胃肠道健康

粪菌移植的未来

早前,广东菌群库开始新一轮收便便喜提热搜。为了在临床上提供更加多样化的健康肠道菌群,广东菌群库招募粪便捐助志愿者。看的一头雾水的你肯定会很好奇,捐赠的便便是怎么救治病人呢?为什么可以救治病人?这就涉及到了一个专业词汇——“菌群移植”。

什么是粪菌移植?古方今用前景无限

粪便微生物群移植(fecalmicrobiotatransplantation,FMT),即粪菌移植,是通过各种方式将健康捐赠者的粪便菌群移植入患者的消化道内,改善其肠道微生态,以达到治疗疾病的目的。

图源gutmicrobiotaforhealth

FMT在世界医学史上至少始于公元4世纪,源于1700多年前的中国,据我国第一部急诊医学手册《肘后备急方》记载,早在东晋时期,著名中医葛洪就已开始使用粪便悬液治疗食物中毒和严重腹泻。书中描述“饮粪汁一升,即活”,可见其具有“起死回生”之奇效。明朝医学家李时珍在《本草纲目》中记载了使用新鲜粪便悬液、发酵粪便溶液、干粪或婴儿粪便可有效治疗腹痛、腹泻、呕吐、便秘等腹部疾病。古时的医生将含人粪汁的药方命名“黄龙汤”。

1958年美国医生用粪水挽救感染垂死的患者,这是国外文献记载最早的案例。2010年,《纽约时报》报道了美国一名胃肠病学家用粪便移植的方法,成功治愈了一名艰难梭菌严重感染的患者。从此之后美国学术界对粪便移植的研究兴趣愈发浓厚。到2013年,FMT首次被写入美国医学指南,用于复发性难辨梭状芽孢杆菌感染(clostridiumdifficileinfection,CDI)的治疗。同时其用于炎症性肠病等肠内外疾病的治疗,也引起了全球医学界的广泛关注。

现在全球涌现出了众多“粪菌银行”,比如美国的OpenBiome、中华粪菌库等。在“银行”里,工作人员会把粪菌统一分离出来,并把它们冻存起来。中华粪菌库(fmtBank)紧急救援计划是由南京医科大学第二附属医院和第四军医大学西京消化病医院共同发起建立,为公益救急平台。

近年来,日本、印度、韩国等也纷纷开始重视粪菌移植。目前,全球约有5万例粪菌移植治疗,主要由美国非营利性粪菌库、澳大利亚悉尼消化中心、南京医科大学第二附属医院肠病中心完成。截止2018年6月,在美国Clinical网站上已经注册的菌群移植相关临床项目多达233项。就FMT的移植数量来说,目前美国及澳大利亚走在前列,例数分别在30000和12000以上。中国开展有47项菌群移植临床研究,其中大陆43项,香港4项,完成了总数高达6000例次的移植。但远远未达到市场及临床需求。

粪菌移植的机理和方法

对比古今医学,尤其从医学史的角度陈述,可以说明:虽然古今利用粪便物质治病的理论有异,但其临床疗效从古至今都具有难以替代的意义。

FMT的主要作用机理可能是利用粪便中有益菌种的生态占位,定植抗力,生物夺氧,免疫调节,降低肠腔pH值和细菌代谢产物的营养等。移植的粪便中最重要的是常年栖息于肠道内的数以亿计的微生物,它们和肠道上皮细胞等生物成分与食源性非生物成分(未被消化的食物)及来自胃、肠、胰和肝的分泌物(如激素、酶、黏液和胆盐等)共同构成肠道微生态系统。粪便移植的意义就在于重建正常的肠道微生态结构。

比如治疗由难辨梭菌引起的复发痢疾,其原理是由于肠道菌群间存在生存上的竞争,优势菌群会抑制其他菌群的生长与繁殖,通过恢复肠道菌群结构而达到抑制难辨梭菌生长、繁殖的目的。并且粪便中含有的有益菌种如乳杆菌和双歧杆菌,能产生乳酸、醋酸、丁酸和丙酸等,使肠道内的pH值降低,而肠道pH值降低不仅能够促进钙、镁、铁和铜等离子吸收,而且能增加胃肠蠕动、增进食欲、促进营养物质的吸收和提高机体免疫功能。双歧杆菌属的一些种还可以通过封闭上皮细胞上的结合位点来抑制病原体增殖,增强肠道的黏膜屏障作用和调节肠道通透性。另外,双歧杆菌的细胞壁含有大量的肽聚糖和磷壁酸,具有很强的生物活性,能激发腹腔巨噬细胞、NK细胞和淋巴细胞因子的活性,从而在机体免疫中发挥重要作用。

艰难梭菌感染和粪菌移植的机制(图源Gastroenterol)

肠道菌群是人体拥有细胞数最多的独特“功能器官”,作为一种特殊的“器官移植”,FMT的作用日益受到广泛关注。那么在医院里怎样把粪菌移植到病人肠道里呢?主要有两种路径:一种经口或鼻,自上而下;一种经直肠,自下而上。话说这两种方式都有弊端,管子要从鼻子或者嘴巴下到十二指肠,可不算容易。

图源YaleJournalofBiologyandMedicine.2016.pp.383-388.

而利用肠镜,容易一些,但如果要多次输入粪菌液,做反复肠镜对医生和病人都是折磨。这时候中国医生又发挥了聪明才智:

图源EndoscopyInternationalOpen2016;04:E610–E613

他们在第一次给病人做肠镜的时候,埋一根细管在肠道里,在治疗期间的多次粪菌移植中,每次只需要通过这个管子把菌液打到结肠。当然,也还有些医生坚守较为原始的灌肠大法。至于他们是怎么把粪菌输到肠道,我想你能够想象的,这就不多说了。

这就是目前主流的粪菌移植方法,下面这张图可以帮你做一个高度总结:

图源kewo-science

粪菌移植的临床验证

作为一种特殊的“器官移植”,许多研究也向我们证实粪便中的功能菌群与身体的多种疾病有着密切的关系。

目前粪菌移植在治疗肠道艰难梭菌感染上已经有明确的疗效,越来越多的临床研究证明,它可用来治疗溃疡性结肠炎、克罗恩病、肠易激综合征、顽固性便秘或腹泻、严重菌群失调、难治性肠道过敏、急慢性艰难梭菌感染(特别是复发性感染)、放射性肠炎、消化道感染性疾病等,甚至对肥胖、糖尿病(合并肠道疾病)、脂肪肝、代谢综合征等肠道菌群相关性疾病也有发挥作用。

  • 粪菌移植与艰难梭菌感染(CDI)

难辨梭状芽孢杆菌感染性肠炎是胃肠疾病第九大死因。从2002年至2009年,难辨梭状芽孢杆菌感染的发生率增长了230%。因其发病率高、感染的难治性以及易复发,目前难辨梭状芽孢杆菌感染性肠炎已经成为一个普遍的临床问题。

《临床传染病杂志》一项报告回顾了111位因CDI住院治疗患者的结果(年龄中位数82岁;范围:34-104岁),包括66名接受早期FMT治疗的患者和45名未接受FMT治疗的患者。

在FMT组中诊断出CDI后三个月的死亡率为12.1%,而在仅使用抗生素对照组的患者死亡率达42.2%。在多变量模型中,随着年龄的增加、并发症的增多,O27核型是造成严重CDI较高死亡率的独立预测因子,然而单独的FMT治疗可以降低死亡率。在亚组分析中,无论O27核糖体型是什么,FMT都能降低死亡率,在接受FMT治疗的患者中,死亡率在冷冻FMT和新鲜FMT之间没有差异。结果说明,在考虑了其他变量后,FMT只有在严重结肠炎患者中,才能降低死亡率。

  • 粪菌移植与溃疡性结肠炎(UC)

JAMA杂志的一项研究证实,通过厌氧方法处理粪菌移植(FMT)进行治疗的过程中,对约三分之一的UC患者有积极疗效。

这是一项随机、双盲临床试验,在澳大利亚3个医学中心纳入了73例活动性UC患者。这些患者在试验前要进行稳定剂量的UC维持治疗,并且要收集受试者自体粪便样本进行分析。在16个收集时间点,将3-4名捐助者的粪便混合,产生16个不同批次的粪便。处理方法为在厌氧条件下,用生理盐水(65%)和甘油(10%)混合的大便(25%)为每个接受者分配到3个容器中,在80℃的条件下冷冻。

这项试验采用计算机生成的简单随机化算法将受试者随机分为1:1组,接受混合供体大便FMT(dFMT)或自体FMT(aFMT)。结果显示,与aFMT相比,接受dFMT的受试者的临床反应及临床缓解比例更高;38名接受dFMT者中有4名实现无类固醇缓解,而aFMT组为0。在12个月时随机分为dFMT组的38例患者中,26例进行了乙状结肠镜检查,26例中有11例临床和内镜缓解。12名接受dFMT的患者中有5名达到了第8周无类固醇缓解,并且在第12个月维持缓解。

与安慰剂相比,接受dFMT患者的疗效更好,其强化方案包括单次结肠镜下将FMT输送到右结肠,然后每周5天灌肠,持续8周。这是一个很高的治疗负担,可能会限制实践的实用性。除了有效性外,低强度治疗方案也被大多数参与者接受;在本研究中,95%接受1周的短期FMT诱导治疗的人认为是可接受的治疗。

  • 粪菌移植与溃疡性大肠炎和克罗恩病(CD)

克罗恩病是一种原因不明的肠道炎症性疾病,在胃肠道的任何部位均可发生,但多发于末端回肠和右半结肠,会影响身体关节、皮肤、肝脏等器官,重则危及生命。Gastroenterology杂志(美国消化病医学会AGA)公布的RCT临床试验结果首次揭示了粪菌移植与溃疡性大肠炎和克罗恩病的治疗情况。

这项研究实验纳入了75名溃疡性肠炎患者(18-60岁),受试者被随机分为两组,38人需要接受经肛门粪菌移植,剩下的37人作为安慰机组每周只接受一次水灌肠,持续6周。其中移植组的粪菌有6位捐助者,在排泄后5小时内收集或冷冻保存粪便50g,使用时用300ml饮用水稀释溶解后移植。试验前后都要用肠镜检查,并且采取Mayoscore标准评估肠炎情况。

结果显示,移植组9人(24%)、安慰剂组2人(5%)肠炎得到缓解,治疗效果的统计有效。缓解的9人中有8人维持了52周的缓解状态,其中4人可以停止服用溃疡性肠炎的药物。

  • 粪菌移植与癌症

NatureMedicine在2018年发表了一份报告,表示2名癌症患者在接受粪菌移植后,由免疫治疗引起的结肠炎得到显著缓解。2名癌症患者在接受免疫治疗后,都发生了严重结肠炎,并且都对类固醇和免疫抑制剂治疗无反应。其中1名患者患有晚期转移性尿路上皮癌,接受了抗CTLA-4和PD-1抑制剂联合治疗两周后发生结肠炎。在进行粪菌移植后,其结肠炎症状在2周内得到缓解,通过结肠镜检查证实,肠道炎症在一个月内几乎完全恢复。

另一名患者患有晚期前列腺癌,接受了CTLA-4抑制剂治疗,进行粪菌移植治疗后,该患者结肠炎得到缓解,但仍有溃疡。因此,研究团队对其进行了第二次粪菌移植治疗,经结肠镜检查也证实其结肠炎几乎完全恢复。

经进一步检查,2名患者结肠内的效应T细胞减少,抑制免疫系统的调节性T细胞增加,表明肠道炎症已经得到缓解。

  • 粪菌移植与肠易激综合症(IBS)

肠易激综合征(IBS)是一种以腹痛或腹部不适伴随排便习惯改变为特征的功能性疾病,目前全球患病率为10%~20%,它是一种多因素疾病,其病因和病理生理学机制较为复杂,有许多研究也证实IBS与肠道微生态失衡相关。

一项随机双盲安慰剂对照试验评估了FMT对IBS患者患者肠道微生物群和临床情况的影响。这项研究纳入52例中重度IBS患者。在筛选访问时,评估临床病史和症状,并且收集粪便样本。受试者随机分配为两组,使用FMT胶囊或安慰剂胶囊12天,随访6个月。在基线、1、3和6个月进行研究访问,使用IBS严重性评分系统(IBS-SSS)和IBS专用生活质量表(IBS-QoL)记录患者状况。每次访问前,收集受试者粪便样本。

结果显示,FMT改变IBS患者肠道菌群有积极影响,而且治疗后3个月观察的IBS-SSS评分(P=0.012)和IBS-QoL数据(P=0.003),FMT组均优于安慰剂组,而且接受FMT胶囊的患者粪便微生物多样性有所增加,但是FMT在IBS中的作用机制还需进一步探讨。

  • 粪菌移植联合聚乙二醇与顽固性功能性便秘

便秘是人们日常生活中经常遇到的问题,虽然是“小麻烦”,但不得不引起人们重视。根据相关症状轻重及对生活影响的程度将功能性便秘分为轻度、中度、重度。其中重度便秘又称顽固性便秘,对人们身心有很大危害。有研究也表明FMT联合聚乙二醇可以明显改善顽固便秘患者的相关症状。

第四军医大学西京消化病院选用顽固性功能性便秘患者35例,所有患者均进行FMT治疗,同时联合聚乙二醇电解质散剂,疗程4周,采用便秘患者症状评分量表(KESS)、生存质量量表(PAC-QOL)、焦虑自评量表(SAS)及抑郁自评量表(SDS)观察治疗前后及随访3个月便秘患者症状、生活质量及心理状态的改变。结果显示,治疗后及随访3个月时,患者的临床治愈率分别为37.1%、34.3%,改善率分别为77.1%、71.4%,KESS、PAC-QOL、SAS、SDS总评分均较治疗前明显减低(P<0.05),同时治疗及随访期间均未发生严重不良反应。

  • 粪菌移植与炎症性肠病

溃疡性结肠炎(UC)或克罗恩病(CD)是影响胃肠道部分的慢性炎症性疾病,越来越多的证据表明IBD患者肠道微生物群失调是影响炎症性肠病的重要因素。4个随机控制实验(RCTs)研究FMT作为轻度或中度UC活动患者的诱导治疗的结果。

一项荟萃分析报道71位CD患者接受FMT治疗的合并缓解率为52%,且缓解率主要归因于一项大型队列研究,此外,唯一的报告CD内镜结果的研究显示FMT后8周内镜下无缓解。

由于观察到的效应非常有限,FMT仍应被视为治疗IBD的实验方法。但是对于IBD患者关于FMT的治疗机制还需要进行进一步的研究。

  • 粪菌移植与肝性脑病(HE)

肝性脑病(HE)是肝硬化患者的并发症之一,是肝硬化个体发病和死亡的主要原因,而且肝硬化患者一般都会存在肠道微生物的严重失调状况。Hepatology杂志进行了一项开放标签、随机、对照研究,评估了粪便菌群移植对于复发性肝性脑病的影响。

这项研究共有20例男性肝硬化复发性肝性脑病门诊患者,随机分配至接受粪便菌群移植组(FMT治疗)或单独常规治疗组(SOC组)。FMT治疗组在试验前接受了5天的广谱抗生素治疗,随后接受来自同一健康志愿者的粪便菌群移植。研究在第5、6、12、35、150天对两组受试者进行随访。主要转归指标为150天时两组的严重不良时间反映情况,以及死亡率、住院率、感染发生率,次要转归指标为认知功能改善情况、肝硬化严重程度的评估(MELD评分及白蛋白水平)、肠道微生物的组成和功能改变等。

结果显示粪便菌群移植治疗复发性肝性脑病安全性良好,降低复发性肝性脑病患者的入院率且能改善其认知测验。

  • 粪便菌群移植与孤独症谱系障碍(ASD)

自闭症谱系障碍患者在社会交往和交流存在障碍,患病率有逐年增加的趋势。近年来研究表明,9%-91%的ASD患儿存在腹痛、便秘、腹泻、恶心、腹胀等消化道症状,以及极端挑食带来的肠道问题及营养问题。

发表于Microbiome的一篇研究表明,通过粪菌移植可以改善患儿的肠道健康状况,为自闭症谱系障碍影响的个体带来的潜在益处。美国亚利桑那州立大学开展的一项小规模的双盲临床试验,在18名ASD患儿中评估了菌群移植治疗(MTT)对肠道菌群构成以及胃肠道症状和ASD症状的影响。

菌群移植治疗包括2周的抗生素治疗,1次肠道清洗,随后再进行粪便微生物移植(起始高剂量,随后逐日降低剂量,持续7-8周)。胃肠症状评定量表评估显示,治疗结束时,患儿的便秘、腹泻、消化不良与腹痛等胃肠道症状减少了约80%,并且这些改善在治疗后可持续8周。同样,临床评估显示,治疗后患儿的ASD症状显著改善,且在治疗结束后8周改善仍可持续。菌群与噬菌体深度测序分析显示,供体微生物群成功地部分定植,患儿的肠道菌群环境也得到改善。具体而言,随访8周期间,患儿总体的肠道菌群多样性以及双歧杆菌属、普雷沃菌属、脱硫弧菌属的丰度均有显著提升。

  • 粪菌移植与肥胖、糖尿病

肥胖及与其相关的代谢综合征正在世界范围内迅速发展。肠道菌群被认为是调节宿主代谢的独立环境因素,已有研究表明肠道菌群的改变与宿主代谢表型的动态变化密切相关。一项动物模型研究表明了肠道微生物组、肥胖和代谢紊乱之间的关系。在口服抗生素或移植了对照大鼠的粪菌后,高糖饮食成年大鼠的肥胖和胰岛素抵抗症状得到改善。另一项研究是将胖瘦情况不同的双胞胎小鼠粪便移植给无菌小鼠,观察发现,与移植了瘦鼠粪便的小鼠相比,移植了胖鼠粪便的小鼠发生肥胖,并且细菌多样性降低。这些结果均表明微生物组能够改变宿主的代谢表型。

到目前为止,仅有一例已发表的人体粪菌移植治疗代谢紊乱的研究。该研究通过十二指肠管将瘦的捐赠者的粪便微生物转移至II型糖尿病患者肠道内,在移植6周后,尽管病人体重未发生改变,但其胰岛素敏感性和粪便微生物多样性增加,粪便中短链脂肪酸水平降低。然而,粪菌移植后是否能够产生长期的胰岛素敏感或体重降低现象还有待进一步研究。

粪菌移植的共识与监管

粪菌移植(FMT)将健康人粪便中的功能菌群,移植到患者胃肠道内,重建新的肠道菌群,实现肠道疾病的治疗。目前,粪菌移植应用于临床常规治疗或临床试验的疾病大体上包括4大类,细菌感染、代谢异常、自身免疫性疾病和脑肠轴疾病。具体细分有20多种,全世界注册的临床试验超过200项。而现在世界范围内最受认可的是艰难梭菌感染的挽救性治疗。表格总结了从2016年至2018年出台的关于FMT方面的指南或建议。

但是在监管方面,全世界范围内对粪菌移植尚没有统一的定位和监管措施,例如,美国FDA认为粪菌移植需进行新药申请流程;在我国,尽管已经有不少医疗机构已经开展了粪便微生物移植,至今仍没有相关法规政策出台,认为粪菌移植是一种医疗技术而不是药物;而奥地利的监管部门认为粪菌移植是治疗手段。

粪菌移植的质疑与挑战

FMT在慢性功能性便秘的治疗中尚处于起步阶段,由于肠道菌群本身种类繁多,相互之间的作用十分复杂,而且影响因素较多,个体差异性较大,在寻找合适的粪菌样本也是一大难题。

在监管层面,FMT在临床中还有诸多问题亟待解决,如质量和安全性、标准化生产、粪菌标本保存、供体筛选等尚无统一标准,对临床研发工作提供了难度。

此外,由于FMT治疗的目的是重建正常的肠道菌群,但移植菌群和受体之间可能产生免疫反应。短期内可能出现轻微的不良反应,主要症状有腹泻、腹部绞痛或便秘、短暂发热等。长期的不良反应是FMT相关的病原体传播,包括丙肝和艾滋病等,必须引起临床工作者高度重视。

最为关键的是,粪菌移植在伦理上也有所争议,作为一项新技术,FMT位于伦理争议的两个领域的交汇点,即临床试验和器官移植。如何获取患者和捐助者知情同意,评估FMT的风险受益,减少患者对这项技术的厌恶心理,增强对患者信息隐私保护等,都是一系列亟待解决的问题。

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