艰难梭菌感染外，粪菌移植适应症的当下和未来 | 粪菌移植Vol.2
在知几未来研究院粪菌移植系列文章的第一篇《便便简史》中，我们带着大家一起回顾了粪菌移植三起三落的历史，东西方的医学理念和探索最终在粪菌移植上实现了奇特的结合。
现有的婴幼儿及成人供体选择的依据是什么？ 粪菌移植治愈艰难梭菌感染的机制究竟是什么？ 粪菌移植安全性如何，是否会传播其它疾病？ 除了复发性艰难梭菌感染，粪菌移植的治疗适应症是否能进一步扩大？
这也是今天这篇文章，我们要和大家探讨的话题。
当下：粪菌移植应用的四大困境
粪菌移植和艰难梭菌的渊源是从半个世纪前开始的。
随着抗生素时代的开启，临床中抗生素使用越来越频繁。抗生素滥用，除了会导致艰难梭菌大量生长，引发严重腹泻、伪膜性结肠炎、肠梗阻等疾病，还给人类制造了一个前所未有的敌人——对抗生素耐受型的艰难梭菌菌株——在它手下，即便是“身经百战未尝一败”的艰难梭菌一线治疗药物甲硝锉也屡屡战败。
2017年，甲硝唑正式退出美国传染病协会指导方针。
与此同时，复发艰难梭菌患者与健康人群的肠道菌群差异的也被揭示——移植前Lachnospiraceae、Ruminococcaceae、Bacteroidaceae丰度较低，而Enterobacteriaceae、Lactobacillaceae、Veillonellaceae丰度较高。
因而，在抗生素治疗前，通过粪菌移植（FMT）优先恢复肠道微生物的组成和功能，作为艰难梭菌感染的潜在替代治疗方案迎来了全所未有的关注。
自第一例粪菌移植手术以来，全球有报道的因复发性艰难梭菌感染（CDI）接受粪菌移植的治疗的案例有700多例。 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；疗效优于标准抗生素疗法（万古霉素和非达霉素) 或安慰剂。 73%的患者表示，愿意再次接受粪菌移植，53%的人则表示以后会将粪菌移植作为治疗艰难梭菌感染的首选方法。 仅采用粪菌移植进行治疗和预防进一步复发艰难梭菌感染的总体疗效率在80%-90%之间。 在移植后的6个月、20个月、甚至1年内，受体肠道微生物群的多样性和细菌丰度都与健康捐赠者表现出接近（尽管个体间恢复有差异）。 ……
总的来说，这些试验都指向了同一个结果：健康捐赠者粪菌移植优于安慰剂。
图1:粪菌移植治疗难辨梭状芽胞杆菌复发感染的机制
然而，这些研究中最关键的部分——不良反应——却始终缺乏一致的安全信号；在各项研究中，最常见的不良反应是腹部不适。这也直接让我们在粪菌移植适应症的当下和未来探索中，只能裹步不前。
而缺乏一致的不良反应并非是粪菌移植应用路上的唯一障碍。
尽管大量试验证据都表明，粪菌移植在治疗复发艰难梭菌上表现出的安全性和有效性，它却并没有真正广泛地应用于临床实践，也没有被美国 FDA 批准用于美国临床使用。从全球范围来说（尤其是美国和欧洲），法律和监管仍是当下粪菌移植面临的最复杂的问题之一。
表2:2016-2018年间国际上关于粪菌移植的指南或建议更新情况
以欧美为例。
在美国，人类粪便被FDA 将定义为“生物产品和药品”加以管理，同时，对使用粪菌移植治疗复发性艰难梭菌感染持有执行裁量权，因为它“旨在用于疾病的诊断、治疗、缓解、治疗或预防”。
这就意味着，任何医生如果要采用粪菌移植，那么必须先经过一个约30天的标准流程：包括提前提交研究性新药(investigational new drug, IND)的申请，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。
不少从业者指出这一监管措施影响了粪菌移植的推广，建议将粪菌移植归为类似于组织或器官移植。但实际上，随着近年来粪菌银行（大便银行）的数量不断增加，粪菌移植的监管早就变得更加复杂。
简单来说，粪菌银行提供了一种一对多的粪菌移植模式——集中生产粪便库的粪便材料，然后将其用于治疗多名不同患者。从商业化角度来说，是高效的。
但粪菌银行提供的广泛测试中却缺少了对捐赠粪便的的直接测试，因而很可能随着同一供体粪便的传播，引发广泛的感染性病原体传播，以及与微生物群变化相关的其他潜在未知风险。这一点，早在2016年更新的指南草案中，FDA就曾预警。
而在欧洲，粪菌移植目前尚不受欧盟颁布的三个细胞指令中（European Union Tissues and Cells Directive）监管，因此，在欧洲各国中，粪菌移植的监管仍各自独立。
以英国为例。粪菌移植目前属于药用产品，受到药品和保健品监管机构（Medicines and Healthcare products Regulatory Agency）监管。一些具体细则还包括：对于以特定的患者为基础，开具的粪菌移植处方，其供应属于药剂豁免，保有适当的管控和可追溯性；对于临床试验中的粪菌移植，则需要试验性药物生产许可证；如果生产达到所谓的工业水平（还没有正式定义），则需要正式的制造商以及许可证……
而这些资格的获取需要大量的专业知识背景、费用、以及专业的试验设备和人员，因此，直到2018年，英国国内拥有相关牌照的机构还屈指可数。
关注这一领域的朋友们，或许还记得今年6月的案例：两名免疫功能受损的患者在接受研究性粪菌移植治疗时，出现了多重耐药菌（multi-drug resistant organisms，MDROs）感染，其中1人死亡。研究中采用的粪便样本来自同一名捐赠者，本身携带有ESBL大肠杆菌——显然，该实验团队事前没有检测到，或是没做检测。
该事件后，监管口径进一步缩小，FDA 叫停了一些正在进行的粪菌移植的临床试验，而恢复则需要等到“研究人员证明供体粪便检测的程序已经完善”。这一类的事件都提示，应当对供体中的潜在病原体进行严格检测，这一点也得到了诸多指南的支持。
点击上图可查看知几未来研究院对2019年6月粪菌移植致死试验的报道回顾
在采用粪菌移植治疗艰难梭菌感染的实践中，较值得大家关注的是2018年由Allegretti教授和他的同事提出的简化5D应用框架。
该框架提出第一个考虑因素是决策，包括病人的选择以及确定病人是否适合粪菌移植；而粪便捐赠者则包含了两种来源：病人导向来源（patient-directed）或粪菌库。
决定（Decision）
决定病人的资格临床医生对适应症和所有可用的艰难梭菌感染测试结果的审查。
目前，符合条件的患者包括：三分之一以上的已被确诊为艰难梭菌感染患者，以及在第一次和第二次感染后都接受了住院治疗的二次感染患者。
对于首次感染艰难梭菌感染的患者不建议进行粪菌移植。
捐赠（Donor）
粪便捐赠者则包含了两种来源：病人导向来源（patient-directed）或粪菌库。前者是指，供体是由患者识别并筛选的，后者则是源于定期接受筛查的健康志愿者。
大多数医生使用的粪便来自于粪菌银行或是医院内部的粪菌库。二者对比来说，粪菌银行采用的粪菌样本筛查也更彻底和先进，这一点对于减少护理延迟来说有所帮助。
捐赠者的筛查中比较关键的部分包括：健康检查、血液检查以及粪便检测。
讨论（Discussion）
讨论包括与患者沟通粪菌移植可能带来的风险、收益以及替代治疗。常见的轻微不良事件包括：腹泻、腹部绞痛、恶心、发烧、腹胀、胀气和便秘。对于感染传播的潜在风险，也应一并告知患者。
移植（Delivery）
移植方式根据临床情况差异而有所不同。常用的移植方式包括用于上消化道移植的上内镜、鼻肠管或胶囊，以及用于下消化道移植的结肠镜、软性乙状结肠镜或灌肠。
预后（Discharge）
粪菌移植后，应指导患者正确清洁高接触表面区域，以及如何管理抗生素。
同时，需要做好随访以评估不良事件，在移植后第8周（或更长）还要评估艰难梭菌感染复发的风险。目前，治愈定义为艰难梭菌感染后第8周无腹泻。如果出现腹泻，则应使用两步检测算法（包括毒素酶免疫试验）进行阴性检测。
临床实践的缺乏、标准化流程的缺失，也直接带来了粪菌移植应用中的第四个挑战——时机和管理。
究竟该在什么时候才用使用粪菌移植？
不同疾病中粪菌移植介入的时机有区别吗？
粪菌移植介入时机不同，对治疗结果有影响吗？
……
尽管已有的试验证据表明，艰难梭菌在艰难梭菌复发治疗和预防中展现了非凡的能力，但对多数患者而言，目前粪菌移植在适应症和介入时机还是比较局限的。（这一部分我们也将在下一章节中详细展开）
例如，对于原发性艰难梭菌感染的试验数据就极少且效果不佳。在第一批比较万古霉素和 FMT 的试验中，粪菌移植也没有在首次感染患者的症状消除中展现任何优势。2018年，一项比较粪菌移植和甲硝唑灌肠的研究结果也显示，两组的治愈率没有几乎没有差异。
此外，粪菌移植在成人艰难梭菌复发治疗和预防中展现的超能力，能否推及到儿童患者中的试验证据也是缺乏的。
未来：粪菌移植适应症的拓宽
截至2019年8月15日，clinicaltrials.gov 显示的FMT治疗各种疾病的注册试验达到了249例。
知几未来研究院也总结了这些试验所涉及到的疾病，和大家一起来共同探寻这些试验背后可用的实验数据以及可能的未来。
表3:正在进行的采用FMT作为非艰难梭菌感染的实验性疗法的随机试验
FMTs循环+万古霉素，治愈率可超过90%
此前，关于粪菌移植治疗艰难梭菌感染的大量试验数据都集中在复发性艰难梭菌感染这一部分。现在，有关严重和暴发性艰难梭菌感染的治疗已经出现。
有8%艰难梭菌感染住院病人会发展成严重或暴发性艰难梭菌感染，需要通过结肠切除术加以干预；另一方面，即使是及时手术、外科医生经验丰富，这种切除手术的死亡率仍高达30%-50%——而这是三成以上的严重感染患者都有的经历。
粪菌移植目前可应用于严重艰难梭菌感染患者，包括无法进行结肠切除手术的患者中。
但需要注意的是，早期单一FMT虽然能够迅速提供症状改善，但如果没有持续的抗艰难梭菌抗生素治疗或重复FMTs，许多患者最终还是需要面临死亡或手术。
因此，临床中在应对严重艰难梭菌感染时多采用快速连续的FMTs循环，部分病例在移植间还需要使用万古霉素，治愈率可以接近或超过90%。
比如，2017年《Gut Microbes》上一则研究中提到的以伪膜为导向的FMT协同治疗方案（a pseudo-membrane-driven sequential FMT protocol），在非控制的试点研究中已经获得了惊人的效果。具体来说，当患者接受多个FMTs联合万古霉素治疗直到假膜完全溶解时，获得了100%的治疗成功；而单一FMT后给予14天万古霉素治疗时，治愈率为75%。同时，在该院艰难梭菌感染住院病人中引入FMT后，难辨梭菌感染所需的结肠切除手术已经显著减少。
图4:第一次粪便菌群移植后的患者存活时间：1个月总生存率为93%，1月总生存率76%
另一项报道来自于美国的一个三级保健中心，当中心在住院病人中发起了快速治疗严重艰难梭菌感染的FMT计划的后，与艰难梭菌感染有关的死亡率从10.2% 下降到4.5% ，严重艰难梭菌感染者的死亡率从43.2%下降到 12.1%。
图5:重度和重度/复杂艰难梭菌感染患者首次粪菌移植后的总体生存时间
此外，对于采用抗生素标准治疗后无反应的艰难梭菌感染病例，也可以酌情考虑采用粪菌移植。
指南建议只应在临床试验背景下用于溃疡性结肠炎治疗
炎症性肠病中的艰难梭菌感染是另一个关于 FMT 潜在治疗用途的研究领域。肠道微生物组的改变被认为是促成炎症性肠病发病机制的重要因素之一。
一些早期的病例报告发现，与没有患炎症性肠病的人相比，FMT 在炎症性肠病患者中治疗艰难梭状芽胞杆菌感染方面总体效果较差，同时，在移植后会也会出现炎症性肠病。但这些早期研究中用于评估疾病爆发的指标并不一致，这也使得疾病的实际发生率难以统计。是此前试验的短板所在。
目前，在一项正在进行的研究（NCT03106844）中，提供了 FMT 治疗同时感染炎症性肠病和艰难梭菌的患者的安全性和有效性的前瞻性评估。感兴趣的朋友们可以关注一下。
另一项重要数据来自于2018年年的一项 Cochrane 系统综述研究，接受 FMT 的患者在第8周的总体缓解率为37%（52 / 140），而接受安慰剂的患者为18%（24 / 137）；同时，接受 FMT 治疗的患者的临床反应率和内镜缓解率也明显提高了。
表6:伴有IBD的FMT受体的临床特征
表7：不同IBD亚型患者的FMT结果
2015年《Gastroenterology》一则研究首次报道了，特定捐赠者治疗的成功率更好；这意味着，如果采用 FMT 治疗溃疡性结肠炎，捐赠者的选择的选择可能要先于艰难梭菌感染的情况来考虑。
根据现有试验证据， FMT 可能在诱导轻中度溃疡性结肠炎缓解中发挥作用，且接受FMT治疗的患者与接受安慰剂治疗的患者的严重不良事件无显著差异，主要是腹痛、腹胀、腹泻和发烧等较为温和的不良反应。少数严重不良事件，往往伴随着溃疡性结肠炎的恶化，需要静脉注射皮质激素或进行结肠切除术。
另一方面，有关炎症性肠病的研究数量和样本都较少，随访时间也较短，加之缺乏异质性的研究设计，这也为 FMT 在溃疡性结肠炎患者中的疗效和安全性带去了更多的不确定性。此外，大多数随机对照试验都是试点研究，侧重于诱导而不是维持缓解。因此指南和共识文件建议，FMT只应在临床试验的背景下用于溃疡性结肠炎。
Hepatological indications：粪菌移植对疾病的改善效果可以维持一年
Hepatological indications是一种终末期肝病的常见并发症，肠道微生物群的改变是它的重要特征——患者粪便微生物中能产生有益短链脂肪酸的菌种Lachnospiraceae和Ruminococcaceae显著减少，而潜在有害菌增多。
而调节肠道微生物群的治疗方法（包括乳果糖和利福昔明）在Hepatological indications的治疗中已经发挥了确定的作用。因此，FMT 也被认为是可以逆转这种疾病的潜在疗法。
一项初步的随机对照试验比较了10名使用乳果糖和利福昔明进行标准护理治疗的患者，与10名使用5天抗生素并在护理标准方案之外使用单一FMT灌肠的患者；结果显示，接受FMT治疗第150天，患者的疾病发作明显减少、认知测试也得到更高的分数。值得注意的是，FMT的好处可以维持长达12个月，且未发现明显与FMT相关的严重不良事件。这一结果在随后的临床一期试验中，也得到了再次证实。
图8:研究随访结果。其中，图D/E展示了粪菌移植后对认知的改善作用
粪菌移植在肝脏疾病中的另一个应用是原发性硬化性胆管炎。
这是一种慢性胆汁淤积性肝病，常与炎症性肠病结伴出现，80%以上的原发性硬化性胆管炎患者都伴有炎症性肠病，目前尚无公认的药物治疗方法。原发性硬化性胆管炎患者拥有独特的肠道菌群失调表型，与仅患有炎症性肠病的患者截然不同。
随着FMT治疗溃疡性结肠炎的应用，将粪菌移植对原发性硬化性胆管炎和炎症性肠病患者的疗效也有了少数试验。对10名确诊为原发性硬化性胆管炎、炎症性肠病和基线碱性磷酸酶高于正常上限1.5倍以上的患者，进行的粪菌移植后6个月的随访结果显示：3名患者在接受FMT治疗6个月后碱性磷酸酶浓度下降了50%。
图9:粪菌移植一周后，供体与受体的菌群丰度对比
图10:FMT改善了PSC菌群的多样性，增加了与健康供体菌群的相似性
这一试验为原发性硬化性胆管炎发病机制及治疗提供了新的思路，据悉，接下来将进行更大规模的试验。
大肠激躁症是指一组可以引起大便形态或频率改变及腹痛的疾病。
在一项包含了腹泻型大肠激躁症和混合性大肠激躁症（腹泻和便秘）患者的随机双盲试验中，通过结肠镜方式接受供体粪菌移植的患者在3个月时大肠激躁症症状缓解的比例达到了65%， 高于自体粪菌移植的患者（43%）。
图11:a-供体、b-患者FMT前、c患者接受安慰剂之前、d-接受FMT后、e接受安慰剂后的α-多样性的对比
然而，在另一项包括了所有形式的中重度大肠激躁症患者的随机双盲对照试验中， 服用安慰剂的患者，其大肠激躁症症状评分明显改善的比例（79.2%）明显高于服用 FMT 的患者（36.4% ）。除此之外，安慰剂组患者的生活质量评分改善程度也更高。
鉴于这些试验的异质设计、随访和结果，很难进行比较。因此，这些研究结果的差异是否与 FMT 本身或移植管理方法（例如，结肠镜检查和肠道准备）有关，也尚无定论。未来还需要更多研究来确定 FMT 对大肠激躁症和其他功能性肠道疾病是否有效。
肠道微生物群的改变与肥胖及胰岛素抵抗间的关联已被证实；胖子和瘦子肠道微生物间的显著差距也被找到：瘦子的肠道菌的拟杆菌属丰度更高，包括Bacteroides cellulosilyticus, B. uniformis, B. vulgatus, B. thetaiotaomicron B. caccae, Alistipesputredinis 和 Parabacteroides merdae。
把瘦子的肠道菌移植给胖子来用于代谢综合征的治疗的方式，也自然吸引了研究者的注意。不过，目前应用于调整代谢症候群和肥胖还非常有限。
在知几未来研究院过去的文章《把瘦子的肠菌打给我，能不能减肥》中，我们曾和大家一一回顾，有兴趣的朋友可以点击下图跳转阅读。
点击上图可跳转阅读胖菌瘦菌的相关研究汇总
在这些研究中，比较值得大家注意的有：
2012年及2017年开展的两项随机试验显示，男性代谢综合征患者在接受供体FMT治疗6周后，外周血胰岛素敏感性有显著改善，但肝脏胰岛素敏感性无明显改善，且这种反应没有维持超过6周。而在接受自体移植作为安慰剂的安慰剂组中，没有观察到胰岛素敏感性的变化。
图12:自体和异体FMT后微生物种类和血浆代谢物的变化
2018年一项随机双盲研究中，20名代谢综合征患者接受了来自纯素食供体的FMT (n=10)或自体FMT (n=10)。该研究表明，接受纯素食供体FMT的患者，其动脉粥样硬化代谢物、血管炎症的代谢物均未发生变化。
图13:代谢综合征患者与纯素食FMT供体粪便微生物群的多样性和组成对比
图14:纯素食供体FMT对粪便微生物群多样性和组成的影响
2019年一项针对肥胖个体（BMI≥35kg/m2）开展的双盲试验中，受体接受了瘦供体（BMI为17.5 kg/m2）的单一FMT胶囊，在12周的随访中，尽管接受FMT的患者肠道菌群组成和胆汁酸功虽然确实发生了改变，但其体重和胰高血糖素样肽1的水平均未见变化。
自闭症是著名的医学难题。随着近十年来微生物领域研究的深入，以肠道为干预靶标的方法正在介入自闭患者的治疗。这类研究的起始点在于：科学家们发现，约四分之三的自闭症患者同时伴随胃肠道问题，常见症状如便秘、腹泻、反酸、打嗝和腹痛等；52%有胃肠道症状的患儿出现睡眠障碍和夜间惊醒，43%反流性食管炎的患儿表现为不可解释的易激惹性。
微生物能够通过免疫系统、内分泌系统和神经系统与大脑功能产生相互作用，而作用，也就是我们所熟知的“微生物-肠道-脑轴”（microbiome-gut-brain axis）。
2019年6月，《Scientific Reports》首次报道了18名被确诊为有肠道和自闭症症状的儿童，接受了微生物移植治疗（Microbiota Transfer Therapy,MTT）两年后，ASD的严重程度比基线低47%，肠道菌群整体多样性及重要菌群相对丰度的持续显著增加。
图15:胃肠道症状(GSRS)的改善与自闭症行为症状之间存在强关联
图16:双歧杆菌、普雷沃菌和脱硫弧菌相对丰度的变化
点击上图可查看有关该研究的详细解读
其中，双歧杆菌属和普雷沃菌属，分别增加了5倍和84倍。MTT的流程包括：持续2周的抗生素（万古霉素）治疗、排便及清理肠道，以及接下来进行的1-2天高剂量的粪菌移植(FMT)和后续7-8周使用胃酸抑制剂的日常维护。
结语
自2013年以来，粪菌移植在治疗复发性难辨梭状芽孢杆菌感染中展现了显著疗效，这也促使胃肠病学家、微生物学家、传染病临床医生和其他相关利益攸关方在全球范围内迅速建立 FMT 服务。
同时，FMT也对临床医生和监管机构都提出了非常独特和复杂的挑战，包括其定义不明确的作用机制、与供体选择和人类产品使用相关的复杂性，以及相对缺乏长期随访数据。尽管如此，FMT 在当下仍被认为是可以接受的，这是因为在多重复发艰难梭菌感染的治疗中，其潜在的好处往往大于风险。
然而，当我们将FMT扩展到非艰难梭菌感染环境的时代，尤其是作用于年轻的慢性病患者中，这些风险可能也会随之放大。虽然现在有许多正在进行的试验对FMT在各种条件下的安全性和有效性进行了评估，但这些试验也有着相同的特征：小规模试点、侧重于新疾病安全性研究、适当的控制手段、以及自体FMTs是否可以与真正的安慰剂相比较。
不过，值得大家期待的是，美国国家卫生研究院目前资助一项包含了4000名患者10年期间的疗效和安全数据的前瞻性研究（NCT03325855），或许在不久的将来会我们解答FMT长期安全性这一关键难题。
此外，在使用 FMT 治疗非艰难梭状芽胞杆菌感染的试验中，围绕最佳给药方式和频率还有许多尚待解决的疑问；供体的选择通常是由粪便的可用性决定的，这也限制了供体的选择和根据受者独特的微生物群来进行调节的可能性。
但不可否认的是，随着我们对肠道微生物群的组成和功能的深入了解，它们治愈疾病的潜力值得期待。未来十年，单纯的全粪便 FMT可能会被更个性化微生物疗法或者合成微生物疗法所取代；而在当下，完善 FMT 的制备和管理模式、简化不同疾病状态下的供体选择、复杂的法规政策、长期有效性和安全性，仍是FMT的突破关键。
相关阅读
【研究解读】便便简史 | 粪菌移植Vol.1⭐️
【研究解读】两年自闭症严重度降低50%，微生物移植治疗长期疗效或得到证实
【研究解读】1名接受FMT的患者死亡，FDA发文警告粪菌移植风险
👇👇👇点击阅读原文，了解更多人体微生态研究。