便便简史 | 粪菌移植Vol.1
知几未来研究院粪菌移植专题第一篇
下图中的男性叫做Eric，是麻省理工学院的一名研究助理，而他的另一个身份是粪便捐赠者。
在过去的两个半月内，Eric共产生了10.6磅（约4.8kg）粪便。这些粪便将捐赠给波士顿西北部的一个实验室，足够治疗133名艰难梭菌的感染者。
而Eric也因此获得了1160美元的报酬。"送货上门"的Eric每次到访都将获得约40美元的酬劳，所以这几个月里Eric行走的画风常常是这样的：端着屎盆子👇
图中的技术员Christina Kim负责给粪便称重
但也并不是所有便便都是可用的。
首先，捐赠者要经过100多项临床评估。包括肥胖、抗生素使用、曾前往易感染疾病的地区旅行、甚至纹身都会让你失去成为捐献者的资格。
然后，捐献者的每次粪便都要通过形状的初筛。最完美的便便是“像香肠，但表面有裂缝”的3型和“像香肠或蛇，光滑而柔软”的4型。而其他类型要么过干、要么过稀，都不是很合适。
通过了初筛的便便，接下来将被放入一个透明的塑料袋，加入盐水震荡混合，然后再过滤。
这种富含菌群的滤液，将被保存在零下112度的冰箱中，直到捐赠者完成二级健康筛查后再分发，投入临床。
这种将一个人的粪便来治疗另一个人某些疾病的方法，在现代医学中被称作是粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)。
其本质是，将健康人群排出到粪便中的肠道菌群及其生存环境移植到另一个人的肠道中，帮助其重塑健康的肠道生态，从而实现对某些疾病的治疗。
这种治疗方式在中国也有👇👇👇
甚至可以追溯到1000多年前的东晋时期(公元300-400年)。
在炼丹术士葛洪收集民间偏方的著作《肘后备急方》中，首次记载了用粪清治疗食物中毒和严重腹泻的方子：“绞粪汁，饮数合至一二升，谓之黄龙汤，陈久者佳”。
一千多年后，李时珍在《本草纲目》中也曾记载类似偏方，“近城市人以空罂塞口，纳粪中，积年得汁，甚黑而苦，名为黄龙汤，疗瘟病垂死者皆瘥”，即口服粪水可以治疗严重腹泻、发热、呕吐和便秘等疾病。
流传至今，我们依旧能从中药中找到粪便的身影：金汁和人中黄。前者是采用男童冬至前后一个月的粪便发酵制成，后者则是在粪坑中浸泡过的装有甘草的竹筒。
电视剧《延禧宫略》中高贵妃就是因伤口沾到金汁而反复感染死亡
实际上，动物学家们很早就注意到不少动物和昆虫天生的就会吃便便，来保持肠道内微生物的多样性，使它们能够消化更多的食物；比如专门吃其他动物便便的屎壳郎，爱边排便边吃自己便便的兔子，吃同伴便便的白蚁；甚至一些更大型的动物，狗、马和大象等都有这样的行为。
到了17世纪，意大利解剖学家和外科医生Acquapendente根据贝都因人（Bedouin groups）中流传了上百年的秘方“食用骆驼粪便可治疗细菌性痢疾”，提出了“转宿”(transfaunation)这一概念，即将健康动物咀嚼过的食物转移到生病的动物身上来治疗胃肠疾病。
而后，这一方法在欧洲兽医中风靡一时。
家兔会在夜间排出盲肠便，类似于一串葡萄的形状。如果一只家兔拒绝吃自己的夜便，这可能是它不舒服的信号，需要尽快就医
而西方现代医学中将粪菌移植应用于人类的公认起源则是在1958年。
当时，一种名叫伪膜性肠炎的消化系统疾病死亡率高达75%，严重的情况下，即使采用抗生素、氢化可的松等常规治疗手段后，病人依旧可能出现严重腹泻，甚至是休克。
对此，美国科罗拉多大学医学院的外科医生Ben Eiseman及其同事，尝试性的采用了患者家属的大便制成的粪水，为4名重症伪膜性肠炎患者进行了灌肠，结果3例垂危患者都神奇地被治愈了，另1例患者则是死于与肠道感染无关的其他疾病。
这一“高光时刻”也被Ben Eiseman博士珍视了一生。
“In the early days of oral antibiotics we were plagued by frequent diarrhea in our patients due presumably to killing off intestinal bacteria. I was Chief of Surgery at the VA and simplistically considered merely reintroducing normal organisms to counter such absence. Those were days when if one had an idea, we simply tried it. It seemed to work and I wrote it up. It made a small splash...Best wishes.”
而同时代在美国东海岸开展的另一个相似实验，就没那么幸运了。
不仅试验被即刻叫停，采用这一疗法的外科医生也被医院开除了。尽管根据当时的报道，接受了粪便胶囊治疗的患者的确比其他患者的预后要更好。
此后，粪菌移植陷入了二十多年的沉默时代。
上述故事被美国微生物学家、斯坦福大学医学院微生物学和免疫学教授Stanley Falkow写入了个人博客中。Stanley Falkow参与了当年的粪便收集及整个救治流程
粪菌移植的再次重启是从一种叫做艰难梭菌（Clostridium difficile,C. difficile) 的细菌开始的。
艰难梭菌首次发现于1935年，是新生婴儿肠道中正常菌群，在2岁以上儿童的肠道菌群中占比约3%；但随着抗生素时代的开启，情况发生了变化。
1977年，医生们发现临床中大量使用头孢霉素、红霉素等抗生素，会导致艰难梭菌大量生长，从而引发严重腹泻、伪膜性结肠炎、肠梗阻等疾病。
更可怕的是，抗生素只能杀伤艰难梭菌, 但是不能杀灭其所产生的孢子（即细菌的繁殖体），还可能导致对抗生素耐受型的艰难梭菌菌株出现。
很快，常规治疗手段便在与艰难梭菌的对战中落下阵来，而艰难梭菌感染的发病率、复发率还在持续走高。
艰难梭菌传播路径示意图。包括接触沾有少量这种粪便的物品或表面、卫生保健工作者照顾完一个有艰难梭菌的病人以后不洗手，或不清洁设备都可能导致艰难梭菌的传播
再一次，束手无策的医生们将希望寄托在了那个“古老的秘方”上。
1981年，美国Bowden团队通过经小肠置管输入粪液的方法， 成功治愈16例伪膜性肠炎患者。
1983年，顶级医学期刊《柳叶刀》报道了首例粪菌移植用于复发性艰难梭菌感染（CDI）的治疗：瑞典的Schwan团队利用粪便菌液对CDI患者进行直肠灌肠，并且获得很好的疗效。
自Eiseman的实验以来，全球有报道的因CDI接受了粪菌移植的治疗超过了700例。调查显示，90%以上的复发艰难梭菌病例，在接受了粪菌移植的治疗后都获得了临床治愈，疗效优于抗生素疗法。
不止如此，患者的态度也在粪菌移植后发生了变化。2012年一项调查显示，73%的患者表示，愿意再次接受FMT，53%的人则表示以后会将FMT作为治疗艰难梭菌感染的首选方法。
不过，对于大众和主流医学来说，粪菌移植仍属于边缘医学。
粪菌移植时间线
图片来源：Gut Microbes（2017）
2012年10月，时任南京医科大学第二附属医院消化医学中心的张发明教授团队成功实现了粪菌移植的流程标准化，并将其应用到了难治性炎症性肠病等复杂肠病的治疗中（美国临床试验网注册号NCT01790061、NCT01790711、NCT01793831)。
此后，大量倡导标准化、人性化的粪菌移植研究和试验如雨后春笋般涌现。
一系列相关研究还得到了《American Journal of Medicine》、《New England Journal of Medicine》等顶级临床刊物的认可。
2013年初，粪菌移植被正式写入了美国临床指南，用于复发性艰难梭菌的治疗，并入选了时代杂志当年的“十大医学突破”。
这一刻，争议了半个多世纪的粪菌移植，第一次真正走入了大众和主流医学视野。
然而，对粪菌移植的第三次“冲击”也悄然而至。
2013年5月，美国食品药品管理局(FDA)发布了一项声明，将人类粪便定义为了“生物产品和药品”，归属FDA管理。
这就意味着，任何医生如果要采用粪菌移植，那么必须提前提交研究性新药(investigational new drug, IND)的申请，并注明具体操作步骤、纳入和排除的标准、治疗过程中可能出现的不良反应及其处理等内容，然后等待FDA的批准。
一般来说，这一套流程的周期大约需要30个工作日👇
部分学者认为这种规定完全阻碍了粪菌移植的发展，主张“应该将粪便当作人体的组织和器官，像器官移植的供体那样进行管理”；美国布朗大学医学院的胃肠病学专家Colleen Kelly博士说：“看到过度监管再次破坏医疗保健领域有益于社会的新生事物，相当令人沮丧”。
另一部分学者却坚持“把移植用的粪便按照药物管理是很有必要的”。
上海交通大学教授赵立平博士就曾在博客上公开表示“坚决支持美国FDA把粪菌移植的粪便当作药物来管理的做法”，并分享了一个案例：
我们曾经做过一项把人的菌群移植给新生仔猪，构建人源菌群猪模型的研究。
我们采集的粪便来自一个10岁的健康男孩。一开始的几批试验都很成功，大量分子证据也表明，人的菌群中的很多成员可以在小猪肠道里定植，模型构建使成功的（论文发表在2007年的ISME Journal）。没想到，春节过后，重新开始的试验中，出现了小猪大量腹泻、死亡的现象，造成试验失败。我们从死亡小猪的组织里分离到了一种肺炎克雷伯氏杆菌，检查出了它携带毒素基因，接种给新生小猪也的确可以引起腹泻。
可是，我们在饲料、猪栏、饮水、甚至空气中都查不到这个病菌。那这个病菌是从哪里来的呢？最后我们检查了供体的粪便悬液，原来这个病菌是从供体肠道里来的。
不过，我们去采集孩子的粪便样品时，他活蹦乱跳，根本就没有任何疾病的迹象呀？我们仔细与孩子的妈妈进行了交流，才发现，孩子在春节期间拉肚子、发烧病了几天，吃了抗生素，病就好了。
没想到，虽然孩子身体好了，那个病菌却在他的肠道里潜伏了下来。等到我们把春节后的粪便悬液灌给刚刚出生的小猪时，由于这些小猪免疫力很弱，病菌就大行其道，最后引起腹泻、发烧和败血症，并使大多数小猪死亡。
对此，我们提出，做菌群移植时，必须关注供体人的粪便是否有致病菌存在，而且，最好要用动物模型检验一下制备好的粪便悬液是否安全。
我们的这个研究经历，使我们对粪便移植产生了一定的“恐惧心理”。因为，肠道菌群很复杂，里面的条件致病菌种类很多，用现有的检测方法不一定能都检测出来。如果不幸使用了带有病菌的粪便，病人不但不能被治疗，甚至会感染新的疾病，乃至有生命之虞。
正因为这样，我本人坚决支持美国FDA把粪菌移植的粪便当作药物来管理的做法。对于供体的粪便，要做各种严格的检查，并且一定要通过动物试验先证明其安全性，才可以用于病人移植。
赵立平，博士生导师。上海系统生物医学研究中心副主任。国际微生物生态学会（ISME）常务理事，Systematic and Applied Microbiology 等国际刊物编委
与此同时，粪菌移植在民间的呼声却达到了空前的高度。甚至，它和大众的距离甚至要比我们预想的更近、更密切。
2012年，麻省理工大学博士后Mark Smith创立了非营利粪便库OpenBiome，为美国122家医院提供粪菌移植所需的粪便样本。
在民间，它还有个更广为人知、更亲切的称呼：“大便银行”。
OpenBiome海报
同一年，首个指导普通人在家DIY粪菌移植的视频登上了Youtube，六个月内观看次数就突破了20000次；视频中提到的DIY粪菌移植工具包括：用于收集的塑料容器、乳胶手套、奶昔搅拌机、金属筛、一次性灌肠瓶、0.9%的盐溶液、一个大量杯以及一个塑料勺。
截止到2019年5月，Google上“DIY FMT”的搜索结果已经超过1680000条。
视频中的女性叫Catherine Duff，是粪便移植基金会(Fecal Transplant Foundation)的创办者，她发布了首条DIY粪菌移植的视频
“大便运动”发展至今，英国、荷兰、中国香港等地都拥有了自己的“大便银行”；而中国内地的第一个“中华粪菌库”，是在2015年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创立的。
据报道，目前国内已经或准备开展粪菌移植的医院突破了30家。
据分析公司GlobalData预测，到2026年，针对艰难梭菌感染的药物疗法的市场预计将从2016年的6.3亿美元增长到17亿美元。
越来越多的医学及生物伦理学领域的专家、学者和医生也选择了站出来发声，呼吁FDA为这一开创性的新疗法制定一个新的监管类别。
最终，各方激烈反弹下，FDA适当地放松了监管，对粪菌移植提出折中的“自由裁量权”，即对于经抗生素治疗无效的患者，FDA将暂停执行其严格的规定，允许他们使用粪便移植。
而在我国，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。
2016-2018年间国际上关于粪菌移植的指南或建议更新情况
粪便移植对肠道多样性的恢复情况
图片来源：Human Microbiome Science(2013)
政策层面的不明朗，或许与当前微生物组疗法市场的尴尬现状密不可分。
刊发于2018年《Nature Biotechnology》上一篇题为《Translating microbiome futures》的研究言辞犀利：投资市场火热，但真正进入第三阶段试验的却是少数。
部分活体生物治疗药品在研项目
资料来源：各公司官网、广证恒生
部分国内已上市的微生态制剂
资料来源：CFDA、公司官网、药品说明书、广证恒生
而随着人类微生物组计划（Human Microbiome Project）的推进，更多基于粪菌移植本身的期待和疑问，也接踵而至：
粪菌移植治愈艰难梭菌感染的机制究竟是什么？
现有的婴幼儿及成人供体选择的依据是什么？
粪菌移植短期内没有观测到不良反应，长期呢？它是否会传播其它疾病？
除了艰难梭菌感染和炎症性肠病，粪菌移植的治疗适应症是否能进一步扩大？
人类微生物组计划将肠道菌群大致分为以拟杆菌属、普里沃菌属和瘤胃球菌属为代表的三种不同类型。那么供体的选择是否也要根据这一分型来选择？还是需要更加个体化的方案？
应该如何定向培养所需的肠道微生物，并精准将其的引入和移植到人体中？
经历三起三落的粪菌移植，终将走向何方？带着这些疑问，我们将在粪菌移植专题的后续文章中继续与大家一一讨论。敬请期待。
关于粪菌移植，你还有哪些看法、疑问和期待？不妨也留言告诉我们。
参考资料
[1]Microbiota: Reseeding the gut.Nature (2016)
[2]Fecal microbiota transplantation in metabolic syndrome: History, present and future.Gut Microbes(2017).doi: 10.1080/19490976.2017.1293224
[3]张发明,龙楚彦,李潘.粪菌移植体系的整体整合医学思考.生命科学(2017).DOI: 10.13376/j.cbls/2017089
[4]崔伯塔, 王敏, 季国忠, 范志宁, 张发明,粪菌移植: 公元4世纪至2013年.世界华人消化杂志(2013).doi:10.11569/wcjd.v21.i30.3222
[5]好奇心日报.粪菌移植疗法到底算不算一种药物？其争议将决定患者命运
[6]One man's poop is another's medicine.CNN Health(2015)
[7]Stanley Falkow.Fecal Transplants in the “Good Old Days”
[8]Edelstein.Ensuring the safe and effective FDA regulation of fecal microbiota transplantation.Journal of Law and the Biosciences(2015).doi:10.1093/jlb/lsv032
[9]Schwan A, Sjölin S, Trottestam U, Aronsson B. Relapsing clostridium difficile enterocolitis cured by rectal infusion of homologous faeces. Lancet(1983)
[10]Guidelines for diagnosis,treatment,and prevention of Clostridium difficile infections. Am J Gastroenterol(2013).doi:10.1038/ajg.2013.4
[11]赵立平.为什么美国FDA要把人的粪便当作药物来管理？
[12]Taroncher-Oldenburg G,et al.Translating microbiome futures.Nat Biotechnol(2018).doi: 10.1038/nbt.4287
[13]TIME.Top 10 Medical Breakthroughs（2013）
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