作为由国家卫生研究院（NIH）（1）资助的项目的一部分，我们对全球提供DTC微生物组测试服务的公司进行了在线搜索，并审查了它们公开可获得的信息。我们的研究识别出了31家提供DTC微生物组测试服务的公司，其中17家位于美国。尽管我们的建议针对的是美国监管系统，但它们也可能适用于其他正在市场营销这些服务的国家。我们还与微生物组研究人员、治疗慢性肠道和阴道医疗病症患者的临床医生，以及已经接触或将成为购买这些服务的目标候选人的患者和消费者进行了访谈和焦点小组讨论。此外，我们召集了一个由微生物组研究者、临床医生、医疗器械法律专家、行业和消费者代表以及生物伦理学家组成的工作组，讨论这个行业带来的监管问题。本文是基于我们那项工作的发现和结论。

DTC微生物组测试行业吸引了那些健康且对自己的微生物组感到好奇的个人，以及患有克罗恩病、肠易激综合症和细菌性阴道炎等慢性病的个人。尽管该行业的重点主要是肠道微生物组，这需要消费者将粪便样本发送到指定实验室，但一些公司也分析阴道或皮肤微生物组。这些公司声称它们可以确定客户的微生物组是否健康或处于“失调”——失衡状态，并暗示如果是这样，它可能是一个或多个健康问题的原因。这些公司中的一些可能会故意误导消费者，而大多数似乎参与了当前监管框架缺口所允许的可疑做法。

测试公司通常遵循一种类似的商业模式，这种模式在很多方面模仿了直接面向消费者（DTC）基因测试公司的实践。消费者订购一个测试套件，完成有关健康和生活方式的问卷调查，收集粪便或阴道样本，并将其发送到公司的实验室（2），在那里使用基因技术进行分析——具体来说，是16S核糖体RNA（rRNA）基因扩增子、宏基因组或宏转录组测序。这些测序技术通过识别哪些微生物存在及其相对丰度来描述样本的分类组成，并且在某些情况下，还描述了观察到的微生物所呈现或表达的代谢功能。消费者收到一份报告，描述分析结果，并通常以图形方式评估他们的微生物组是否处于“健康”或“不健康”的范围。后者的分析基于客户的微生物组组成与被认为“健康”或有某些疾病或慢性病状的其他人的比较。这种比较通常是使用公司的专有软件和数据库进行的。在某些情况下，公司将单个客户的微生物组组成与他们自己的数据库进行比较，这是有限的（3）。此外，它可能只包括他们之前的客户，这些客户可能并不代表一般人群。在其他情况下，他们可能会从研究人员那里购买数据，这些研究人员已经描述了患有某些慢性病的个体的微生物组。无论哪种情况，公司都依赖于用未知计算技术生成的非代表性数据。

如果客户的微生物组与“不健康”患者具有相似的特征，公司可能会建议食用特定食物或服用营养补充剂以改善他们的微生物平衡或肠道健康。这些建议是基于公司的专有算法。我们确定的公司中约有45%出售他们根据测试结果向消费者推荐的补充剂（1）。此外，这些公司鼓励重复测试，以确定这些补充剂或饮食变化是否修改了客户的微生物组。一些公司甚至提供会员、订阅和营养支持服务。

测试的不足之处

在人类健康背景下，测试准确性和益处的三个标志是分析有效性、临床有效性和临床实用性。一个测试的分析有效性确保它能准确检测和量化它打算测量的分析物。分析有效性的评估包括建立测试的假阳性率和假阴性率；对于微生物组测试，评估还包括确定测试是否过高或过低估计了样本中分析物的相对丰度。与其他针对特定细菌或分析物（如基因突变）的诊断测试不同，这些测试的假阳性率和假阴性率可以通过实验确立，因为不可能为粪便或阴道样本中的所有细菌建立这些率或相对丰度，因为它们并不都是已知的。此外，使用的定制生物信息学工具并不能识别或量化样本中的所有细菌。

测试的临床有效性是指它是否准确地确定疾病的存不存在，或者在这个案例中，是否准确地确定了健康或不健康的状态。最后，测试的临床实用性是指测试的信息是否能导致有用的临床建议；是否有任何干预措施可以用来“治疗”个体或改善他们的微生物组？在临床环境中，治疗通常是药物或程序性或外科干预。在健康领域，这是一个相关的概念，在这个领域中，许多推荐干预的效果通常缺乏证据支持，“治疗”可能是饮食、食物补充剂、锻炼或其他生活方式的改变。

没有分析有效性，这三个测试准确性和益处的标志中的第一个，测试结果是毫无意义的。为了准确分析微生物组样本的内容，实验室必须能够全面检测样本中的微生物分析物，建立它们的相对丰度，并且能用相同样本复制其结果。错误可能是由计算不准确或用于识别分析物的数据库不具代表性造成的。

已经显示微生物组实验室分析缺乏分析有效性，导致不同实验室以及同一实验室内对同一样本的测试结果不一致（4）。尽管没有发表过关于直接面向消费者公司测试有效性的实证分析，但同一实验室内的差异令人不安，可能是由于样本收集方法不当、实验室实践不一致、使用的软件或数据库变化，或是分子程序的批处理效应造成的。不同公司之间的差异可能是由于样本收集过程、运输和保存以及使用的协议、技术和试剂的变化（4）。

不同的协议和测序技术有其优点和缺点，因此，目前还没有共识认为哪种最合适。例如，使用来自标本的16S rRNA基因序列依赖于短的扩增子序列，这些序列由保守区域侧接，"通用"引物与之杂交，这种方法通常不具有种或菌株级别的特异性（5）。另一种方法是宏基因组测序，它用于测序标本中的遗传物质，没有特定的目标。这个过程成本更高且耗时更长，但提供了更多关于微生物组物种组成和编码的代谢功能的信息（6）。"浅层"宏基因组测序是一种更便宜的替代方案，已被证明足以获得物种级别分辨率的组成信息，尽管假阳性率较高（7）。由于可用的基准和最佳实践有限，公司之间的差异持续存在（8）。

这些测试的分析有效性也不足以作为一个健壮的测试过程，因为样本的微生物组构成需要通过分析测序数据检测到的生物体与一个特征良好、对被测微生物组在生物体代表性方面全面的参考数据库进行比较（4）。细菌在遗传上高度多样化，进化迅速，并因地理和人群而异。因此，现有微生物组参考数据集中并未包含每个物种的所有遗传变异。这些数据集因此是不完整的（5），产生广泛而不精确的分类指定，并且大多偏向于发现于西方人群的生物体（9）。

分析有效性的缺陷也可能影响临床有效性，但除此之外，确定样本是处于“健康”还是“不健康”状态还需要与一个标准进行比较。目前，对于任何人群或亚群来说，构成健康人类微生物组成分尚无共识。相反，实验室可能会根据他们从消费者那里收集的标本生成的微生物组数据建立内部参考标准，这些消费者提供了评估自己健康状况的信息。因为缺乏全面的外部参考标准来定义健康微生物组，实验室可能只能内部验证他们的参考标准。为“健康”微生物组建立参考标准需要从比商业实体处理的更大、更具代表性的人群中获取测试样本，并就什么构成健康而非“典型”达成共识。[因为健康微生物组的范围非常广泛（10），所以这种共识具有挑战性。]

监管的必要性

尽管许多公司声称他们的测试不是“诊断性的”，但他们的许多市场宣称意味着，并可能导致消费者相信，结果是基于科学准确性并具有医学相关性，而这一点尚未得到证实（11）。消费者也可能错误地认为这些产品受到美国食品药品监督管理局（FDA）的监管，当它们介于受监管的医疗设备（如果提出诊断性声明）和几乎不受监管的健康和保健产品之间时（12）。这些测试缺乏监管可能会使消费者在依赖不准确的测试结果和未经临床验证的营养或食品补充剂建议时面临受到伤害的风险。这些伤害可能包括自我误诊、延迟寻求医疗治疗以及用非处方药替代补充剂。许多寻求这些测试的个体患有严重的慢性疾病，并且迫切希望尝试任何可能减轻他们痛苦和苦难的方法。因为这些测试基本上是不受监管的，它们不受不良事件报告的约束，但是来自胃肠病学家的报告案例中有关于伤害的报告。在我们进行的一个焦点小组中，一位儿科胃肠病学家报告了患者在遵循直接面向消费者的微生物组测试建议避免某些食物后发展成回避性限制性食物摄入障碍（ARFID）的情况（1）。在一篇发表的文章（10）中，一位胃肠病学家分享了一个患者的故事，该患者基于直接面向消费者的微生物组测试结果，计划进行自我管理的（DIY）粪便微生物群移植，除非在程序中使用的粪便经过筛查，否则这种做法可能会导致接受者发生危及生命的感染（13）。

在这一领域进行监管的最后一个原因是，不受监管的市场关闭了开发临床可行测试的可能性。必须经历等同于昂贵的临床试验以获得经过验证的诊断测试的测试提供者，通常无法负担得起与不受监管的类似产品竞争。尽管FDA没有积极监管这些测试公司，但实验室测试的分析有效性由医疗保险和医疗补助服务中心（CMS）根据《临床实验室改进修正案》（CLIA）进行监管。因为这些测试公司声称评估客户的健康状况，它们受到CLIA法规和认证的约束。然而，CLIA法规对直接面向消费者的基于微生物组的测试存在弱点。

CLIA要求这些实验室提供分析有效性的证据，并提供有关样本采集、保存和运输的一般标准；实验室程序和实施；实验室人员的教育和培训；设施管理；以及实验室质量评估。然而，CLIA的实验室认证计划缺乏针对遗传或基于微生物组的实验室测试的具体标准。由于缺乏标准化的技术和分析程序以及参考数据库或标准，测试公司使用的过程各不相同。

几年前，由微生物组质量控制（MBQC）项目、国际元基因组和微生物组标准联盟（IMMSA）和NIST发起了建立流程标准的努力。由于缺乏资金，MBQC的工作被暂停。然而，由政府机构NIST专门监督的标准制定工作正在进行中，其目标是支持行业验证其测试的分析性能的能力，包括健壮性、实验室之间的可比性、准确性和精确性。

在人工智能时代，即使在临床实验室改进修正案（CLIA）要求某些实验室作为其认证过程的一部分进行熟练程度测试（PT）以评估测试准确性的情况下，也有可能制定优先考虑人类能动性的政策。然而，对于使用遗传技术识别分析物的微生物组基础测试，并没有PT。PT要求实验室对CMS批准的PT项目发送的未知样本进行测试。实验室必须使用其对所有患者标本进行的相同方法测试这些样本，然后向PT项目报告结果以进行评分。CLIA法规列出了实验室必须执行PT的特定测试或分析物；然而，直接面向消费者的微生物组基础测试并不是旨在识别样本中的特定有机体或分析物，而是旨在识别样本中所有的有机体及其相对丰度。这些公司利用这些有机体的集体存在和它们的普遍性来建立顾客的健康状况。尽管一些直接面向消费者的微生物组测试实验室可能在测试过程中识别出细菌病原体，但这不是它们的主要功能。为了向顾客报告这些偶然发现，公司将需要为每个识别出的病原体接受CLIA PT。此外，尽管CMS表示如果没有可用的PT，则实验室必须至少每年两次证明其测试的准确性，但在科学界成员中对于在这种情境下什么构成准确性或分析有效性并没有达成一致。

对于CLIA法规的建议

目前在美国，CMS而不是FDA是直接面向消费者的微生物组测试公司的主要监管机构，并有权确保他们的测试在分析上是有效的。尽管这些公司中的许多都拥有CLIA认证，但CMS并未要求他们提供准确识别他们在测试样本中的微生物及其相对丰度的能力的证据。为了解决这一证据缺失问题，我们建议要求公司报告他们如何衡量其测试的分析有效性——即他们正在使用的测试方法和算法。此外，他们应被要求使用“锁定方法”或除非得到监管机构批准否则不变更的方法。这应确保测试结果在特定软件和数据库版本内具有内部一致性。此外，一旦NIST建立了参考标准，作为CLIA认证的一部分，CMS应要求直接面向消费者的微生物组测试公司采用这些标准，并报告它们的表现。作为这种内部评估的替代方案，直接面向消费者的测试公司可以将他们的结果发送给获得许可或认证以提供此服务的外部参考实验室。正如之前所述，这目前作为PT的一部分被要求用于进行CLIA法规中要求PT的任何实验室。

这些只是确保直接面向消费者的微生物组基础健康测试的有效性和有用性的第一步。CLIA并未涉及临床有效性；FDA做到了。然而，在这些公司能够证实测试结果与“健康”状态之间存在关系，以及饮食改变或补充剂是否改善了被测微生物组进而人类健康之前，还需要进一步的临床研究和评估。FDA尚未澄清这些测试是否应作为医疗设备或健康产品受到监管。根据测试提供者所做的声明，这种确定很可能最好基于个案进行。然而，在几个案例中似乎很明显，测试卖家正在做出可能伤害消费者的诊断性声明。这种未经证实的声明可能会根据《联邦食品、药品和化妆品法》以及保护消费者免受欺骗性营销声明的《联邦贸易委员会法》采取行动。

感谢

我们感谢直接面向消费者的微生物组基础测试工作组的成员为本文的概念化做出了宝贵贡献。工作组成员列于（1）。尽管这些个人参加了我们的工作组，但他们不一定同意我们的结论或建议。这项工作得到了NIH授予的1R01HG010571-01的支持。J.R.是LUCA Biologics的联合创始人，这是一家专注于将微生物组研究转化为活生物治疗的生物技术公司。D.M.持有BiomeSense的股票，该公司开发了一种旨在持续在家进行微生物组测量和分析的生物信息学平台。所有其他作者声明他们没有竞争利益。