编者按
在 2021 年 11 月 BioNTech 以 1.5 亿欧元收购奥地利噬菌体公司 Phagomed 后，噬菌体疗法走到了聚光灯之下。这不仅是噬菌体药物开发领域的一笔大规模收购，也是大型药企对噬菌体技术的认可。
今天，我们特别关注噬菌体疗法研究现状，希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发与帮助。
人们通常认为，微生物组药物，就是给体内特定部位添加有益菌或有益菌的混合物。然而，有些微生物组药物的目标却并非如此。除了输送有益微生物，还有一类微生物组药物旨在从分子水平上去除某些细菌，或深入地改变它们的活性，换句话说，就是通过编辑菌群，来达到治疗的效果。那么，要如何编辑菌群呢？近年来，噬菌体作为一种潜在可编辑菌群的工具备受关注，其可以选择性去除或改变菌群中某些细菌。噬菌体是一种只感染细菌而不感染其他生物的病毒。因此，理论上，噬菌体对人类无害，而对它们的目标细菌来说，却是致命的，它们可以感染并杀死目标细菌，然后再感染相邻的同种细菌。自 1915 年发现噬菌体以来，噬菌体被证明是生物研究的有力工具，并为现代分子生物学奠定了基础。例如，我们不仅可以利用噬菌体来研究遗传物质的基础，还可以用其来识别限制性内切酶1,2。最近，研究者们还发现了 CRISPR-Cas 系统的妙处3。然而，关于噬菌体疗法的研究进展却一直很缓慢。直到最近，随着我们对微生态学有了更深入的理解，并拥有了更强大的分析技术，同时又面临着种种公共卫生挑战，才使得科学界重新燃起了对噬菌体疗法的兴趣。在过去的十年里，菌群研究过多地集中于细菌。然而，新的工具和菌群分析技术表明，噬菌体在决定微生物群落的组成和活性方面起着至关重要的作用。事实上，噬菌体可能是生物圈中数量最丰富的生物，其数量比菌群的其他成员，如细菌，多10倍4。一项研究显示，人类肠道含有超过 54,000 种噬菌体，其中 90% 都是科学家未知的5。许多科学家和公司正在探索这些此前未被开发的“微生物暗物质”在治疗和其他方面的潜在用途。治疗感染性疾病是噬菌体的一个主要应用，因为它们具有特异性地杀死特定细菌的潜力。然而，利用噬菌体来达到这个目的，绝不是最近才有的想法。早在 1917 年，Felix d’Herelle 就提出可以用噬菌体来杀死细菌。最近，随着科学界对菌群的兴趣日益增加，噬菌体再次受到关注。与抗生素相比，噬菌体作为一种非化学、高选择性的靶向药物，可能对菌群的整体影响更小。而且作为一种真正的生物体，噬菌体还可以与目标细菌共同进化，以克服细菌的耐药性。这意义非凡，因为根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的数据，美国每年有近 300 万人感染耐药菌，约 3 万人死亡。世界卫生组织 2020 年的一份报告得出结论，2017 年以来批准的 80% 的新型抗菌药物，在抗生素耐药菌上几乎没有作用，因为它们大都来源于已有的药物，而许多致病微生物已经对这些药物产生了耐药机制7。COVID-19 大流行再次将抗生素耐药性的威胁推上了风口浪尖，许多专家警告称，抗生素耐药性可能会成为下一个全球卫生危机，并可能夺走更多的生命。因此，寻找治疗感染的替代方法，成为了当务之急。由于以上种种原因，噬菌体的特性使它们成为非常有前景的手段，用于治疗感染，尤其是那些由多重耐药微生物引起的感染。虽然噬菌体还不能取代抗生素，但它们可能会成为临床上治疗复杂感染的一种重要辅助疗法。那么，生物技术公司是如何利用噬菌体疗法的潜力的呢？对 Microbiome Drug Database™ 的分析显示，在约 100 个噬菌体药物开发项目中，近 70% 的项目聚焦于感染。这些项目针对一系列的细菌感染，如囊性纤维化患者的铜绿假单胞菌感染、肺炎克雷伯菌引起的肺炎、大肠杆菌引起的尿路和全身感染，以及多重耐药金黄色葡萄球菌引起的细菌败血症。这些项目利用野生型或工程噬菌体或噬菌体混合物，来杀灭细菌。然而，治疗感染性疾病，并不是噬菌体药物的唯一方向。除传染病之外，皮肤疾病是另一个噬菌体极具潜力的领域。在这些针对皮肤疾病的项目中，大多数利用含有天然或工程噬菌体的外用凝胶或喷雾，来对抗痤疮皮杆菌——导致痤疮的凶手。事实上，这是微生物组药物开发最具潜在利润的领域之一：法国公司 Eligo Bioscience 与葛兰素史克公司在使用噬菌体治疗皮肤疾病方面签署的协议，包含了价值高达 2 亿欧元的许可费、潜在里程碑付款和版权税。针对金黄色葡萄球菌和其他细菌的噬菌体，也正在被用于治疗易受感染的烧伤和特应性皮炎，科研人员认为，在特应性皮炎中，细菌通过释放影响角质形成细胞和皮肤免疫细胞的毒力因子，来促进炎症的进展和恶化。值得注意的是，在感染性疾病和皮肤疾病方面，有 21 个药物开发项目利用的是内溶素，即噬菌体产生的水解酶，它可以作为一种分子杀菌策略，来破坏细菌细胞壁。这种策略在审批上甚至超越了噬菌体，内溶素相关产品已进入快速通道。实际上，来自微生物的分子（内溶素）比微生物本身（噬菌体）更适用于治疗，因为前者更具优势，包括在监管方面。此外，这些内溶素还可能会被进一步改造，以提高它们在根除不同微生物方面的特异性或有效性。在过去的几年中，免疫肿瘤学是噬菌体疗法增长最快的治疗领域。目前，近 20% 的药物开发项目都集中于这一领域，与过去两年相比，增长了近 300%。与治疗感染性疾病类似，噬菌体正在作为现有标准疗法的辅助疗法进行试验，比如杀死促癌细菌（例如促进结直肠恶性肿瘤的肠道微生物），或局部呈递表达肿瘤相关抗原的基因，以启动免疫系统并触发免疫反应。噬菌体还被用来调节菌群，去除或编辑与炎症性肠病（IBD）等免疫介导疾病的进展有关的细菌。有趣的是，最近噬菌体又被应用于一个新的领域：基于工程噬菌体的 COVID-19 疫苗。这些项目以噬菌体为递送载体，使受体细胞表达 SARS-CoV-2 刺突蛋白，以获得免疫，类似于广泛用于应对全球疫情大流行的 mRNA 疫苗。图2 基于噬菌体的药物在产业中的治疗应用（包括噬菌体和内溶素）2019 年和 2021 年数据的比较结果表明，噬菌体药物开发领域出现了一定的增长和发展，因为越来越多的公司参与到了将噬菌体作为药物产品的科技挑战中。目前有30家不同的公司从事噬菌体和/或内溶素的药物开发，比 2019 年增加了 60%。这些公司参与的研发项目数量也在短短 2 年内大幅增加（目前正在进行的项目为 100 个，而 2019 年仅为 52 个）。所有这些增长都伴随着大量的经济投资，在此期间，近 4 亿欧元（约合 28.78 亿人民币）的资金投入了该领域。根据 Microbiome Times 的记录，迄今为止，噬菌体药物研发公司获得的资金已接近 12 亿欧元（约合 86.35 亿人民币）。而研究项目所处的研发阶段，则是另一个用于描述该领域研发情况的有力指标：目前已经有 25 个噬菌体研发项目进入临床阶段。在这一研发领域中，唯一一个达到3期的公司研发项目，是 Contrafect 公司的 CF-301 项目（NCT04160468），该项目采用重组产生的细菌内溶素（exebase）治疗包括心内膜炎在内的金黄色葡萄球菌血液感染。虽然目前尚无利用噬菌体本身的研发项目进入临床 3 期，但已有 10 个项目进入 1 期（较 2019 年增长250%），有 7 个项目进入 2 期（较 2019 年增长 133%，见下表）。或许在不久的将来，我们就可以看到噬菌体疗法进入 3 期试验。然而，目前缺乏针对噬菌体疗法的具体法规，这也被业内人士视为一大挑战。从全球来看，目前除了一些东欧国家在多年前就批准了一些基于噬菌体的药物，其他欧美国家至今为止未有相关批准。虽然噬菌体疗法在许多国家都有应用，但这种应用都是同情/紧急使用，将噬菌体疗法作为治疗耐药细菌感染的最后手段，来治疗个别患者。在美国，这种用法已明确编入了 FDA 的扩大使用程序中9。在欧洲，该手段受法规（EC）No 726/2004 第 83 条保护，但由各成员国协调实施。因此，噬菌体疗法虽然可能会挽救生命，但是它们的使用是复杂的、不正规且难以普及的。基于此，生物技术和制药公司的兴趣，是寻找以标准化方式开发这些疗法的明确途径。在欧洲，欧洲药品管理局（EMA）承认，目前没有任何一项法规能够充分适用于噬菌体疗法，但它也认为，现有的药品监管框架，足以评估噬菌体疗法的潜在利益和风险。欧盟委员会在一份官方声明中表达了上述这一观点9,10。EMA 对于噬菌体疗法的建议有以下两个方面：首先，启动额外的临床试验，进一步记录噬菌体如何更好地应用于临床实践；其次，开发人员和赞助商应与代理机构就“如何在现有药品法律框架下开发这些药品”进行早期对话11,12。欧洲为了深入剖析对某些噬菌体疗法的监管方法，2021 年，EMA 对一种正在开发的药物进行科学分类，该药物包含携带编码 CRISPR/Cas 系统的重组 DNA 的噬菌体颗粒，能够特异性杀死大肠杆菌，用于治疗中性粒细胞减少患者的血液恶性肿瘤感染。该机构最后得出结论，基于活性物质的重组核酸含量以及该基因含量的表达与药物治疗效果的直接关系，因此该产品应按照基因治疗药物途径进行申报。美国的监管情况也是如此，在噬菌体疗法方面，虽有一些非约束性的行业指导，但缺乏具体的规定。不过欧洲与美国在实践方面却有所不同，如上所述，迄今为止，FDA 已经批准了多个噬菌体的临床试验。不过，对于内溶素来说，情况就不同了，它的情况更为乐观。内溶素是一种被分离出来的相对较小的分子，从生物化学的角度更容易表征，而且没有复制能力，它们在调控途径和化工生产与控制（CMC）方面也更加明了。在药物领域之外，美国和欧洲之间也存在一些差异。在美国，自 2006 年以来，FDA 共发出了 14 封无异议信函，作为噬菌体某些应用的一般公认安全（GRAS）申请，还有 1 封用于将内溶素作为食品成分。这些应用涉及保护食品安全，以防止李斯特菌、沙门氏菌、志贺菌、大肠杆菌、空肠梭菌和产气梭菌的侵袭。尽管这一过程由 FDA 的不同部门进行，但它证明了对于在人体中使用噬菌体，美国可能持有积极的看法。噬菌体的其他食品应用，包括声称的促进健康/功能特性，正在 GRAS 为基础的方式进行市场化。在欧洲，欧洲食品安全局（EFSA）于 2021 年初，就一种噬菌体产品首次发表了科学意见14，该噬菌体产品是一种饲料添加剂，这种添加剂由四种抗鸡沙门氏菌的噬菌体组成，用于农场禽类。虽然 EFSA 因评估的数据难以充分支持该产品的功效，而对该产品持消极意见，但 EFSA 认为该产品对动物、消费者或环境不构成风险，这表明噬菌体也正在被欧洲所考虑。噬菌体是一种具备对菌群进行高度特异性编辑潜力的工具。如上所述，最近噬菌体相关的进展，使噬菌体成为菌群研究的前沿之一。从生物学的角度来看，噬菌体比菌群的其他成员要简单得多，这可能使得开发噬菌体疗法也更容易。随着临床验证变得更加可靠，监管事务变得更加清晰，大公司将对使用噬菌体及其分子作为药物产生更大的兴趣。（滑动下文查看）
1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC3109452
2. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-60327-164-6
3. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00239-004-0046-3
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC3109452
5. https://www.nature.com/articles/s41564-021-00928-6
6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC3109452
7. https://www.who.int/publications/i/item/9789240021303
8. https://www.fda.gov/news-events/public-health-focus/expanded-access
9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC5812529
10. https://www.europar.europa.eu/doceo/document/E-8-2015-013488-ASW_EN.html
11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC5812529
12. https://www.ema.europa.eu/en/documents/other/workshop-treatheral-use-噬菌体-summary_en.pdf
13. https://www.clinicaltrialsregister.eu
14. https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/6534
https://www.microbiometimes.com/microbiome-editing-for-infectious-disease-and-more-an-overview-of-bacteriophage-drug-development/
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