這是《腸道產(chǎn)業(yè)》第 701 篇文章 編者按 《2019 年全球衛(wèi)生估計(jì)報(bào)告》顯示,在過(guò)去 20 年,阿爾茨海默?。ˋD)和其他形式的癡呆癥已經(jīng)成為全球十大死因之一。截至 2019 年,我國(guó)有超過(guò) 1 千萬(wàn)名 AD 患者,是全球 AD 患者數(shù)量最多的國(guó)家,占世界 AD 患者總?cè)丝诘?1/4,而且這個(gè)數(shù)字還在隨人口老齡化不斷攀升。 近年來(lái),一些臨床和實(shí)驗(yàn)證據(jù)都提示腸道菌群在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生及發(fā)展中扮演著重要角色,糞菌移植(FMT)有望成為預(yù)防或治療 AD 的良方。 今天,我們共同關(guān)注 FMT 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病,尤其是在 AD 癥中的應(yīng)用進(jìn)展,希望為相關(guān)的產(chǎn)業(yè)人士和讀者帶來(lái)一些啟發(fā)和幫助。 阿爾茨海默病與腸道菌群 腸道菌群在調(diào)節(jié)腸-腦軸方面起著關(guān)鍵作用,這是一個(gè)雙向通信網(wǎng)絡(luò),涉及到中樞神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)(交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)分支)、腸道神經(jīng)系統(tǒng)和下丘腦-垂體-腎上腺軸1。 最近的研究表明,人類(lèi)腸道菌群具有許多有益功能,例如幫助免疫系統(tǒng)發(fā)育、抵抗病原體、合成維生素、產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)等代謝物、代謝藥物、產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)以及維持腸黏膜屏障的結(jié)構(gòu)完整性2。 在人體中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)菌群的失調(diào)和改變會(huì)誘發(fā)炎癥性腸病、2 型糖尿病、代謝綜合征、肥胖、結(jié)直腸癌、阿爾茨海默?。ˋD)和許多其它疾病3。 AD 是一種災(zāi)難性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,截至 2020 年,它影響了 580 萬(wàn) 65 歲及以上的美國(guó)人。預(yù)計(jì)到 2060 年,這一數(shù)字將增加到 1400 萬(wàn)。隨著 AD 患病率的增加,全球癡呆癥的總成本預(yù)計(jì)將在 2030 年增加到 2.0 萬(wàn)億美元4。2017 年,AD 是第 6 大最常見(jiàn)死因,在美國(guó)造成 121,404 人死亡,在美國(guó)老年人(65 歲以上)中更是排名第 5 位的最常見(jiàn)死因5。 AD 造成的巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及其日益流行,促使研究人員尋找預(yù)防或改善疾病的治療方法。目前有各種腸道菌群調(diào)節(jié)干預(yù)措施,例如調(diào)整飲食、益生元、益生菌、合生制劑或糞菌移植(FMT)。 FMT 是指將腸道菌群從供體移植到受體,以修復(fù)受體的腸道菌群的方法,它已被證明可成功治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染6。在這篇綜述中,我們總結(jié)了 FMT 的流程及其在治療各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,特別是 AD 中的應(yīng)用。 菌群失調(diào)與AD 在西方國(guó)家,超過(guò) 4000 萬(wàn)老年人患有 AD,占所有癡呆病例的 65%以上。全球人口預(yù)期壽命的增加也導(dǎo)致了包括 AD 在內(nèi)的與年齡相關(guān)的疾病患病率增加7。當(dāng)前,錯(cuò)誤折疊的淀粉樣蛋白 β(Aβ)斑塊和高磷酸化 tau 蛋白沉積形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFT),仍然是 AD 診斷的主要神經(jīng)病理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)8。 盡管已知 AD 最大的風(fēng)險(xiǎn)因素是年齡,但遺傳、家族史、生活方式和環(huán)境等多種因素都可能會(huì)影響 AD 的發(fā)病。越來(lái)越多的證據(jù)表明,自然存在于體內(nèi)的微生物與 AD 的許多標(biāo)志性特征(包括 Aβ 斑塊和 NFT)的發(fā)展之間存在聯(lián)系9。 研究表明,腸道菌群在一些大腦進(jìn)程中起著至關(guān)重要的作用,如髓鞘形成、小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)發(fā)生,這與行為、情緒和認(rèn)知調(diào)節(jié)密切相關(guān)10。除了衰老、不健康飲食、壓力或肥胖之外,能影響腸道菌群組成的其它因素也與 AD 相關(guān)11。 例如受損的腸道菌群會(huì)改變上皮結(jié)腸細(xì)胞中緊密連接蛋白(即 zonulin 和 occludin)的表達(dá)。由于緊密連接能力的改變,腸道通透性增加。受損的腸道微生物組成還會(huì)增加脂多糖、淀粉樣蛋白和三甲胺 N-氧化物,同時(shí)減少有益代謝物,如 SCFA 和氫的產(chǎn)生11。 Toll 樣受體(TLR)2 和 TLR 4 暴露于腸道致病菌后被激活。這導(dǎo)致核因子 kappaB(NFkB)激活和促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素 12(IL-12)的分泌。當(dāng) IL-12 增加時(shí),T-helper(Th)1/Th2 免疫反應(yīng)得到改善,并伴隨著腫瘤壞死因子(TNF)、干擾素-γ(IFN-γ)和 IL-6(白細(xì)胞介素 6)12水平的升高。結(jié)果,水平升高的促炎細(xì)胞因子通過(guò)滲漏血腦屏障(BBB)進(jìn)入了中樞神經(jīng)系統(tǒng)(由于內(nèi)皮緊密連接被破壞),導(dǎo)致血源性免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)的易位。 此外,由于細(xì)胞因子和微生物等炎癥介質(zhì)或細(xì)菌產(chǎn)物,小膠質(zhì)細(xì)胞被激活,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)分解,以及星形膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞功能障礙13。這種級(jí)聯(lián)反應(yīng)是 Aβ 和 tau 積累的觸發(fā)因素,會(huì)誘導(dǎo)神經(jīng)變性和 AD 病理學(xué)進(jìn)展(圖1)。 在最近的研究中,Cattaneo 等人指出,認(rèn)知障礙和大腦中的淀粉樣蛋白沉積與促炎類(lèi)群埃希氏菌屬/志賀氏菌屬的豐度增加和抗炎類(lèi)群直腸真桿菌的減少有關(guān)14。 在健康個(gè)體中,厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)這兩個(gè)門(mén)約占腸道菌群的 90%,余下的由放線菌門(mén)、變形菌門(mén)、梭桿菌門(mén)和疣微菌門(mén)組成15。Vogt 等人檢查了 AD 患者的糞便樣本,并將其與對(duì)照組(年齡和性別匹配的個(gè)體)進(jìn)行比較。 根據(jù)這項(xiàng)研究,AD 的微生物組中,厚壁菌門(mén)和雙歧桿菌屬較少,而擬桿菌門(mén)較多。此外,他們觀察到部分菌屬的相對(duì)豐度與 AD 腦脊液生物標(biāo)志物水平之間的相關(guān)性16。 根據(jù) B?uerl 等人的說(shuō)法,轉(zhuǎn)基因 APP/PS1(Tg)小鼠模型也成功地展示了 AD 如何改變腸道細(xì)菌譜——趨向于變形菌門(mén)和韋榮球菌科,這可能誘導(dǎo)疾病進(jìn)展和惡化17。Cox 等人證明擬桿菌的定植會(huì)促進(jìn) Aβ 沉積,而長(zhǎng)期熱量限制可能會(huì)腸道環(huán)境改變,并抑制某些微生物的生長(zhǎng),而這些微生物與年齡相關(guān)的認(rèn)知能力下降有關(guān)18。 圖1:(A)影響生態(tài)失調(diào)的各種因素,即腸道菌群的改變。(B)各種菌群調(diào)控技術(shù)。(C)代表生態(tài)失調(diào)和 AD 病理之間相互作用的示意圖。Aβ:淀粉樣蛋白-β;AD:阿爾茨海默病;BBB:血腦屏障;LPS:脂多糖;SCFA:短鏈脂肪酸;TMAO:三甲胺 N-氧化物。 阿爾茨海默病的潛在治療策略 眾所周知,菌群失調(diào)與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展密切相關(guān),對(duì)腸道菌群的調(diào)控也可以在對(duì)抗 AD 中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于 AD 沒(méi)有明確的治療方法,因此,當(dāng)前針對(duì) AD 的大多數(shù)療法只是延遲認(rèn)知和記憶的喪失。 最近的幾項(xiàng)研究揭示了人體微生物組介導(dǎo)腸-腦軸調(diào)節(jié)多種神經(jīng)化學(xué)途徑的作用19。研究表明,植物性飲食,omega-3 多不飽和脂肪酸,抗氧化劑和減少膳食飽和脂肪、動(dòng)物源性蛋白質(zhì)和精制糖的飲食可以緩解認(rèn)知能力下降,并降低 AD 早期發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)20?;陲嬍车闹委煾深A(yù)包括熱量限制、富含益生元的飲食、富含益生菌的飲食、補(bǔ)充益生菌和多酚19。 益生菌有助于促進(jìn)接受者的健康,而益生元是益生菌的主要食物來(lái)源21。Bonfili 等人的一項(xiàng)研究使用了乳桿菌(Lactobacillus acidophilus、L. brevis、L. delbrueckii subsp. bulgaricus、L. paracasei、L. plantarum)和雙歧桿菌(Bifidobacterium breve、B. longum、B. infantis)的混合物(稱(chēng)為 SLAB51)處理 AD 轉(zhuǎn)基因模型小鼠。 四個(gè)月后,在 AD 小鼠中觀察到雙歧桿菌的增加和彎曲菌目的減少。在服用 SLAB51 的 AD 小鼠中,還觀察到了腸道菌群的代謝物,如可改善認(rèn)知功能的 SCFA 含量的改變22。 Ho 等人的一項(xiàng)研究報(bào)道了腸道菌群在一定程度上會(huì)通過(guò)增加特定 SCFA 的產(chǎn)生,來(lái)抑制 Aβ 可溶性聚集體形成,從而預(yù)防 AD23。 在一項(xiàng)研究中,Kobayashi 等人表明 B. breve A1 的攝入降低了海馬神經(jīng)元中的炎癥和免疫反應(yīng)基因的表達(dá)。在最近的一項(xiàng)研究中,Abraham 等人表明與未服用益生菌的小鼠相比,益生菌足以改善 AD 小鼠的認(rèn)知能力24。 除了飲食干預(yù)和益生菌外,F(xiàn)MT 是調(diào)節(jié)腸道菌群的最有效的治療選擇。這種方法已顯示出對(duì)各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如 AD、帕金森?。≒D)和多發(fā)性硬化癥(MS)的改善。 糞便微生物群移植的歷史應(yīng)用 大約 1700 年前,在把人類(lèi)糞便稱(chēng)為“黃湯”時(shí),一位名叫葛洪的中國(guó)醫(yī)學(xué)家引入了 FMT 的概念,即口服“湯”藥治療嚴(yán)重腹瀉或胃腸炎患者25。 出生于德國(guó)的科學(xué)家 Christian Paullini 是第一個(gè)以“Heilsame Dreck-Apotheke”工作證明了人類(lèi)排泄物具有治療潛力的人26。 1958 年,Eiseman 等人在對(duì)四個(gè)案例進(jìn)行研究時(shí),首次使用了人類(lèi)糞便灌腸劑治療偽膜性結(jié)腸炎27。 隨后,Borody 等人對(duì)一名難治性潰瘍性結(jié)腸炎患者進(jìn)行了“腸道菌群交換”,該患者在治療后顯示出完全和持久的臨床恢復(fù)28。 2013 年,vanNood 等人注意到,在復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染患者中,與單獨(dú)使用抗生素相比,加入供體糞便具有更好的療效29。 圖 2:FMT 程序和相關(guān)不良事件的示意圖。CMV:巨細(xì)胞病毒;FMT:糞菌移植;IBD:炎癥性腸病。 FMT的流程 FMT 的捐贈(zèng)者可以從親密伴侶、家庭成員或無(wú)關(guān)的志愿者中選擇(圖2)30。通常認(rèn)為具有以下情況的供體不適合招募:三個(gè)月內(nèi)服用過(guò)抗生素;正在服用免疫抑制劑或化療藥物;最近感染艾滋病毒或乙型或丙型肝炎;肥胖,患有炎癥性腸?。↖BD)或腸易激綜合征;有潛在感染、胃腸道惡性腫瘤、息肉病、高危性行為和使用非法藥物;近期有被監(jiān)禁史或曾到過(guò)流行性腹瀉地區(qū)31,32。 對(duì)于具有可接受醫(yī)療史的潛在捐贈(zèng)者,需要通過(guò)血液和糞便檢查來(lái)篩查其是否患有傳染病33。如今,由于冠狀病毒病大流行,有人建議通過(guò)鼻咽聚合酶鏈反應(yīng)和直腸拭子 RNA 檢測(cè),來(lái)確認(rèn)供體是否有 SARS-CoV-2 的感染34。 潛在捐贈(zèng)者可以在篩查后的一個(gè)月內(nèi)提供新鮮糞便。收集后的糞便密封于干凈的不透明塑料袋中,然后將其放入更大的儲(chǔ)存袋中。盡管用于FMT的理想糞便重量尚未標(biāo)準(zhǔn)化,但建議每次治療使用約 50 至 60 克的糞便。 糞便可以在 4°C 下儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá) 8 小時(shí),因?yàn)樵?4°C 或室溫下儲(chǔ)存 8 小時(shí)后,細(xì)菌存活率會(huì)下降。通過(guò)手動(dòng)攪拌或使用攪拌器將糞便溶解在大約 150mL 的生理鹽水中35。然后將混合物通過(guò)無(wú)菌紗布?jí)|或鋼過(guò)濾器過(guò)濾以去除大顆粒物質(zhì)36。此后,將懸浮液吸入 60mL 導(dǎo)管尖端注射器中。 此外,最終的糞便材料應(yīng)明確標(biāo)記并儲(chǔ)存在 -80°C。在輸注當(dāng)天,應(yīng)在 37°C 的溫水浴中解凍,并在解凍后 4 小時(shí)內(nèi)進(jìn)行灌注32(圖 2)。 FMT 可以在結(jié)腸鏡檢查時(shí)直接施用于結(jié)腸(84-93%的有效率)37,較少情況通過(guò)軟性乙狀結(jié)腸鏡檢查或灌腸38。對(duì)于有腸梗阻、嚴(yán)重結(jié)腸炎或結(jié)腸鏡檢查禁忌癥的患者,可以通過(guò)鼻腸管、食管胃十二指腸鏡檢查或膠囊攝入來(lái)實(shí)施 FMT(圖 2)38。 膠囊遞送是 FMT 的最新施用方式,這似乎有利于那些反對(duì)通過(guò)胃腸道通路,或與結(jié)腸鏡檢查的機(jī)構(gòu)地理位置相距較遠(yuǎn)的人39。 在 FMT 之前,患者必須做好充分準(zhǔn)備工作,以確保體內(nèi)無(wú)殘留糞便35。如果糞便溶液是通過(guò)結(jié)腸鏡檢查給藥的,接受者通常會(huì)進(jìn)行腸道準(zhǔn)備,以清除預(yù)先存在的細(xì)菌。當(dāng)使用鼻胃管輸送糞便樣本時(shí),可以提前給質(zhì)子泵抑制劑,以增加移植細(xì)菌的存活率(圖2)40。 糞便微生物群移植的不良反應(yīng) 總的來(lái)說(shuō),F(xiàn)MT 是一種安全有效的治療方法,副作用有限。最近的許多大型研究證實(shí),最有可能發(fā)生的輕微不良事件主要為腹瀉、便秘、腹部不適、腹脹和瞬態(tài)低燒等,但會(huì)在數(shù)天至數(shù)周內(nèi)消退。此外,還有一些罕見(jiàn)的嚴(yán)重副作用,如高燒,IBD 病情惡化,感染、敗血癥,腸道病原體傳播,穿孔,出血,巨細(xì)胞病毒再激活及肺炎41,這些與內(nèi)窺鏡檢查和鎮(zhèn)靜有關(guān)(圖 2)。 在一些病例報(bào)告中,F(xiàn)MT 與某些疾?。ㄈ珙?lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、特發(fā)性血小板減少性紫癜和周?chē)窠?jīng)病變)之間可能存在某種聯(lián)系42。操作者應(yīng)在手術(shù)前告知接受者 FMT 潛在的不良反應(yīng)。 FMT修復(fù)AD患者腸道菌群 通過(guò) FMT 恢復(fù)腸道菌群組成和調(diào)節(jié)菌群失調(diào)可能是治療各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的有效方法,但當(dāng)前的證據(jù)依然有限。 在 Zhan 等人進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,小鼠首先接受連續(xù) 14 天的廣譜抗生素治療。隨后,作者將來(lái)自衰老加速小鼠易感型 8(SAMP8)或抗衰加速小鼠 1(SAMR1)小鼠的糞菌移植到偽無(wú)菌(pseudo-germ-free)小鼠中,結(jié)果他們觀察到,接受了來(lái)自 SAMR1 小鼠的偽無(wú)菌小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力得到改善43,而接受 SAMP8 小鼠糞菌移植的則沒(méi)有。 Yu 等人分別使用了有和無(wú)認(rèn)知功能惡化的糖尿病小鼠,并將無(wú)認(rèn)知功能障礙小鼠的糞菌移植到偽無(wú)菌小鼠的腸道中。他們注意到宿主 Morris 水迷宮性能指數(shù)的顯著改善,該影響與宿主腸道微生物的 β 多樣性及相對(duì)豐度變化有關(guān)44。 此外,Dodiya 等人證明將糞便菌群從沒(méi)有使用過(guò)抗生素的 AD 雄性小鼠移植到抗生素處理過(guò)的 AD 雄性小鼠(年齡和性別相匹配)中后,后者重構(gòu)了腸道細(xì)菌,并部分修復(fù)了 Aβ 病理學(xué)和小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)。 他們?cè)诳股刂委熯^(guò)雄性小鼠中,觀察到抗炎細(xì)胞因子(例如 IL-10)的表達(dá)相對(duì)較高,而促炎細(xì)胞因子(包括 IL-1B、IL-2、IL-3、IL-17A、LIX(CXC5)、RANTES(CCL5),以及 CD30 和 CD40 的表達(dá)較低45。 Fuji 等人通過(guò)將來(lái)自健康人和 AD 患者的糞便樣本移植到無(wú)菌小鼠身上,構(gòu)建了人源化小鼠模型。他們注意到從 AD 患者移植的腸道菌群顯著地影響了小鼠行為。此外,他們還注意到移植了 AD 患者菌群的小鼠糞便中與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的代謝物,包括 γ-氨基丁酸、牛磺酸和纈氨酸的表達(dá)量較低46。 最近,Sun 等人使用 APPswe/PS1dE9 轉(zhuǎn)基因(Tg)小鼠模型表明,F(xiàn)MT 可以減少 Aβ 的腦沉積,并降低 tau 蛋白的磷酸化、Aβ40 和 Aβ42 的水平。此外,在 Tg 小鼠中也觀察到認(rèn)知功能的改善和突觸可塑性的增加,進(jìn)一步證明了 FMT 是 AD 的潛在治療策略47。 Hazan 在 2020 年報(bào)告了一名 82 歲的 AD 患者病例,他從他 85 歲的妻子那里接受了一次 FMT,結(jié)果,他的艱難梭菌感染癥狀在隨后的兩個(gè)月內(nèi)消退了。此外,經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的 FMT,患者的簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查(MMSE)評(píng)分從 20(輕度認(rèn)知障礙)增加到 26(認(rèn)知功能正常),四個(gè)月后得到進(jìn)一步改善(MMSE 評(píng)分為 29)48。 Holsinger 等人將野生型供體的糞菌移植給了 5XFAD 小鼠。7 天后,5XFAD 小鼠的空間和識(shí)別記憶得到改善,淀粉樣蛋白病理減少,展示了 FMT 治療 AD 的功效49。 FMT與其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病 PD(帕金森癥)是一種進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病,主要影響大腦特定區(qū)域(稱(chēng)為黑質(zhì))中產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元。PD 患者可能會(huì)出現(xiàn)靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肢體僵硬、步態(tài)和平衡問(wèn)題。 Sun 等人使用 PD 小鼠模型證明腸道菌群失調(diào)參與 PD 發(fā)病機(jī)制。來(lái)自健康小鼠的 FMT 可改善 PD 小鼠運(yùn)動(dòng)功能,增加其紋狀體神經(jīng)遞質(zhì),并減少其神經(jīng)炎癥50。 Zhou 等人的另一項(xiàng)研究注意到接受了來(lái)自正常小鼠糞菌的 PD 小鼠的多巴胺水平增加51。 MS(多發(fā)性硬化)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病,當(dāng)免疫系統(tǒng)攻擊神經(jīng)的保護(hù)層,就會(huì)破壞大腦和身體之間的交流。有研究表明,繼發(fā)性進(jìn)展性 MS 并伴隨復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染患者在僅接受 FMT 治療后,不僅解決了復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染,還在長(zhǎng)達(dá) 10 年的時(shí)間內(nèi)有效阻止了 MS 的發(fā)展52。 Li 等人使用實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(一種 MS 小鼠模型)進(jìn)行了一項(xiàng)研究。他們觀察到 FMT 可以糾正失衡的腸道菌群,并保護(hù) BBB、髓鞘和軸突,還可以減少小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化,從而表明 FMT 或可作為 MS 潛在的有效療法53。 結(jié)論 健康腸道菌群組成可能會(huì)因營(yíng)養(yǎng)、藥物、生活方式、地理位置、壓力和飲食習(xí)慣而改變。腸道菌群的失衡會(huì)影響 AD 的發(fā)生和進(jìn)展。因此,使用飲食干預(yù)、益生菌和 FMT 調(diào)節(jié)腸道菌群是當(dāng)前針對(duì) AD、PD 和 MS 等各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的前瞻性方法。 目前,F(xiàn)MT 臨床應(yīng)用的基本原理仍然基于少數(shù)病例報(bào)告和動(dòng)物模型。越來(lái)越多的證據(jù)表明,含有患者所需細(xì)菌的膠囊對(duì)患者來(lái)說(shuō)是一種更舒適的方式,未來(lái)可能會(huì)取代 FMT。為了全面了解 FMT 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用,我們需要進(jìn)行更大規(guī)模的隨機(jī)雙盲試驗(yàn)。 參考文獻(xiàn) (滑動(dòng)下方查看) 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來(lái)自: mingxiaozi > 《現(xiàn)代醫(yī)學(xué)》