高分综述：微生物群治疗炎症性肠病的未来方向

健康 2024-12-25 17:55 四川

长久以来，人们认为肠道菌群与IBD的发病和疾病进展互为因果，遗传关联研究已发现IBD中与微生物-宿主相互作用和微生物驱动炎症相关的多个基因，同时观察到了IBD患者肠道菌群组成的改变。此外，许多结肠炎小鼠模型是通过改变肠道菌群来诱导疾病的，但目前尚无直接针对肠道菌群的治疗方法获批。当前IBD主要的治疗手段是生物制剂和小分子药物，通过阻断炎症途径或者免疫细胞迁移来限制炎症，从而限制组织损伤和疾病进展。虽然这些治疗方法给大多数患者带来了持久的缓解，但过去十年来，整体的治疗上限仅仅是略有增加。

粪菌移植 (faecal microbiota transplantation, FMT) 在治疗复发性艰难梭菌感染中已有成效，加上新一代测序技术的出现，微生物组领域不断扩大，人们对IBD微生物组疗法重新产生了兴趣。大多数IBD的微生物组治疗临床研究都是通过FMT治疗以诱导溃疡性结肠炎的临床缓解，并在8-12周后进行评估。在一项涉及300多名参与者的5项溃疡性结肠炎的FMT随机对照试验 (RCT) 中，接受FMT治疗的患者的平均反应高于接受安慰剂治疗的患者，总体缓解率分别为30.7%和9.6%，且5项试验中有4项显示 FMT与安慰剂相比具有显著益处。

要继续推进微生物群疗法进入IBD III期试验，需要解决的主要挑战包括：探索最适合IBD的微生物群疗法；提高生产的严谨性和规模；确定有效剂量；改进试验分析以量化微生物菌株的植入、受体微生物群的菌株水平，了解受体生理学的变化和作用机制。

本文以IBD中微生物群疗法的现状、为改进近期试验获得的经验教训，以及微生物群疗法推进成为获批的IBD疗法所需要解决的挑战进行了详细阐述。

治疗艰难梭菌感染的微生物群治疗方案

为治疗复发性艰难梭菌感染而批准的微生物群疗法可为IBD的药物开发路径提供信息。最初的研究主要集中在粗过滤的粪便浆液上，按重量给药，通过结肠镜或鼻胃途径给药。在这些方案中，个体首先被给予标准护理抗生素 (主要是万古霉素或非达霉素)，这些抗生素能够抑制艰难梭菌菌株和受体的微生物群，为新微生物群的植入创造空间。通常，个体在进行FMT之前将进行肠道准备，以进一步消耗艰难梭菌和受体移植前的微生物群，同时也冲洗掉残留的抗生素，之后将粪便浆液注入十二指肠或回肠末端或右结肠。FMT在复发性艰难梭菌感染中取得了很大的成功，单次或几次剂量导致高达92%的复发性或难治性艰难梭菌感染患者得到了临床缓解，由于FMT供体库的制备方法存在许多微小差异，因此很少需要优化或更定量的细菌生存能力剂量指标。

为了尽量使用侵入性较小的给药途径，口服和灌肠的FMT制剂已被开发，灌肠也是一种自然的侵入性较小的该药方式。美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的首个治疗复发性艰难梭菌感染的粪便移植药物RBX2660 (Rebiotix, Roseville, MN, USA) 是一种灌肠给药的产品，这也说明灌肠给药的方式是成功的。口服胶囊制剂也已被证明是成功的，其疗效不亚于内窥镜给药，同时提供了侵入性最小的给药机制。FDA批准的第二种用于治疗复发性艰难梭菌感染的粪便产品SER-109 (Seres Therapeutics, Cambridge, MA, USA) 表明，用乙醇处理粪便后残留的孢子部分的口服制剂是有效的。

与基于粪便的产品相比，明确的微生物群疗法有几个优势，包括成分已知使得安全性提高，显著降低了藏匿病原体的风险，消除了耗时且昂贵的FMT供体筛选，以及标准化产品的可扩展制造。如果这些疗法在后期临床试验中证明是成功的，那么明确的微生物群疗法应该为制造商、临床医生和患者提供最佳解决方案。

尽管许多给药途径、剂量和配方对治疗复发性艰难梭菌感染有效，但从试验中获得的一些见解可以为IBD的微生物群治疗提供信息。一项对26项研究 (8项随机对照试验) 的系统综述显示，结肠镜下的FMT治疗复发性艰难梭菌感染优于灌肠或鼻胃管，但与口服胶囊治疗相似，这表明结肠镜检查是治疗复发性艰难梭菌感染的金标准，口服胶囊是微生物群干预的未来 (图1)。

图1 微生物群治疗IBD给药途径的益处和挑战。主要的给药途径包含鼻胃管、口服胶囊、灌肠和结肠镜。在所有途径中，尽管灌肠的效果稍差，但诱导临床缓解较为可靠。由于低侵入性，胶囊和灌肠都非常适合维持剂量，而只有胶囊较为方便应用。鼻胃管和结肠镜检查是可靠的，因此仍然适用于诱导治疗

图源：参考文献 [1]

RBX2660和SER-109获得治疗复发性艰难梭菌感染的许可，代表全FMT和部分FMT产品类型。然而，两者都依赖于捐赠者的粪便，这限制了它们的标准化，并推高了商品的成本。尽管提出有效效力的具体界限是困难的，在复发性艰难梭菌感染的成功试验中，通常以1×10¹⁰到1×10¹² CFU的剂量给予治疗 (图2)。

图2 不同试验的效力差异。在溃疡性结肠炎和复发性艰难梭菌感染的微生物群治疗的临床试验中，日剂量 (A) 和累积剂量 (B) 各不相同。目前，CFU是微生物群疗法最具有产品效力的指标，提供了产品内活细胞的可靠信息，且评估工具简单。对于溃疡性结肠炎试验，按克而不是按CFU给药，将粪便的克数转换为估计的CFU计数，即每克粪便使用1×10¹⁰ CFU溃疡性结肠炎的累积剂量。

图源：参考文献 [1]

微生物群治疗IBD的现状

与复发性艰难梭菌感染一样，微生物群疗法在IBD治疗中的应用遵循了测试各种给药途径和给药方案的路径。另外，灌肠的治疗手段在溃疡性结肠炎中已有更广泛应用，与复发性艰难梭菌感染相比，试验通常在8 - 12周的诱导期内提供多次剂量，导致累积剂量更高。

在复发性艰难梭菌感染的IIII期试验中，标准护理抗生素预计将在大约60%的个体中成功，而微生物群治疗或抗艰难梭菌毒素B抗体将成功率提高到70-90% (优势比 [odds ratio, OR] 1.5-6.0)。在溃疡性结肠炎的生物制剂诱导试验中，接受生物制剂治疗的15-30%的患者得到临床缓解，而接受安慰剂的患者仅为5-10% (OR 1.5-6.0)。FMT治疗的重点是轻度至中度IBD，在慢性复发的疾病中，患者的特征变化更大，评估的结果比复发性艰难梭菌感染的结果标准化程度更低。尽管存在这些问题，FMT在IBD (尤其是溃疡性结肠炎) 中的试验已经为一种可能对现有药物具有补充作用机制的模式奠定了有希望的基础，并有可能打破IBD治疗的天花板。

五个最大的溃疡性结肠炎RCT

目前已经发表了五项针对轻度至中度溃疡性结肠炎患者的大型RCT，为未来的试验奠定了坚实的基础。在一项II期双盲随机对照试验 (double blind RCT, TURN) 中，包含50名患有轻度至中度溃疡性结肠炎的参与者，分组进行健康供体FMT与自体FMT。在接受健康供体FMT治疗的23例患者中，有7例 (30.4%) 在第12周达到临床缓解，而接受自体FMT治疗的25例患者中有5 例 (20.0%) 达到缓解终点 (p=0.51)。

另一项II期RCT包含70名轻度至中度溃疡性结肠炎的参与者，每周一次通过灌肠给予FMT或安慰剂，持续6周，在第7周的临床和内窥镜缓解，36名接受FMT治疗的参与者中有9名 (25%) 达到缓解，这一比例明显高于安慰剂 (2名[6%]，p=0.03)，接受FMT治疗的参与者的微生物群多样性高于安慰剂组。

在一项II期试验中，用联合供体FMT或安慰剂治疗了85名患有活动性溃疡性结肠炎的参与者，他们通过结肠镜检查进行肠道准备，随后每周进行5次灌肠，持续8周。FMT组41名参与者中有11名 (27%) 达到缓解，而安慰剂组40名参与者中有3 (8%) 达到了缓解(p=0.021)。在FMT后，特定微生物群 (梭杆菌和沙特尔菌) 的微生物群多样性增加并持续了8周，与低缓解相关。

在对73名轻度至中度溃疡性结肠炎患者进行了一项随机对照试验中，参与者通过结肠镜接受厌氧制备的联合供体FMT或好氧制备的单供体自体FMT，随后进行两次灌肠，持续7天，进行肠道准备。12个月后进行评估，38名接受供体FMT的参与者中有12名 (32%) 达到了主要结果，而35名接受自体FMT的参与者中有3名(9%) 分别在第8周 (p=0.03) 达到了主要结果结局，12名患者中有5名 (42%) 在12个月后保持缓解。Haifer及其同事在35名轻度至中度溃疡性结肠炎患者中测试了口服冻干性FMT。在8周的诱导期给予冻干FMT胶囊或安慰剂胶囊，其中2周的抗生素预处理。患者先服用6粒胶囊，每日4次，连续1周；再服用6粒胶囊，每日2次，连续1周；再服用6粒胶囊，每日1次，连续6周。应答者以应答者按1:1的比例分配至继续或停止治疗组进行额外的48周治疗。在诱导阶段，接受冻干FMT胶囊治疗的15名参与者中有8 (53%) 达到了缓解，而安慰剂组的20名参与者中有3名 (15%) 达到缓解 (p=0.027)。在维持期，100%继续治疗的应答者在56周内保持缓解 (n=4)，而停止治疗的应答者为0% (n=6)。

克罗恩病的首次试验：一个充满希望的开始

目前两项针对克罗恩病的RCT显示，FMT在诱导和维持缓解方面十分有希望。Yang和他的同事们用两个FMTs间隔一周治疗了27名轻中度结肠性克罗恩病患者，比较了通过结肠镜和胃镜给药的FMT疗效。患者进行了肠道准备，但在给予FMT之前未接受抗生素治疗。8周时，所有27名参与者中有18人 (66.7%) 达到临床缓解，两种给药途径之间无显著差异。在一项小型安慰剂作对照的随机对照试验中，Sokol及其同事治疗了17例结肠或回结肠克罗恩病患者，这些患者在接受FMT或安慰剂的皮质类固醇治疗后获得缓解。参与者在通过结肠镜检查进行肠道准备后接受治疗。FMT组在第10周的缓解率高于安慰剂组，尽管这没有统计学意义 (p= 0.23)。在第24周，FMT组的4名参与者(50.0%)和安慰剂组的3名参与者 (33.3%) 达到临床缓解。

微生物群治疗IBD的批准基础

在IBD中， FMT的临床效果可能受到诸多操作细节的影响，包括但不限于供体特征、是否进行肠道准备或使用抗生素、样本制备方式与剂量，以及给药途径和频率。IBD微生物群治疗的开发也将从制备和剂量前的特性标准化以及治疗后的浓度量化中获益。对于几乎所有药物来说，剂量都是关键。早期临床试验的重点是找到既能达到疗效又不会因过量而引起不必要不良事件或增加成本的平衡点。在微生物治疗领域，FMT研究中的剂量主要根据供体粪便的重量来决定，而每项研究通常只测试一种重量。健康供体粪便每克的菌落形成单位 (CFU，作为活细胞或效力的替代指标) 可能有十倍以上的差异，而制备粪便匀浆的加工方法会进一步减少这种初始效力一个或多个数量级。

一项关于克罗恩病FMT的荟萃分析还发现，抗生素预处理和多次剂量是影响成功率的主要变量，而产品类型 (冷冻与新鲜) 则没有显著差异。总之，FMT研究应明确其活性成分 (通常以CFU或类似指标表示)，并为所有接受者提供相同数量的活性成分。更快速、可靠的微生物治疗分析技术将极大地促进该领域的发展。如果目标是定植于接受者体内，那么抗生素预处理似乎有帮助。剂量、给药途径和预处理的组合将决定有多少活性微生物能够有效到达肠道并完成定植 (图3)。

图3 微生物群治疗IBD的过去和未来。5项II期随机对照试验的重点是诱导轻度至中度溃疡性结肠炎患者的缓解，治疗组的缓解率为30.7%，安慰剂组的缓解率为9.6%。FDA获批的两种治疗复发性艰难梭菌感染的微生物群疗法可为IBD药物批准的途径提供信息。

图源：参考文献 [1]

现有药物的另一特点是活性成分通常具有定义明确的成分。对于微生物群治疗，仅在体外制造的特定菌群 (如MET-2、VE303和SER-301)符合这一标准。然而，全谱或分馏的粪便匀浆在菌株组成上可能会因供体而产生变化。由于我们尚不清楚在FMT中，具体菌株是否重要，还是多样性、常见代谢物或物种组成等更广泛的特征才是成功的驱动因素，因此，针对溃疡性结肠炎的微生物群治疗试验应在可能的情况下直接设计测试所有这些可能性，或者进行全面的样本收集以供日后分析。此外，FMT试验若能使用少量供体并将粪便匀浆分配给多位患者，同时确保每位供体的受试者人数相近，将会大大受益 (图4)。

在IBD中，生物制剂的疗效不仅从优化初始剂量，而且反复测量受试者体内的药物浓度，并在治疗药物监测下达到特定浓度阈值中获益。通常，微生物群治疗研究会伴随分析受试者在用药前后的肠道微生物群。然而，大多数研究主要关注属和物种的组成及微生物群落的总体参数如多样性和微生物密度。尽管这些研究在复发性艰难梭菌感染的背景下具有启发性，但在IBD中，由于微生物群紊乱的状态较少且不明显，解读这些研究结果的难度更大。

在过去十年中，已有多种工具被开发出来以比较不同微生物群中的菌株组成。最为具体的方法是识别供体或特定菌群中菌株已知基因组的独特或罕见区域，然后在受试者的微生物群中检测这些区域。这些方法对受试者中相同物种的菌株存在很强的适应性，能够追踪同一物种的多个菌株，并将每种菌株作为独立单位进行跟踪。这些方法在FMT研究中的主要限制在于需要分离菌株并对其基因组进行测序。单细胞测序方法或高质量的宏基因组装基因组的应用可以克服这些限制。

另一种在FMT研究中非常有用的菌株追踪算法是使用宏基因组识别物种组成，并通过基因组变异推断每个物种的主要菌株。这些更严格的菌株追踪方法的应用或开发可以帮助微生物群治疗领域获得关于组成和作用机制的关键知识 (图3)。

图4 FMT试验设计建议。基于FMT的微生物群疗法的临床试验中获得的信息取决于研究设计。混合供体粪便来源使下游分析变得复杂，难以确定与益处相关的微生物群的相关部分。单个、不同的粪便来源导致更清晰的研究结果，特别是当少数供体向多个受者提供粪便时，以便调查供体微生物群特性与临床结果之间的统计关联。

图源：参考文献 [1]

IBD微生物群治疗的未来方向

尽管微生物群治疗IBD的早期RCT已表现出广阔的前景，但这种方法从II期临床试验发展到更大规模的临床试验并最终获得批准仍然面临几个主要障碍。具体来说，需要确定正确的组合物、配方、诱导和维持剂量，以及受益最大的患者群体。微生物群治疗可能补充现有治疗方案，分别是在轻度至中度溃疡性结肠炎中美沙拉胺失败的生物制剂选择；在强效免疫抑制药物 (如类固醇或JAK抑制剂) 诱导后的维持药物；以及与现有药物联合治疗，以可能打破IBD的治疗上限。

在复发性难辨梭菌感染中，单次结肠镜检查、灌肠给药或短期每日口服就足以预防复发；而在溃疡性结肠炎的治疗中，需要在8至12周的诱导期内多次给药。在给药途径方面，应优先考虑口服制剂，以便于简化试验安排，提高患者依从性和接受度，并加快研发进程。受者的剂量应根据效力 (如CFU等指标) 而不是粪便固定重量来规范，以减少执行负担。旨在确定最低有效剂量的试验可以显著降低FMT或特定微生物群疗法的成本和劳动力，并允许进行更长时间的研究。向标准化联合体的转变也将有助于生产充足材料以降低每剂成本，推动更大规模和更长时间的试验。

未来IBD微生物群治疗试验的一个重要目标是确定维持疾病缓解的最低剂量。对诱导溃疡性结肠炎缓解的FOCUS试验和FMT诱导及维持缓解的LOTUS试验的随访分析显示，在停止FMT治疗后个体更易出现疾病复发。

尽管微生物群疗法可能与现有的免疫调节性IBD药物具有正交作用机制 (因此适合联合治疗)，但此方面的文献相对缺乏，因为现有的微生物群疗法随机对照试验中使用生物制剂的参与者人数过少，无法评估联合效果。未来试验将从足够数量的联合治疗测试中获益，以明确生物制剂和微生物群疗法的联合是否比单用生物制剂更有效。

微生物群治疗的作用机制可能是多方面的，包括增加宿主微生物和代谢多样性、降低兼性厌氧菌的丰度及负面影响、去殖民病原体、改善屏障功能和提高免疫耐受性。尽管许多针对溃疡性结肠炎的大型FMT试验在临床和内窥镜上评估了FMT的效果，但分析主要集中在接受者的微生物群，而在较小研究中，只有少量评估了宿主与反应或无反应相关的分子和细胞特征。不断发展的多重检测方法 (包括对IBD评估系统细胞因子、上皮和固有层群体单细胞变化的检测，T、B细胞的单细胞评估，及受体微生物群变化的菌株水平量化) 有可能加深我们对作用机制的理解，提供分子替代标志物，帮助更好地识别药物反应和无反应情况，以为个性化治疗做准备。此外，对微生物群疗法作用机制的深入研究将有助于确定其与生物制剂或小分子药物的组合策略，从而为现有药物无法有效阻止或逆转疾病进展的患者提供替代选择。

致谢

北京大学第一医院文语晨

浙江大学医学院附属第二医院孙誉郝

中南大学湘雅三医院陈杰

中南大学湘雅三医院王晓艳

对本篇文章解读做出的贡献

参考文献

[1] Bethlehem L, Estevinho MM, Grinspan A, Magro F, Faith JJ, Colombel JF. Microbiota therapeutics for inflammatory bowel disease: the way forward. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2024;9(5):476-486. doi:10.1016/S2468-1253(23)00441-7

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