影響菌群移植效果的因素研究

伊麗娜，楊 勤

（1.南京中醫(yī)藥大學，江蘇 南京 210000;2.南京中醫(yī)藥大學附屬南京中醫(yī)院脾胃病科，江蘇 南京 210001）

人類腸道中有大量維持胃腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的微生物，包括細菌、病毒、真菌、古生物和真核生物。研究表明[1-3]，腸道微生物群通過參與免疫和代謝功能的調(diào)節(jié)，在人類健康和疾病中發(fā)揮著至關重要的作用。腸道微生物群的組成因個體而異，腸道微生物數(shù)量和組成的變化，即菌群失調(diào)，會導致一系列疾病的出現(xiàn)[4]，如復發(fā)性艱難梭菌感染（recurrent clostridium difficile infectio，rCDI）、炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）、腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）、肝性腦病、代謝綜合征等。菌群移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）是將健康人糞便中的功能菌群通過一定方式移植到菌群失調(diào)患者腸內(nèi)，以調(diào)節(jié)腸道菌群，重建具有正常功能的腸道微生態(tài)系統(tǒng)，達到對腸內(nèi)腸外疾病的治療或輔助治療的目的[5]。FMT 的潛在機制包括供體和受體腸道微生物群之間的直接相互作用或競爭以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)、供體微生物群對宿主免疫的影響以及微生物群對宿主代謝和生理的影響[6]。葛洪所著《肘后備急方》：“人糞絞汁，飲數(shù)合至一二升，謂之黃龍湯，陳久者佳”。研究表明[7]，F(xiàn)MT 是一種很有前途的治療策略，被公認為是針對復發(fā)/難治性艱難梭菌感染的高效治療方法，可治愈90%的艱難梭菌感染。但在IBD、IBS和代謝綜合癥等復雜疾病中，其功效仍不明確。目前認為，有多種因素會影響FMT 的治療效果。為此，本文對影響FMT 臨床應用的因素進行綜述。

1 供體糞便中的關鍵菌群

1.1 CDI 《亞太消化病學協(xié)會（APAGE）和亞太消化內(nèi)鏡協(xié)會（APSDE）聯(lián)合文獻》中提出了CDI 供體糞便的相關建議，指出CDI 供體糞便應為擬桿菌門與厚壁菌門比例平衡，白念珠菌豐度低，并且供體糞便尾狀病毒豐度高于受體糞便，具備上述條件的供體糞便有進一步提高FMT 功效的可能[6]。

1.2 IBD Vermeire S 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）中，供體中較高的菌群基線豐度與FMT 的成功有關，并且發(fā)現(xiàn)玫瑰白僵菌（Roseburia）和顫桿菌克屬（Oscillibacter）具有特異性，是可能導致UC 緩解的標志細菌。另有研究發(fā)現(xiàn)[9]，霍氏真桿菌（Eubacterium hallii）和玫瑰白僵菌（Roseburia inulivorans）的相對豐度增加與陽性臨床結果最強且最一致。功能分析表明，真桿菌和玫瑰白僵菌有助于增加有益的代謝途徑，如霍氏真桿菌通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸維持微生物代謝健康和體內(nèi)平衡。既往關于FMT 與維持克羅恩?。╟rohn disease，CD）緩解之間的研究發(fā)現(xiàn)[10]，放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）和擬桿菌門（Bacteroidetes）的移植與未來疾病復發(fā)之間存在顯著相關性。放線菌的植入和變形菌的植入或丟失對疾病的結果產(chǎn)生積極的影響。擬桿菌門的植入則負向影響疾病的結局。微生物群在IBD 的發(fā)病和持續(xù)過程中起著重要作用，該病的特點之一就是微生物組成發(fā)生了改變，通過FMT 補充UC 和CD 患者腸道中缺失的關鍵菌群可能是誘導疾病好轉的關鍵一步。

1.3 其他疾病 El-Salhy M等[11]發(fā)現(xiàn)供體菌群中鏈球菌，多爾氏菌，乳桿菌和瘤胃球菌科的豐富與緩解IBS 癥狀有關。Mizuno S 等[12]研究指出，供體糞便中雙歧桿菌屬的豐度與FMT 治療IBS 的功效有關，但患者雙歧桿菌的增加與FMT 的療效無關。在一項針對肥胖的多供體FMT 雙盲隨機對照實驗中指出[13]，最有效的移植供體應具有較高的Prevotella/Bacteroides（P/B）比和持續(xù)轉移的普氏菌種類，普氏菌的移植提高了FMT 受體的P/B 比率，有效地切換了受體的微生物腸型。在一項關于肝性腦病的FMT 研究中指出[14]，應選擇富含瘤胃球菌科、雙歧桿菌科和乳酸桿菌科的供體糞便，這三類菌群的增加有助于認知功能的整體改善和可能預防肝臟相關的疾病。

由于腸道菌群的組成因人而異，不同供體提供的糞便所含微生物的數(shù)量和組成各異，考慮到年齡的增長與腸道菌群的改變有關[15]，所以貢獻者當對應年輕個體，最好是小于50 歲[16]。有學者提出超級供體的概念，超級供體是與常規(guī)供體的糞便相比，糞便更易導致FMT 成功的捐助者[17]，超級供體具有顯著更高的細菌豐富度和多樣性，來自Moayyedi P 等[18]研究確定的超級供體，其腸道富含瘤胃球菌科和毛螺菌科。上述的研究表明，某些關鍵菌群如玫瑰白僵菌、擬桿菌門、變形菌門、厚壁菌門、鏈球菌、雙歧桿菌及瘤胃球菌等對FMT 移植療效有著顯著的影響。今后應重點關注相關菌群并做更多高質量的隨機對照研究。

2 受體的腸道菌群、免疫狀態(tài)及飲食習慣

FMT 的療效可以通過仔細篩選供體中的菌群來提高，但受體的腸道菌群在FMT 成功中的作用也不可忽視，受體微生物多樣性和受體微生物群中特定物種的存在都會影響FMT 的植入。在UC 中，F(xiàn)MT 前受體糞便和粘膜微生物群的豐富與積極的治療結果相關，梭桿菌和梭狀桿菌的豐富與FMT 失敗相關[9，19]。在CD 中，F(xiàn)MT 失敗與基線時受體微生物群中不同類型的γ-蛋白桿菌（如克雷伯氏菌、放線桿菌和嗜血桿菌）的富集有關[20]。對FMT 有反應的IBS 患者中的鏈球菌種類基線豐度和微生物群多樣性均高于無反應者[21]。除細菌外，真菌以及受體微生物群中的真核和原核病毒對FMT 后新的共生群落的建立和治療效果也有作用[22]。

受體的免疫與飲食也會影響FMT 植入和長期維持。有研究表明將大量微生物轉移到一個上皮屏障被破壞的發(fā)炎的腸道可能是有害的，并且會加劇炎癥和促進細菌移位[23]。因此，在FMT 之外使用免疫抑制劑治療可能有助于減輕新轉移微生物群的免疫壓力，避免對腸道組織的額外損害。環(huán)境影響腸道微生物群的組成，其中飲食習慣，也可能對FMT的成功起著重要作用。飲食干預對CD 有很好的治療效果[24-26]，并有助于在IBD 和非IBD 的情況下維持FMT 后的最佳微生物生態(tài)系統(tǒng)。采用富含纖維的“微生物群保護”飲食，并且在FMT 后減少超加工食品的攝入量也是有益的[23]。

3 給藥途徑

FMT 可以通過下消化道途徑（保留灌腸，結腸鏡檢查），上消化道途徑（內(nèi)窺鏡或鼻胃管，鼻十二指腸管或鼻腸管）或膠囊（包含冷凍的FMT 或凍干的糞便）進行遞送。不同的給藥途徑對FMT 的效果有著很大的影響。研究顯示[27]，與通過上消化道途徑給藥相比，F(xiàn)MT 通過結腸鏡給藥對復發(fā)性CDI 的療效可能更具優(yōu)勢?！栋拇罄麃嗞P于糞便微生物群移植在臨床實踐中的監(jiān)管、生產(chǎn)和使用的共識聲明》也建議CDI 通過下消化道或膠囊化療法進行FMT 給藥，以避免出現(xiàn)糞便性嘔吐和誤吸的風險[28]。《菌群移植途徑的選擇與建立臨床應用中國專家共識》推薦IBS 患者首選腸鏡或鼻腸管行FMT，不推薦首選膠囊或其他途徑[5]。對IBD 來講，F(xiàn)MT 輸注的給藥方案仍然標準化程度不高，最佳途徑尚不確定。Para msothy S 等[29]的研究顯示了UC 下消化道給藥的優(yōu)越性。在CD迄今為止僅有的一項隨機對照實驗是通過結腸鏡的操作通道一次性給藥，觀察到FMT 組的臨床緩解率高于假手術組，并且FMT 組在CDEIS（克羅恩病內(nèi)鏡嚴重程度指數(shù)）和CRP 水平方面均優(yōu)于假手術組[20]。上述研究顯示，F(xiàn)MT 通過下消化道給藥較其他給藥途徑安全性更高，更具優(yōu)越性，在FMT 今后的臨床應用中，可首先考慮使用下消化道給藥途徑。

4 抗生素預處理

從概念上來講，抗生素預處理通過釋放被占用的生態(tài)位，有助于為供體微生物的移植提供空間，使得移植菌更容易定植于腸道內(nèi)，并與致病菌產(chǎn)生競爭作用[30]。Ji SK 等[31]在FMT 前對小鼠進行了抗生素預處理、腸道清潔與未預處理的比較證明，F(xiàn)MT 的有效性取決于供菌移植時受體的生態(tài)位數(shù)量。并且發(fā)現(xiàn)抗生素預處理是通過增加供體微生物定植來增強宿主腸道微生物群重編程的有效策略。Freitag TL 等[32]的研究雖表明小鼠FMT 前的抗生素預處理對供體微生物整體移植的影響很小，但發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌在接受過抗生素預處理的受體中含量更高，雙歧桿菌作為益生菌具有抗炎和改善腸道屏障的作用[33]，在受體中含量的上升也有助于提高FMT的療效。但事實上，關于FMT 所需的最佳抗生素方案、哪些生態(tài)位應作為FMT 再定植的目標以及潛在利益是否超過抗生素耐藥性等問題仍然存在。了解抗生素預處理提高FMT 治療效果的潛在機制并確定最合適的抗生素方案，需要進一步設計隨機對照試驗進行深入研究。

5 糞便材料的制備

5.1 冷凍糞便與新鮮糞便 冷凍方法、冷凍的持續(xù)時間、糞便材料的儲存溫度都會對糞便中的菌群產(chǎn)生影響，進而影響冷凍FMT 的療效。糞便在-20 ℃冷凍保存1 個月以上，對放線菌門、擬桿菌門和鐵桿菌門的腸道定植能力有統(tǒng)計學意義的減弱[34]。與1 個月-20 ℃保存相比，糞便的短期冷凍保存在冷凍FMT 中表現(xiàn)出穩(wěn)定的腸道定植能力。并且快速冷凍可能更能維持大多數(shù)細菌的生存能力[35]。有研究顯示[35]，冷凍確實會降低移植材料的總體存活率（將總體存活率降低到25%左右），但這種影響相對有限，存活的微生物群組成與新鮮的標本沒有顯著差異。在加拿大進行的一項通過灌腸給藥的隨機對照試驗中[36]，對復發(fā)性CDI 患者進行了冷凍FMT 和新鮮FMT 的比較，其結論是兩種糞便類型的療效相似（冷凍FMT 組75.0%，新鮮FMT 組70.3%）。有研究顯示[37]，新鮮和冷凍FMT 制劑之間的臨床緩解率沒有顯著差異。以上研究顯示使用冷凍糞便與新鮮糞便療效未見明顯差異，但與新鮮FMT 相比，冷凍FMT 可以根據(jù)需要提供大便，也能在緊急的臨床情況下使用，因此可能更具優(yōu)勢。

5.2 厭氧制備與需氧制備 人類腸道中的許多細菌種群是專性或兼性厭氧菌，其生存能力可能取決于FMT 制備方式[11]。氧氣暴露會導致許多專性厭氧細菌共生體的快速死亡[38]。受氧暴露影響最大的專性厭氧菌種包括普拉梭菌、罕見小球菌、直腸真桿菌及霍氏真桿菌，是合成丁酸的主要貢獻者[39]。丁酸是一種短鏈脂肪酸，除了是結腸細胞的主要能量來源外，還具有抗炎和抗癌的特性[40]，丁酸的特性決定了合成丁酸菌種存在的重要性。雙歧桿菌屬和擬桿菌屬是短鏈脂肪酸的主要生產(chǎn)者，分別生產(chǎn)醋酸鹽和丙酸鹽，和丁酸鹽一樣是重要的能量和信號分子[41]，在氧暴露后雙歧桿菌屬和擬桿菌屬數(shù)量也會顯著減少。為提高糞便中專性或兼性厭氧菌的成活率，應采用厭氧方式制備FMT 糞便，《歐洲糞便菌群移植臨床實踐共識會議》也建議盡可能采用厭氧儲存和加工[42]。在厭氧豐度較低的腸易激綜合征或炎癥性腸病中，有理由期望樣本的厭氧處理將與FMT 治療這些疾病的成功相關。在FMT 臨床試驗設計中，糞便處理在改變糞便移植成分中的作用被廣泛忽視。在某些臨床環(huán)境中，嚴格遵守無氧大便處理方案可能會增加FMT 的益處。

6 總結

人體和腸道菌群之間的相互作用被認為是一個新的臨床前沿，具有重要的科研價值。目前的臨床研究證實了FMT 治療的有效性，并且證實了其范圍遠遠超出了FMT 的適應證，但FMT 以往的治療方案與研究方法各異，缺乏統(tǒng)一的標準。另外，某些關鍵菌群，如擬桿菌門、厚壁菌門、鏈球菌、玫瑰白僵菌等對FMT 移植療效有著顯著的影響，進行抗生素預處理及使用厭氧制備有提高療效的可能，使用下消化道途徑給藥較其他途徑更具優(yōu)勢。隨著測序技術的不斷發(fā)展和完善以及腸道宏基因組計劃的開展，可在抗生素預處理、IBD 的最佳給藥途徑、關鍵菌群的作用機理等方面進行更加深入的探究，并規(guī)范FMT 治療方案，以期改善FMT 的植入療效并維持長期的臨床緩解。