影响菌群移植效果的因素研究

伊丽娜，杨 勤

（1.南京中医药大学，江苏 南京 210000;2.南京中医药大学附属南京中医院脾胃病科，江苏 南京 210001）

人类肠道中有大量维持胃肠道内环境稳定的微生物，包括细菌、病毒、真菌、古生物和真核生物。研究表明[1-3]，肠道微生物群通过参与免疫和代谢功能的调节，在人类健康和疾病中发挥着至关重要的作用。肠道微生物群的组成因个体而异，肠道微生物数量和组成的变化，即菌群失调，会导致一系列疾病的出现[4]，如复发性艰难梭菌感染（recurrent clostridium difficile infectio，rCDI）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）、肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）、肝性脑病、代谢综合征等。菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）是将健康人粪便中的功能菌群通过一定方式移植到菌群失调患者肠内，以调节肠道菌群，重建具有正常功能的肠道微生态系统，达到对肠内肠外疾病的治疗或辅助治疗的目的[5]。FMT 的潜在机制包括供体和受体肠道微生物群之间的直接相互作用或竞争以实现稳态、供体微生物群对宿主免疫的影响以及微生物群对宿主代谢和生理的影响[6]。葛洪所著《肘后备急方》：“人粪绞汁，饮数合至一二升，谓之黄龙汤，陈久者佳”。研究表明[7]，FMT 是一种很有前途的治疗策略，被公认为是针对复发/难治性艰难梭菌感染的高效治疗方法，可治愈90%的艰难梭菌感染。但在IBD、IBS和代谢综合症等复杂疾病中，其功效仍不明确。目前认为，有多种因素会影响FMT 的治疗效果。为此，本文对影响FMT 临床应用的因素进行综述。

1 供体粪便中的关键菌群

1.1 CDI 《亚太消化病学协会（APAGE）和亚太消化内镜协会（APSDE）联合文献》中提出了CDI 供体粪便的相关建议，指出CDI 供体粪便应为拟杆菌门与厚壁菌门比例平衡，白念珠菌丰度低，并且供体粪便尾状病毒丰度高于受体粪便，具备上述条件的供体粪便有进一步提高FMT 功效的可能[6]。

1.2 IBD Vermeire S 等[8]研究发现，在溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）中，供体中较高的菌群基线丰度与FMT 的成功有关，并且发现玫瑰白僵菌（Roseburia）和颤杆菌克属（Oscillibacter）具有特异性，是可能导致UC 缓解的标志细菌。另有研究发现[9]，霍氏真杆菌（Eubacterium hallii）和玫瑰白僵菌（Roseburia inulivorans）的相对丰度增加与阳性临床结果最强且最一致。功能分析表明，真杆菌和玫瑰白僵菌有助于增加有益的代谢途径，如霍氏真杆菌通过产生短链脂肪酸维持微生物代谢健康和体内平衡。既往关于FMT 与维持克罗恩病（crohn disease，CD）缓解之间的研究发现[10]，放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的移植与未来疾病复发之间存在显著相关性。放线菌的植入和变形菌的植入或丢失对疾病的结果产生积极的影响。拟杆菌门的植入则负向影响疾病的结局。微生物群在IBD 的发病和持续过程中起着重要作用，该病的特点之一就是微生物组成发生了改变，通过FMT 补充UC 和CD 患者肠道中缺失的关键菌群可能是诱导疾病好转的关键一步。

1.3 其他疾病 El-Salhy M等[11]发现供体菌群中链球菌，多尔氏菌，乳杆菌和瘤胃球菌科的丰富与缓解IBS 症状有关。Mizuno S 等[12]研究指出，供体粪便中双歧杆菌属的丰度与FMT 治疗IBS 的功效有关，但患者双歧杆菌的增加与FMT 的疗效无关。在一项针对肥胖的多供体FMT 双盲随机对照实验中指出[13]，最有效的移植供体应具有较高的Prevotella/Bacteroides（P/B）比和持续转移的普氏菌种类，普氏菌的移植提高了FMT 受体的P/B 比率，有效地切换了受体的微生物肠型。在一项关于肝性脑病的FMT 研究中指出[14]，应选择富含瘤胃球菌科、双歧杆菌科和乳酸杆菌科的供体粪便，这三类菌群的增加有助于认知功能的整体改善和可能预防肝脏相关的疾病。

由于肠道菌群的组成因人而异，不同供体提供的粪便所含微生物的数量和组成各异，考虑到年龄的增长与肠道菌群的改变有关[15]，所以贡献者当对应年轻个体，最好是小于50 岁[16]。有学者提出超级供体的概念，超级供体是与常规供体的粪便相比，粪便更易导致FMT 成功的捐助者[17]，超级供体具有显著更高的细菌丰富度和多样性，来自Moayyedi P 等[18]研究确定的超级供体，其肠道富含瘤胃球菌科和毛螺菌科。上述的研究表明，某些关键菌群如玫瑰白僵菌、拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、链球菌、双歧杆菌及瘤胃球菌等对FMT 移植疗效有着显著的影响。今后应重点关注相关菌群并做更多高质量的随机对照研究。

2 受体的肠道菌群、免疫状态及饮食习惯

FMT 的疗效可以通过仔细筛选供体中的菌群来提高，但受体的肠道菌群在FMT 成功中的作用也不可忽视，受体微生物多样性和受体微生物群中特定物种的存在都会影响FMT 的植入。在UC 中，FMT 前受体粪便和粘膜微生物群的丰富与积极的治疗结果相关，梭杆菌和梭状杆菌的丰富与FMT 失败相关[9，19]。在CD 中，FMT 失败与基线时受体微生物群中不同类型的γ-蛋白杆菌（如克雷伯氏菌、放线杆菌和嗜血杆菌）的富集有关[20]。对FMT 有反应的IBS 患者中的链球菌种类基线丰度和微生物群多样性均高于无反应者[21]。除细菌外，真菌以及受体微生物群中的真核和原核病毒对FMT 后新的共生群落的建立和治疗效果也有作用[22]。

受体的免疫与饮食也会影响FMT 植入和长期维持。有研究表明将大量微生物转移到一个上皮屏障被破坏的发炎的肠道可能是有害的，并且会加剧炎症和促进细菌移位[23]。因此，在FMT 之外使用免疫抑制剂治疗可能有助于减轻新转移微生物群的免疫压力，避免对肠道组织的额外损害。环境影响肠道微生物群的组成，其中饮食习惯，也可能对FMT的成功起着重要作用。饮食干预对CD 有很好的治疗效果[24-26]，并有助于在IBD 和非IBD 的情况下维持FMT 后的最佳微生物生态系统。采用富含纤维的“微生物群保护”饮食，并且在FMT 后减少超加工食品的摄入量也是有益的[23]。

3 给药途径

FMT 可以通过下消化道途径（保留灌肠，结肠镜检查），上消化道途径（内窥镜或鼻胃管，鼻十二指肠管或鼻肠管）或胶囊（包含冷冻的FMT 或冻干的粪便）进行递送。不同的给药途径对FMT 的效果有着很大的影响。研究显示[27]，与通过上消化道途径给药相比，FMT 通过结肠镜给药对复发性CDI 的疗效可能更具优势。《澳大利亚关于粪便微生物群移植在临床实践中的监管、生产和使用的共识声明》也建议CDI 通过下消化道或胶囊化疗法进行FMT 给药，以避免出现粪便性呕吐和误吸的风险[28]。《菌群移植途径的选择与建立临床应用中国专家共识》推荐IBS 患者首选肠镜或鼻肠管行FMT，不推荐首选胶囊或其他途径[5]。对IBD 来讲，FMT 输注的给药方案仍然标准化程度不高，最佳途径尚不确定。Para msothy S 等[29]的研究显示了UC 下消化道给药的优越性。在CD迄今为止仅有的一项随机对照实验是通过结肠镜的操作通道一次性给药，观察到FMT 组的临床缓解率高于假手术组，并且FMT 组在CDEIS（克罗恩病内镜严重程度指数）和CRP 水平方面均优于假手术组[20]。上述研究显示，FMT 通过下消化道给药较其他给药途径安全性更高，更具优越性，在FMT 今后的临床应用中，可首先考虑使用下消化道给药途径。

4 抗生素预处理

从概念上来讲，抗生素预处理通过释放被占用的生态位，有助于为供体微生物的移植提供空间，使得移植菌更容易定植于肠道内，并与致病菌产生竞争作用[30]。Ji SK 等[31]在FMT 前对小鼠进行了抗生素预处理、肠道清洁与未预处理的比较证明，FMT 的有效性取决于供菌移植时受体的生态位数量。并且发现抗生素预处理是通过增加供体微生物定植来增强宿主肠道微生物群重编程的有效策略。Freitag TL 等[32]的研究虽表明小鼠FMT 前的抗生素预处理对供体微生物整体移植的影响很小，但发现双歧杆菌在接受过抗生素预处理的受体中含量更高，双歧杆菌作为益生菌具有抗炎和改善肠道屏障的作用[33]，在受体中含量的上升也有助于提高FMT的疗效。但事实上，关于FMT 所需的最佳抗生素方案、哪些生态位应作为FMT 再定植的目标以及潜在利益是否超过抗生素耐药性等问题仍然存在。了解抗生素预处理提高FMT 治疗效果的潜在机制并确定最合适的抗生素方案，需要进一步设计随机对照试验进行深入研究。

5 粪便材料的制备

5.1 冷冻粪便与新鲜粪便 冷冻方法、冷冻的持续时间、粪便材料的储存温度都会对粪便中的菌群产生影响，进而影响冷冻FMT 的疗效。粪便在-20 ℃冷冻保存1 个月以上，对放线菌门、拟杆菌门和铁杆菌门的肠道定植能力有统计学意义的减弱[34]。与1 个月-20 ℃保存相比，粪便的短期冷冻保存在冷冻FMT 中表现出稳定的肠道定植能力。并且快速冷冻可能更能维持大多数细菌的生存能力[35]。有研究显示[35]，冷冻确实会降低移植材料的总体存活率（将总体存活率降低到25%左右），但这种影响相对有限，存活的微生物群组成与新鲜的标本没有显著差异。在加拿大进行的一项通过灌肠给药的随机对照试验中[36]，对复发性CDI 患者进行了冷冻FMT 和新鲜FMT 的比较，其结论是两种粪便类型的疗效相似（冷冻FMT 组75.0%，新鲜FMT 组70.3%）。有研究显示[37]，新鲜和冷冻FMT 制剂之间的临床缓解率没有显着差异。以上研究显示使用冷冻粪便与新鲜粪便疗效未见明显差异，但与新鲜FMT 相比，冷冻FMT 可以根据需要提供大便，也能在紧急的临床情况下使用，因此可能更具优势。

5.2 厌氧制备与需氧制备 人类肠道中的许多细菌种群是专性或兼性厌氧菌，其生存能力可能取决于FMT 制备方式[11]。氧气暴露会导致许多专性厌氧细菌共生体的快速死亡[38]。受氧暴露影响最大的专性厌氧菌种包括普拉梭菌、罕见小球菌、直肠真杆菌及霍氏真杆菌，是合成丁酸的主要贡献者[39]。丁酸是一种短链脂肪酸，除了是结肠细胞的主要能量来源外，还具有抗炎和抗癌的特性[40]，丁酸的特性决定了合成丁酸菌种存在的重要性。双歧杆菌属和拟杆菌属是短链脂肪酸的主要生产者，分别生产醋酸盐和丙酸盐，和丁酸盐一样是重要的能量和信号分子[41]，在氧暴露后双歧杆菌属和拟杆菌属数量也会显著减少。为提高粪便中专性或兼性厌氧菌的成活率，应采用厌氧方式制备FMT 粪便，《欧洲粪便菌群移植临床实践共识会议》也建议尽可能采用厌氧储存和加工[42]。在厌氧丰度较低的肠易激综合征或炎症性肠病中，有理由期望样本的厌氧处理将与FMT 治疗这些疾病的成功相关。在FMT 临床试验设计中，粪便处理在改变粪便移植成分中的作用被广泛忽视。在某些临床环境中，严格遵守无氧大便处理方案可能会增加FMT 的益处。

6 总结

人体和肠道菌群之间的相互作用被认为是一个新的临床前沿，具有重要的科研价值。目前的临床研究证实了FMT 治疗的有效性，并且证实了其范围远远超出了FMT 的适应证，但FMT 以往的治疗方案与研究方法各异，缺乏统一的标准。另外，某些关键菌群，如拟杆菌门、厚壁菌门、链球菌、玫瑰白僵菌等对FMT 移植疗效有着显著的影响，进行抗生素预处理及使用厌氧制备有提高疗效的可能，使用下消化道途径给药较其他途径更具优势。随着测序技术的不断发展和完善以及肠道宏基因组计划的开展，可在抗生素预处理、IBD 的最佳给药途径、关键菌群的作用机理等方面进行更加深入的探究，并规范FMT 治疗方案，以期改善FMT 的植入疗效并维持长期的临床缓解。