近年来，病原菌对抗生素逐渐产生耐药性。从最初的青霉素耐药菌发展到万古霉素耐药菌、多药耐药菌以及不断出现的 “超级细菌”，正在世界范围内对人类健康构成严重威胁。
如何有效解决耐药性问题成为非常现实和严肃的课题。进入 20 世纪 70 年代以后，西方发达国家逐步加强对抗生素的再评价及监管力度，同时开始探索新的替代治疗方案。其中，噬菌体（Bacteriophage, phage）—— 这种古老的 “细菌杀手” 再次进入研究人员的视线。
相关研究兴起的同时，投资市场闻风而动。自 2021 年初至今，噬菌体市场获得超过 1 亿美元的融资支持。其中，仅 30% 进入了农业应用领域的口袋，其余大部分均用于医疗研发用途。
早在今年五月，智能化的工程噬菌体专家 Adaptive Phage Therapeutics（APT）获得了由梅奥诊所和 Deerfield Management 支持的总计 4080 万美元的 B 轮融资。
10 月 19 日，临床阶段的生物技术公司 Locus Biosciences（以下简称 Locus）宣布获得来自 Hercules Capital, Inc.（NYSE：HTGC）提供的高达 2500 万美元融资，用于开发更精确的工程噬菌体疗法从而靶向多种细菌和炎症疾病。
对比噬菌体领域在过去一个世纪近乎停滞的发展进程，与合成生物学、基因编辑等新兴技术的结合正在有效规避其在应用方面的限制，继工业、农业领域的产品进入市场后，未来的医疗产品也在逐步推进。
天然细菌 “捕食者”
噬菌体是一种体积较小、没有细胞结构的病毒，结构也十分简单，主要由蛋白质外壳和内部的 DNA 组成。根据噬菌体种类的不同，其杀灭宿主细菌的作用模式也不完全相同，而广泛用于研究的经典模式是穿孔蛋白−裂解酶途径。该作用过程中，噬菌体首先依靠蛋白质外壳靶向宿主，进入细菌体内后通过自身繁殖和裂解破坏宿主的细胞结构并导致其死亡。此后，大量繁殖的噬菌体又将冲破死亡细菌，再去感染下一个目标，最终造成群体性杀灭的效果。因此，噬菌体又被称作 “细菌病毒”。该过程中，两种由噬菌体编码产生的酶类起到了关键作用。胞外溶素是噬菌体结构蛋白，用于切割细菌细胞壁上的特定化学键，使噬菌体能够穿透细菌细胞。另一种是噬菌体裂解酶，也称为內溶素，其能够通过水解肽聚糖造成细菌的破裂并死亡。除此之外，裂解酶的细胞壁结合功能域能够特异性的识别特定种属的细菌，具有很强的特异性。噬菌体并不是近年来的新发现，早在 1915 年和 1917 年，英国微生物学家 Frederick W. Twort 和法国病毒学家 Felix d' Herelle 各自独立发现了这种能够杀死细菌的病毒。在发现之初，噬菌体已经作为抗细菌制剂用于人体治疗，曾广泛用于伤寒、痢疾、结肠炎等细菌感染性疾病。然而由于抗生素的广泛使用，噬菌体始终未在世界范围内形成产业化规模。自 20 世纪 90 年代以来，由于细菌感染导致的食源性疾病频频发生，同样难以解决的还有细菌的耐药性问题，特别是 “超级细菌” 的出现，使得抗生素治疗面临巨大挑战。在这种环境下，开展噬菌体疗法的相关研究又一次成为了业界热点话题。大量研究成果显示，噬菌体在人、家畜、水产养殖以及农作物的细菌性感染防治方面，以及食品保鲜和抗微生物污染等方面均具有应用优势。与抗生素制剂相比，噬菌体疗法不受细菌抗药性的影响，且兼具特异性强、增殖速度快等优势，成为了推动该疗法研发进程的核心要素。不过，天然噬菌体疗法也有其局限性，包括宿主范围狭窄、细菌对噬菌体耐受、自身携带毒素以及容易被免疫系统清除等等。除此之外，噬菌体的大量基因功能尚不清楚，基于安全层面考虑，也大大限制了其应用范围。农业产品率先进场，医疗板块刚刚起步
由于此前针对于天然噬菌体的研究并未形成规模化，除格鲁吉亚、俄罗斯等少数东欧国家具备长期研究基础之外，全球范围内的噬菌体研究普遍处于早期阶段。从应用领域上看，当前噬菌体的研究以医疗用途和工 / 农业用途共分天下。具体到已上市产品，则集中在工业、农业方面，主要以作物科学、食品安全、饲料添加剂及兽药类用途为主，从而解决农业种植、动物健康及食品安全等方面的问题。截至 2020 年的数据统计，美国、中国、韩国是主要的噬菌体专利研发聚集地，其中美国在该领域研究及专利申请方面具备一定的优势和领导地位。在我国，江苏省农业科学院和中国科学院深圳先进技术研究院在噬菌体专利申请方面有突出战果。目前，我国部分科研机构和企业正在进行噬菌体产业化尝试。不过，已经进入市场的产品管线仍限于作物防病、动物健康及食品安全等，当前以青岛诺安百特与上海菲吉乐科占据赛道头名。而涉及到人类医疗用途方面，以噬菌体的具体作用划分，可细分为噬菌体疗法、相关酶类制剂以及充当病毒载体三个方面。在早期研究中，作用范围狭窄是噬菌体疗法的主要限制因素。尽管在体内有高达上万亿的噬菌体存在，但每个噬菌体却只会被特定的细菌菌株所吸引。因此，识别并搭建针对特定微生物的一组噬菌体，是一个既费力又昂贵的过程。在此条件下，噬菌体鸡尾酒疗法在缓慢进展中逐渐成形。不过，目前仅有全球最大的噬菌体治疗机构 —— 来自格鲁吉亚的 ELIAVA 研究所在该国推出了用于对抗细菌感染的噬菌体制剂。近年来，随着 DNA 测序和人工智能（AI）技术的快速发展，使得噬菌体筛选及疗法构建变得快速高效。例如早期 AmpliPhi Biosciences（APHB）通过对噬菌体进行测序，快速寻找并确定所需要的噬菌体。而初创企业 APT 则建立起存储噬菌体的基因数据库 PhageBank，噬菌体医疗进入了加速模式。另一方面，合成生物学、基因编辑工具的广泛使用，也在精准治疗的基础上拓展了噬菌体的作用范围。基于 CRISPR、人工合成等技术构建的工程化噬菌体能够有效解决细菌耐受性、噬菌体自身毒性等问题，为广泛取代抗生素、实现精准治疗感染性疾病带来了希望。在 2016 年，APT 公司用噬菌体疗法成功治疗了一名多耐药性的鲍曼不动杆菌患者，加州大学圣迭戈分校教授 Thomas Patterson。这也是在人类身上获得成功的首例噬菌体疗法。图丨 MDR 鲍曼不动杆菌感染者 Tom Patterson不过，相较于其在 19 世纪初期的大胆探索，目前科学界对于噬菌体药物的态度变得更加谨慎。部分科学家指出，细菌与人类之间具有广泛的相互作用，而在过去，噬菌体与人类之间并没有建立直接联系。除此之外，既有的药物监管途径并不适用于噬菌体治疗， 其生产、应用也缺乏质量控制标准和安全评价体系。因此，噬菌体相关疗法的安全性和可靠性仍需考证。不过，随着噬菌体疗法的不断发展，世界最大的医药监管中心 FDA 正在逐渐建立起对于该疗法的评价体系，基于噬菌体疗法的研究和临床试验已经陆续开展。目前，噬菌体疗法已经于尿路感染、前列腺癌、急性扁桃体炎、艾滋病毒感染、伤口感染、轻度胃肠道感染、原发性免疫缺陷病、下肢静脉溃疡、结核病、囊性纤维化等多种疾病中开展临床研究。包括 Armata Pharmaceuticals Inc、APT、BiomX Ltd、Locus Biosciences、Micreos BV、Phagomed Biopharma GmbH、iNtODEWorld Inc 等在内的十余家生物技术企业成为了该领域内的主要玩家，并先后进入临床阶段。2015 年，来自麻省理工学院的华人教授 Timothy K. Lu 共同创办了以色列明星噬菌体疗法企业 BiomX，该公司致力于消灭慢性疾病（如炎症性肠病）中的有害细菌以及预防和修复类的皮肤用药。目前旗下拥有 5 项在研管线，分别针对痤疮、炎症性肠病（IBD）和原发性硬化性胆管炎（PSC）、囊性纤维化、特异性皮炎、结直肠癌（CRC）。其中，前两者疾病的管线已经进入临床阶段。同样引人注目的还包括在 2016 年登上热搜的 APT，该公司目前正在将工程化噬菌体与 AI 技术相结合，致力于在全球范围内推进其应对多种耐药性（MDR）致病菌感染的疗法。图丨 APT 研发管线（来源：Adaptive Phage Therapeutics）在我国，2017 年上海噬菌体与耐药研究所在复旦大学附属上海市公共卫生临床中心挂牌成立，从事噬菌体研究和临床转化中心，致力于提升中国对抗感染性疾病的医疗能力。该中心的朱同玉教授团队于 2018 年成功应用噬菌体疗法治愈一位多重耐药的肺炎克雷伯菌感染患者。除了直接的噬菌体疗法，近年来，噬菌体裂解酶药物同样成为了研发热点。与噬菌体治疗相比，裂解酶是蛋白质，既可以方便地进行设计和改造，同时还保留了特异性强、耐药性低的优势，并且能够建立明确的质控标准。目前，以美国生物科技公司 ContraFect 以及韩国生物科技公司 iNtRON Biotechnology 旗下的 iNtODEWorld Inc 为首研发的裂解酶药物已经进入临床阶段，并显示出治疗耐药菌感染的较大潜力。除了利用噬菌体本身具备的治疗功能之外，利用噬菌体与细菌的 “追捕” 关系可用于打造噬菌体病毒载体，从而携带抗原、抗体、药物或相关受体，该类药物用于肿瘤、神经退行性疾病等的治疗研究在近年来热度不断上升。以法国的临床前生物技术公司 Eligo Bioscience SA 为例，该公司正在通过 CRISPR-Cas 技术，打造非复制型的噬菌体递送工具。该技术使用了来自噬菌体的衣壳，能够将基于 CRISPR 编辑的治疗性 DNA 传送到微生物群的细菌群中，精确消灭有害细菌菌株。目前，该公司正在为涉及多种疾病领域（包括传染病，炎性疾病和自身免疫性疾病）的微生物物种开发噬菌体衍生的 DNA 治疗载体。另一个噬菌体用于递送的典型案例则是 COVID-19 疫苗。2020 年，APT 公司宣布将基于噬菌体的平台技术开展 COVID-19 疫苗的研发工作。该公司表示，基于噬菌体的疫苗经过工程改造，可以在衣壳表面表达冠状病毒的表位，从而进行给药并引发免疫反应。2020 年 11 月，其噬菌体新冠疫苗项目已经进入临床阶段。今年 1 月，法国 Eligo 与葛兰素史克（GSK）达成一项价值 2.24 亿美元的合作，将通过开创性的基于 CRISPR 的噬菌体递送疗法用于治疗或预防痤疮。此外，包括默沙东（MSD）、杨森与勃林格殷格翰在内的多家制药企业，均已各自与噬菌体医疗领域的头部企业达成合作。全面禁抗时期，投资机构 “广撒网”
2020 年，中国农业农村部发布了相关的规定，全面实行饲料禁抗措施。在禁抗的大环境下，基于农业、养殖业、食品制造业的基本需求正在持续推动市场增长。据 Sheer Analytics and Insights 发布的相关市场研究报告称，全球噬菌体治疗市场在 2019 年为 6.2 亿美元，预计到 2028 年将达到 13 亿美元，预计在 2020-2028 年之间该行业的复合年增长率（CAGR）将达到 7.4%。随着噬菌体的研究与产业崛起，该领域内各企业齐头并进。鉴于研究仍在初期，目前难以形成垄断局面。也因此，不少投资机构、制药企业开启了 “广撒网” 的模式。自 2016 年以来，噬菌体领域内的融资、合作交易正在逐年上升。例如依靠 “乐虾” 解决虾养殖早死综合症的上海菲吉乐科，曾先后得到药明康德与上海复兴医药的支持。成立于 2017 年的诺安百特也于转年完成 2000 万元的 A 轮融资。图丨菲吉乐科融资信息（来源：CB Insights）回到医疗领域，尽管尚未有成熟产品上市，但是基于其巨大的应用潜力，该赛道已经跑出三家上市企业。2019 年，BiomX 通过 SPAC 的方式成功在纽交所上市，成为全球首家噬菌体疗法上市企业。而裂解酶药物制造商 ContraFect 更是已经突破上亿美元的市值。据 CB Insights 数据统计，自 2016 年以来，噬菌体相关产业共收获融资近 4 亿美元，受惠企业不足 20 家，也反映了当前市场普遍的观望态度。毕竟，最快的药物研发进程刚刚抵达 II 期，而相关监管机构在政策上的不确定性也将成为巨大的限制因素。过去十年中，抗生素对人类的威胁促进了噬菌体疗法的研究，基于合成生物学、基因编辑等技术的结合更产生诸多令人振奋的结果。当前，世界各国政府和研究者都在重新审视噬菌体的治疗作用，已有多类基于噬菌体的疗法进入临床研究阶段。同时，国内多家企业与研究机构正在研发噬菌体相关技术与产品。不过，噬菌体大规模走向临床仍然有一些问题亟待解决，相关疗法和制剂的质量控制标准、临床风险等仍需系统性的建立与评估。- https://www.biospace.com/article/releases/locus-biosciences-secures-financing-of-up-to-25-million-from-hercules-capitalproceeds-to-be-used-to-advance-development-of-synthetic-biology-engine-and-manufacturing-capabilities/
- DOI:10.13523/j.cb.2006052
- DOI:10.1016/j.mib.2007.08.002