從“粑粑”到“治病良方”：揭開變廢為寶的新魔法

隨著社會(huì)老齡化加劇、年輕人工作壓力增大，人們罹患的腸道疾病種類和難治程度正發(fā)生著巨大改變：藥物干預(yù)性腸道病變?cè)龆?，慢病合并消化道病變顯著增加，70歲以上老年人合并消化道病變比例高達(dá)32%，腸道外病變?nèi)绨柎暮Ｄ?、帕金森病、抑郁癥合并便秘達(dá)90%。新的“不治之癥”，如自閉癥、炎癥性腸病等在腸道疾病中的比例越來(lái)越高。然而不幸的是，傳統(tǒng)的藥物治療方案沒有迅速適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)腸道疾病譜的改變，出現(xiàn)大量難治性的患者。并且由于抗生素等現(xiàn)代化藥物的使用，新的腸道疾?。ㄈ缑庖咧委熛嚓P(guān)腸炎等）陸續(xù)出現(xiàn)。因此亟需尋找安全、有效、可負(fù)擔(dān)、易實(shí)施的新型治療方案。

腸菌理論引領(lǐng)21世紀(jì)醫(yī)療技術(shù)變革

早在公元前3世紀(jì)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之父希波克拉底就提出“萬(wàn)病始于腸”的科學(xué)理念。最新研究表明，絕大部分慢性疾病，包括便秘、腹瀉、肥胖、抑郁、脂肪肝、自閉癥、心血管疾病、阿爾茨海默病等，都伴隨著腸道菌群的失調(diào)。腸道菌群通過(guò)參與宿主的飲食代謝，產(chǎn)生多種調(diào)控分子，如短鏈脂肪酸、膽汁酸、激素等，調(diào)控人體遠(yuǎn)隔臟器，影響宿主營(yíng)養(yǎng)吸收、免疫響應(yīng)、脂肪存儲(chǔ)、大腦興奮性、血糖水平等。當(dāng)人體腸黏膜屏障缺損時(shí)，腸道菌群還可以直接易位到遠(yuǎn)隔臟器引起局部炎癥，并且參與腸道腫瘤的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移。因此，挖掘腸道菌群與疾病的本質(zhì)聯(lián)系，通過(guò)修復(fù)腸道菌群健康穩(wěn)態(tài)改善疾病癥狀，已成為21世紀(jì)臨床治療的顛覆性策略。

事實(shí)上，早在我國(guó)古代東晉時(shí)期，葛洪所著的《肘后備急方》中便已有腸道菌群治療傷寒的詳細(xì)描述，即“若已六七日熱極，心下煩悶，狂言見鬼，欲起走：絞糞汁，飲數(shù)合至一二升，謂之黃龍湯，陳久者佳”。但是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)靶向腸道菌群大規(guī)模治療疾病的臨床實(shí)踐則起于最近十年，這種療法被稱為“腸菌移植”（ FMT），是將健康人糞便中的功能菌群經(jīng)一定的方式移植到患者腸道內(nèi)，從而調(diào)控腸道微生態(tài)平衡、重建腸道菌群，達(dá)到預(yù)防和治療腸道內(nèi)外疾病的目的。目前該療法已應(yīng)用于超過(guò)80種疾病的臨床治療，尤其是對(duì)一些傳統(tǒng)治療方案無(wú)效的患者可以發(fā)揮奇效（如復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染等），是一項(xiàng)安全有效的新技術(shù)。

上海市第十人民醫(yī)院從2012年便開始進(jìn)行FMT治療探索，目前已累計(jì)治療超過(guò)2萬(wàn)例患者，在國(guó)際上首次提出FMT療法的響應(yīng)規(guī)律：急性腸道炎癥優(yōu)于腸道慢性炎癥，腸道功能性疾病優(yōu)于腸道器質(zhì)性疾病，腸道疾病優(yōu)于腸外疾病，具有腸道癥狀的腸外疾病優(yōu)于沒有腸道癥狀的腸外疾病。具體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)MT治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染，有效率可以超過(guò)90%；治療便秘和腸易激綜合征等腸道功能性疾病，有效率可達(dá)65%左右；治療炎癥性腸病等器質(zhì)性疾病，有效率約為58.4%；治療帕金森病等伴有腸道癥狀的腸外疾病，有效率約為48.3%；治療沒有腸道癥狀的腸外疾病，有效率僅為40.4%。通過(guò)對(duì)8547名患者進(jìn)行5年隨訪，證實(shí)FMT不良反應(yīng)多為短期的、自限性的，主要是腹瀉、惡心嘔吐、因鼻腸管放置引起的不適癥狀。因此，F(xiàn)MT是一種安全、有效的“綠色”治療方案，并且其應(yīng)用領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)迅速拓展，正在引領(lǐng)21世紀(jì)醫(yī)療理念和診療技術(shù)的變革。

揭開腸菌移植療法的神秘面紗

FMT療法由供體、受體、治療方案三部分構(gòu)成，其中有效供體的篩選是決定FMT成敗的關(guān)鍵因素。目前國(guó)際上對(duì)于FMT供體的篩選經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段的理念革新：最初階段，F(xiàn)MT供體篩選標(biāo)準(zhǔn)只有疾病史和用藥史；第二階段，在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了生活史的篩選；第三階段，進(jìn)一步增加個(gè)人史和血液/糞便的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。我國(guó)作為FMT發(fā)源地，對(duì)于供體的篩選標(biāo)準(zhǔn)遵循“五步六維度”的規(guī)則，比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格和規(guī)范，需要綜合性考慮供體的心理、生理、個(gè)人史、穩(wěn)定性、持續(xù)性、食物耐受性，共6個(gè)方面的健康狀態(tài)。按照目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，只考慮年齡、身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、疾病史、用藥史等因素，F(xiàn)MT應(yīng)用的有效率只有42.8%，不良事件發(fā)生率高達(dá)30.7%，甚至包含嚴(yán)重的死亡事件。但是嚴(yán)格遵守“五步六維度”篩選規(guī)則，F(xiàn)MT有效率可以提升至68.7%，不良事件發(fā)生率可以降低至20.1%，且只有輕度到中度的自限性癥狀。這些健康供體是健康菌群的重要來(lái)源，對(duì)于患者失調(diào)菌群的矯正至關(guān)重要。

那么，哪些疾病人群可以通過(guò)FMT恢復(fù)腸道穩(wěn)態(tài)并且改善疾病癥狀呢？目前，臨床指南及專家共識(shí)推薦FMT治療復(fù)發(fā)性或難治性艱難梭菌感染。除此之外，在消化系統(tǒng)疾?。ㄈ缪装Y性腸病、腸易激綜合征、功能性便秘、肝硬化等），神經(jīng)精神系統(tǒng)疾?。ㄈ绨d癇、自閉癥、抑郁癥、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等），代謝性疾?。ㄈ缣悄虿?、肥胖癥、脂肪肝、高脂血癥等），免疫系統(tǒng)疾病，過(guò)敏性疾病以及移植物抗宿主病等，F(xiàn)MT療法均顯示出較好的響應(yīng)性。此外，F(xiàn)MT還可以作為腫瘤免疫治療的增敏增效劑，提高患者對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑療法的治療響應(yīng)。

但是，需要特別注意的是，F(xiàn)MT療法并不適用于所有患者情況，當(dāng)存在以下禁忌癥時(shí)，極不推薦盲目使用FMT療法：（1）伴有膿毒癥、消化道活動(dòng)性大出血、腸穿孔等腸屏障嚴(yán)重受損的患者；（2）暴發(fā)性結(jié)腸炎或中毒性巨結(jié)腸患者；（3）因存在嚴(yán)重腹瀉、顯著纖維性腸腔狹窄、嚴(yán)重消化道出血、高流量腸瘺等原因無(wú)法耐受50%熱卡需求的患者；（4）先天或獲得性免疫缺陷病患者；（5）近期接受高風(fēng)險(xiǎn)免疫抑制或細(xì)胞毒性藥物治療者；（6）成人中性粒細(xì)胞lt;1500/mm3或兒童中性粒細(xì)胞lt;1000/mm3的患者；（7）懷孕或哺乳期女性。

明確了供體和受體特征，接下來(lái)如何將健康供體的菌群移植給患者呢？目前國(guó)際上主要的移植途徑有4種：鼻腸管途徑、口服途徑、腸鏡途徑、灌腸途徑。對(duì)于營(yíng)養(yǎng)不良的患者，或者病變同時(shí)累及小腸和大腸的患者，首推鼻腸管途徑。對(duì)于不能耐受鼻腸管的患者，例如老人和兒童，推薦使用口服膠囊進(jìn)行FMT治療。對(duì)于病灶局限于結(jié)腸并且FMT單次療效較好的患者，推薦使用結(jié)腸鏡FMT。對(duì)于病灶局限于直腸或乙狀結(jié)腸的患者，推薦灌腸FMT。通常情況下，推薦住院患者選擇鼻腸管途徑進(jìn)行FMT治療，鞏固治療的患者通過(guò)口服膠囊進(jìn)行FMT治療。

現(xiàn)代化工藝推進(jìn)FMT療法標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

FMT主要通過(guò)菌液或其凍干后封裝的膠囊進(jìn)行移植，而現(xiàn)代化工藝可以讓這些移植物的生產(chǎn)制備更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

用于FMT移植的健康菌群采用可溯源的新鮮糞便制備，由供體在特制的馬桶上采集，以確保菌量、活性、菌群來(lái)源的可塑性，并且避免尿液和污水的污染。隨后，樣本迅速冷卻至4℃送至符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)車間，6小時(shí)內(nèi)完成腸道菌群提取，過(guò)程中嚴(yán)格保持厭氧環(huán)境以確保菌群的活性。

健康菌群的提取采用全自動(dòng)智能腸菌分離設(shè)備。將不少于100克的糞便與生理鹽水混合加入該設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)攪拌、過(guò)濾、分離。整個(gè)處理過(guò)程均是在密閉控制單元內(nèi)完成，從而避免外源性細(xì)菌污染，最終生成符合治療要求的菌液。每批次菌液都隨機(jī)抽取5%進(jìn)行凍存留樣，用作治療后的追溯。

制備的菌液經(jīng)4℃離心，加入脫脂奶粉聯(lián)合甘油作為凍干保護(hù)劑，利用凍干技術(shù)從菌液中提取活性菌粉，采用耐酸羥丙甲纖維素膠囊進(jìn)行封裝，確?；钚跃嚎梢栽谀c道釋放，避免胃酸對(duì)其破壞。

每次制備的菌液和膠囊在FMT應(yīng)用前均隨機(jī)抽樣進(jìn)行致病菌檢測(cè)、活菌計(jì)數(shù)、微生物組基因測(cè)序分析，確保移植物中艱難梭菌、彎曲菌、沙門菌、志賀菌、產(chǎn)志賀毒素大腸桿菌及蟲卵、囊泡、寄生蟲、孢子、諾如病毒、輪狀病毒和新冠病毒等病原學(xué)檢測(cè)陰性，多重耐藥基因檢測(cè)陰性。移植所用菌液的細(xì)菌活性不低于80%，并且活菌數(shù)不低于5×108個(gè)/毫升；膠囊封裝的細(xì)菌活性不低于70%，并且活菌數(shù)不低于1×109個(gè)/克。

上述標(biāo)準(zhǔn)化的FMT移植物制備流程均已被寫入《腸道菌群移植臨床應(yīng)用管理中國(guó)專家共識(shí)（2022版）》和《上海市菌群移植技術(shù)管理規(guī)范（2021年版）》，幫助FMT技術(shù)在國(guó)內(nèi)安全、高效、便捷、可控地推廣應(yīng)用。

定植拮抗是FMT應(yīng)用的“瓶頸”問(wèn)題

腸道菌群被譽(yù)為人體的“隱藏器官”，因此腸菌移植技術(shù)在一定程度上可以視為“器官移植”，不可避免地伴有定植拮抗的問(wèn)題，因此如何精準(zhǔn)地將健康菌群移植給所適用的患者是當(dāng)前FMT臨床應(yīng)用的重要技術(shù)難題。

微生態(tài)學(xué)研究結(jié)果表明，腸道微生態(tài)群落的初始形成和干預(yù)后的恢復(fù)力強(qiáng)弱都取決于菌株定植于腸道的先后順序。也就是說(shuō)，患者腸道的已有菌群（也叫做原籍菌）會(huì)通過(guò)多種途徑抑制供體的健康菌群在受體腸道內(nèi)定植。當(dāng)前FMT療法的菌株定植率為50%～80%，并且隨著疾病的復(fù)雜程度升高、微生態(tài)失調(diào)程度加劇，供體健康菌群的定植效率顯著降低。

原籍菌影響供體菌定植的主要機(jī)制是生態(tài)位搶占，表現(xiàn)為原籍菌和供體健康菌在腸道營(yíng)養(yǎng)和生存空間上的競(jìng)爭(zhēng)。在FMT治療之前，患者的原籍菌便已經(jīng)在腸道生態(tài)位中建立優(yōu)勢(shì)地位，特別是其可以優(yōu)先占據(jù)黏液層中的黏蛋白附著位點(diǎn)，并利用其上的唾液酸修飾基團(tuán)作為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)；而新移植的健康菌群無(wú)法第一時(shí)間獲得這些附著位點(diǎn)，導(dǎo)致移植菌群只能停留在腸腔，并且隨著腸蠕動(dòng)逐漸排出體外。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，抗生素治療并不是非常推薦的去除原籍菌的方法，一方面是因?yàn)檫@種治療方案對(duì)于黏膜菌群并不敏感，另一方面是其可以顯著破壞“腸道食物鏈”，導(dǎo)致雙歧桿菌等“初級(jí)生產(chǎn)者”不可逆地減少，進(jìn)而導(dǎo)致移植的健康菌群因缺少“食物”而更加難以定植。

除了生態(tài)位的搶占機(jī)制外，患者原籍菌還可以通過(guò)改變腸道微環(huán)境來(lái)阻止供體移植菌的定植，這種機(jī)制被稱為生態(tài)位抑制。與生態(tài)位搶占不同，生態(tài)位抑制主要通過(guò)原籍菌誘導(dǎo)的宿主免疫響應(yīng)驅(qū)動(dòng)。例如，產(chǎn)短鏈脂肪酸菌可以通過(guò)刺激腸上皮細(xì)胞釋放抗菌肽，降低移植菌群的活力并抵制其定植。此外，原籍菌還可以直接下場(chǎng)，通過(guò)細(xì)菌間相互作用直接殺死移植菌群。例如，條件致病菌糞腸球菌可以分泌腸毒素選擇性地殺死鄰近的乳桿菌。

幸運(yùn)的是，隨著臨床大隊(duì)列的研究，腸道菌群之間的定植拮抗規(guī)律逐漸被揭開。目前比較公認(rèn)的兩條規(guī)則是：“遠(yuǎn)親近斥”和“全有或全無(wú)”?！斑h(yuǎn)親近斥”規(guī)則體現(xiàn)的是，遺傳發(fā)育距離相近的菌株擁有極為相似的營(yíng)養(yǎng)和空間，因此優(yōu)先占據(jù)生態(tài)位的原籍菌會(huì)排斥移植的健康菌；而遺傳發(fā)育距離較遠(yuǎn)的菌株，傾向于占據(jù)“腸道食物鏈”的不同環(huán)節(jié)，因此更有機(jī)會(huì)獲得定植優(yōu)勢(shì)。“全有或全無(wú)”規(guī)則體現(xiàn)的是，定植拮抗以菌種為單位進(jìn)行，如果來(lái)源于供體的某個(gè)菌株可以定植，那么該菌株的相同種水平菌株都可以在患者腸道內(nèi)定植；反之，若該菌株無(wú)法在患者腸道定植，其相同種水平的菌株都無(wú)法定植。這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)為大數(shù)據(jù)模型的開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)，通過(guò)先進(jìn)的供體-受體匹配算法可以精準(zhǔn)地為疾病患者找到合適的健康菌群，提高健康菌群在患者腸道內(nèi)的定植率，進(jìn)而改善疾病癥狀。

大數(shù)據(jù)平臺(tái)輔助FMT精準(zhǔn)應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)FMT供體和受體的精準(zhǔn)匹配，我們建立了FMTdb數(shù)據(jù)庫(kù)（gift2disease.net/FMTdb/），收錄了數(shù)千例患者FMT治療前后的臨床特征和腸道菌群微生物組學(xué)測(cè)序數(shù)據(jù)，以及近萬(wàn)例健康人群和各類疾病人群的腸道菌群數(shù)據(jù)。通過(guò)最新的宏基因組學(xué)分箱算法，可以實(shí)現(xiàn)菌群數(shù)據(jù)的株水平注釋，有助于解析各類疾病患者區(qū)別于健康人的菌群失調(diào)模式?；谠撍惴ǎ覀円呀?jīng)成功建立18種疾病的腸道菌群分類模型。這些分類指征可以作為FMT預(yù)后響應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)用于供體-受體的精準(zhǔn)配型。

FMT供體-受體的精準(zhǔn)配型可以通過(guò)兩種機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)，一種是基于大型臨床隊(duì)列開發(fā)的隨機(jī)森林模型，另一種是基于FMT預(yù)后相關(guān)因子開發(fā)的層次分析決策模型。隨機(jī)森林模型的優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)原籍菌對(duì)移植菌的定植拮抗規(guī)律預(yù)測(cè)患者接受FMT治療后的菌群組成和豐度，然后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果確定FMT后“健康菌”和“疾病菌”的穩(wěn)態(tài)指數(shù)，穩(wěn)態(tài)指數(shù)越高表示菌群健康程度越高，進(jìn)而用于選定最優(yōu)供體。層次分析決策模型則是利用FMT預(yù)后正相關(guān)的因子作為決策參考，對(duì)所有移植菌群與患者的匹配度進(jìn)行打分，從而快速找到患者最適宜的健康菌群。

在大數(shù)據(jù)平臺(tái)的輔助下，部分疾病的FMT療法供體-受體的匹配成功率可以高達(dá)90%，并且隨著數(shù)據(jù)庫(kù)所收錄病例數(shù)的增加，全新的FMT治療響應(yīng)規(guī)律以及菌群分子分型結(jié)果將陸續(xù)提出，最終提升FMT在各類疾病中的總有效率。

FMT療法的發(fā)展新機(jī)遇

腸道菌群是人類唯一可以共享的“器官”，隨著微生態(tài)理論和技術(shù)的不斷革新，F(xiàn)MT將在新時(shí)代腸內(nèi)和腸外疾病治療中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。盡管目前國(guó)內(nèi)外的臨床研究已經(jīng)取得了眾多卓越成就，但在智能醫(yī)療的大背景下，仍然存在一些技術(shù)難題需要持續(xù)攻堅(jiān)，從而使FMT療法更加精準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化。

目前FMT移植物主要有菌液和凍干菌粉兩種，在FMT應(yīng)用中均已報(bào)道嘔吐等不良事件，因此在移植物生產(chǎn)工藝改進(jìn)中需要高效的脫色和除味步驟。并且，現(xiàn)有FMT產(chǎn)品在體積和移植途徑方面對(duì)于嬰幼兒患者群體并不友好。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，需要開發(fā)尺寸更小且不影響菌群活性的新FMT產(chǎn)品。在這方面，3D打印技術(shù)似乎是一個(gè)可行的解決方案，它可以制備更小、更可控的FMT滴丸或膠囊，有助于提高FMT的適用性。此外，復(fù)合細(xì)菌或孢子成分的摻入也將是一種極具價(jià)值的改進(jìn)，可以從根本上提高FMT移植物的可控性和批間一致性，從而為患者提供更有針對(duì)性和更有效的干預(yù)。

FMT個(gè)性化治療方案的有效性在不同個(gè)體間存在顯著異質(zhì)性，這表明存在與各種病理和疾病特征相關(guān)的普適性生態(tài)失調(diào)特征。利用更高分辨率的分析方法和定量檢測(cè)技術(shù)可以識(shí)別這些獨(dú)特的特征。在此基礎(chǔ)上，深入解析菌群相互作用，繪制完整的原籍菌定植拮抗網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合改進(jìn)的移植物制備體系，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)特定患者的個(gè)性化菌群精準(zhǔn)干預(yù)。

工程菌和噬菌體的FMT應(yīng)用針對(duì)定植拮抗問(wèn)題，一個(gè)可行的解決方案是分離、培養(yǎng)和定向改造患者的腸道菌群，通過(guò)類似水平基因轉(zhuǎn)移等菌群互作的常規(guī)途徑，賦予患者腸道菌群獨(dú)特的生物學(xué)功能，從而起到治療疾病的作用。由于分離的菌群來(lái)自患者自身，因此這種工程菌幾乎不會(huì)面臨定植拮抗的問(wèn)題，它可以作為“特洛伊木馬”精確修復(fù)腸道微環(huán)境，從而為供體細(xì)菌提供更多的定植生態(tài)位。同樣，噬菌體療法也是以占據(jù)生態(tài)位的患者原籍菌為靶點(diǎn)，在FMT前特異性地消除阻礙供體細(xì)菌定植的因素，最終改善供體健康微生物在患者腸道中的定植效率。

結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)是腸道微生物組的時(shí)代。深入了解腸道菌群穩(wěn)態(tài)失調(diào)與各類腸內(nèi)和腸外疾病的因果關(guān)系，開展大隊(duì)列、多病種、縱向時(shí)間序列臨床研究，開發(fā)精準(zhǔn)化、個(gè)性化、規(guī)范化治療方案，將成為改善人民健康水平的重要策略，助力“健康中國(guó)2030”偉業(yè)實(shí)施。