综述：炎症性肠病中新兴的微生物组导向疗法：超越饮食调整和粪菌移植

《Seminars in Immunopathology》：Emerging microbiome-directed therapies in inflammatory bowel disease: beyond diet modification and FMT

本综述系统评述了超越传统饮食调整和粪菌移植(FMT)的炎症性肠病(IBD)新兴微生物组疗法。文章聚焦于旨在恢复肠道稳态的精准策略，包括理性设计的细菌联合体(如GUT-103/108)、选择性病原体抑制(如FimH抑制剂TAK-018、噬菌体疗法)及基因工程细菌(如分泌IL-10的乳酸乳球菌)。同时，综述拓展至古菌、原生生物、真菌和病毒组在IBD中的作用及其治疗潜力，强调了多领域整合视角对实现真正生态平衡的重要性，为IBD的精准医疗开辟了新途径。

　　

理性设计的微生物联合体

鉴于粗制粪菌移植的局限性，研究人员开始追求一种更可控的方法，即开发理性设计的微生物联合体——由特定细菌菌株组成的混合物，旨在修复菌群失调并诱导抗炎效果。这些作为口服活体生物治疗产品(LBP)给药的联合体，由具有明确功能特征且能在宿主肠道内定植的共生细菌组成。其基本原理是补充IBD患者体内缺乏的微生物，并提供促进黏膜稳态的功能（如短链脂肪酸(SCFA)生产、上皮屏障强化、免疫调节）。LBP效力的概念验证来自复发性艰难梭菌感染：联合体产品RBX2660在证明优于安慰剂后获得了FDA批准。IBD联合体的开发基于观察，即某些肠道细菌群落，特别是具有免疫调节特性的梭菌簇，在临床前模型中能预防结肠炎。

开发方法已从早期的自上而下富集（如从粪便样本中富集能诱导IL-10⁺ Treg的梭菌）转向自下而上的理性设计，根据基因组和代谢知识从头选择菌株以覆盖关键治疗功能。例如，Van der Lelie等人通过计算模拟微生物相互作用和营养网络，组装了GUT-103（17株）和GUT-108（11株）联合体。这些联合体不仅包括梭菌物种（簇IV, XIVa, XVIII），还包括其他属如拟杆菌属和阿克曼菌属，以提供梭菌缺乏的功能（如丙酸盐、色氨酸代谢物生产及胆汁酸转化）。设计者注重菌株级选择：筛选基因组以挑选具有互补营养需求（营养缺陷型）的菌株，使它们在联合体内协作而非竞争，从而防止单一菌株过度生长并确保稳定性。

在临床前研究中，理性设计的联合体在IBD模型中显示出令人鼓舞的效果。2013年的17株梭菌混合物不仅增加了结肠Treg水平，还显著减轻了小鼠的结肠炎严重程度。Van der Lelie的GUT-103和GUT-108联合体在慢性免疫介导结肠炎的无菌小鼠模型中证明了强大的疾病缓解作用。特别是，GUT-103定植恢复了被破坏的微生物代谢功能并预防了易感小鼠的结肠炎发生，而GUT-108则能治疗已建立的结肠炎，使炎症标志物和组织学损伤减少到与健康对照组相当的水平。从机制上讲，治疗小鼠表现出腔内SCFA浓度和胆汁酸谱的正常化，以及免疫学上IL-10产生型Treg的增加伴随促炎细胞因子的减少。

几种确定的联合体现已进入IBD的临床试验。例如，VE202是一种由多种梭菌菌株组成的LBP，已完成1期试验并进入针对轻中度溃疡性结肠炎(UC)患者的2期试验。1期数据显示其安全性良好，并在参与者微生物组中显示出定植证据。尽管面临确保实验室培养的菌株能在IBD患者炎症肠道环境中稳健定植的障碍，但联合体设计过程通过包含坚韧的孢子形成者和菌株间的资源共享网络明确解决了这一问题。未来的应用预计将高度适应并整合到更广泛治疗方案中，可能根据不同的IBD表型进行定制，或与现有IBD疗法联合使用。

选择性病原菌抑制

与整体恢复微生物群的方法不同，另一种策略是选择性消除或中和驱动炎症的群落中有害成员。其目标是精确抑制IBD中的有害细菌（或其毒力机制），而不会像传统抗生素那样对有益微生物造成附带损害。这一概念源于观察到某些细菌（例如，回肠克罗恩病(CD)中的 adherent-invasive E. coli (AIEC)，或UC中的硫酸盐还原菌） disproportionately 地导致黏膜损伤和免疫激活。针对这些罪魁祸首可以重新平衡微生物群并减轻炎症。目前正在探索三种主要模式：代谢途径抑制剂、黏附素/受体阻断剂和噬菌体疗法。

一种方法是靶向微生物代谢。例如，钨酸钠作为一种“精准抗生素”，通过竞争性抑制钼（细菌在炎症环境中进行无氧呼吸所需的关键辅助因子），选择性抑制肠杆菌科等病原菌的生长，而不显著影响其他共生菌。在小鼠结肠炎模型中，钨酸盐处理显著减少了肠杆菌科的生长，并减轻了肠道炎症。另一种方式是阻断黏附和定植。例如，小分子TAK-018（一种“糖模拟物”）被设计用于特异性阻断AIEC上的FimH黏附素，防止其黏附到肠道黏膜上。在一项针对有既往手术史的CD患者的1b期试验中，TAK-018耐受性良好，并显示出减少粪便中AIEC丰度和延迟内镜下复发的趋势。

噬菌体（感染细菌的病毒）是针对细菌菌株的高度特异性武器。在IBD中，噬菌体提供了一种击倒特定炎症相关细菌的方法。例如，Federici等人研究表明，一个由5个裂解性噬菌体组成的口服鸡尾酒能选择性减少小鼠体内的肺炎克雷伯菌种群，从而降低肠道炎症。一种名为EcoActive?的工程化噬菌体产品（旨在寻找并裂解肠道中的AIEC）已进入针对非活动期CD的1/2a期试验。然而，噬菌体疗法面临独特挑战，包括细菌快速产生噬菌体抗性，以及确保噬菌体能够到达肠道并持久存在。研究人员正在探索工程化噬菌体，以逃避免疫系统或携带有效载荷（如生物膜降解酶）来增强疗效。

选择性病原菌抑制策略可能在IBD治疗中发挥辅助作用，而非治愈方法。其主要潜力在于能够靶向特定疾病触发因素，而不会引起与广谱抗生素相关的附带损害。未来，这些靶向方法可能与免疫抑制剂或微生物组重建疗法联合使用，作为个性化治疗计划的一部分。

微生物组工程：治疗性设计细菌

一项前沿方法是基因改造细菌，使其在原位执行治疗功能。这些工程化细菌（有时称为“细菌作为药物”或下一代益生菌）是经过编程的活微生物，用于递送有益分子、干扰致病信号或以有利方式调节肠道环境。IBD中的几个开创性例子已证明了这种方法的可行性。

早期工作使用食品级乳酸菌（如乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)）作为递送抗炎细胞因子的底盘。一项里程碑式的2000年研究由Steidler等人完成，他们改造了L. lactis以分泌人白细胞介素-10(IL-10)，这是一种抑制炎症的细胞因子。在结肠炎小鼠模型中，口服这些产生IL-10的细菌导致炎症和损伤显著减轻。该方法进入了一项1期临床试验（产品称为AG011），在CD患者中证明了安全性。然而，随后的2a期试验在活动性CD中未显示疗效，可能因为递送的IL-10水平不足。尽管如此，这仍是一个里程碑：这是首次在患者身上使用基因改造生物(GMO)细菌治疗疾病，证明了其安全性。在此基础上，其他细胞因子递送菌株被开发出来。

著名的益生菌大肠杆菌Nissle 1917因其天然是肠道定植者且具有长期安全记录而被“升级”以多种方式应对IBD。一种方法是赋予Nissle产生elafin（一种抗蛋白酶）的能力，elafin可保护组织免受IBD炎症黏膜中发现的过量蛋白酶活性影响。另一种方法中，Nissle被改造以分泌一种合成的基质结合分子，该分子在肠道内壁上形成保护性生物膜涂层，从而防止有害细菌接触上皮。

更先进的设计包含使其细菌响应环境的遗传电路。例如，一种工程化大肠杆菌可配备炎症传感器，检测活性氧物种或炎症介质等线索，然后仅在炎症存在时触发治疗性肽的生产。许多工程化菌株中嵌入了“致死开关”，以确保它们不会在环境中永久存在。这是解决生物安全问题的一种策略。

工程化细菌被归类为GMO，引发了可理解的安全和伦理问题。监管机构将要求严格的遏制措施，并证明改造的微生物不会将其新基因转移给本地微生物群（水平基因转移）。迄今为止，测试的工程化益生菌（如产生IL-10的L. lactis）未表现出基因转移或持久性问题；事实上，它们通常在停止治疗后几天内从粪便中消失。为了进一步提高安全性，研究人员提出了“死人开关”，即导致细菌在设定次数的细胞分裂后死亡，或如果不存在抗生素X则死亡的遗传模块。

尽管仍处于实验阶段，工程化细菌具有巨大的治疗潜力。其核心优势在于天然定植于肠道，这是治疗IBD的理想环境。这种方法可以实现联合治疗剂的递送。最初，工程化细菌很可能补充而非完全取代当前治疗。它们可用于管理轻中度IBD，从而减少对全身性免疫抑制剂的依赖，或应用于缓解期维持，以促进黏膜愈合和预防复发。

扩展视野：古菌、原生生物、噬菌体和真菌

人类肠道微生物组是一个生态网络，不仅包括细菌，还包括古菌、多样的原生生物（单细胞真核生物）、病毒组（尤其是噬菌体）和真菌（真菌组）。IBD中的菌群失调也延伸至这些组分，它们可能既是疾病的生物标志物，也是治疗靶点。

古菌

古菌是不同于细菌的单细胞微生物。肠道中最普遍的古菌是产甲烷菌，它们通过消耗氢气和二氧化碳产生甲烷。典型的人类肠道古菌是Methanobrevibacter smithii。通过清除氢气（发酵副产物）并产生甲烷，M. smithii和其他产甲烷菌执行“气体汇”作用，可以提高细菌发酵和能量收集的效率。在健康肠道中，这种互养合作关系（氢气生产者和消费者）被认为有助于维持平衡环境。事实上，在活动性IBD中观察到M. smithii的丰度较低，并与更多炎症相关。然而，并非所有古菌都是有益的。另一种肠道产甲烷菌Methanosphaera stadtmanae在IBD患者中报道有所增加。M. stadtmanae似乎能引发强烈的免疫反应：实验室研究表明，它可以过度激活人树突状细胞，导致释放TNFα、IL-6和IL-1β等促炎细胞因子。这表明M. stadtmanae如果大量存在，可能在肠道中充当促炎驱动因子，本质上是一种古菌致病菌。

目前尚无IBD疗法直接靶向古菌，但几种可能性正在浮现。一种潜在策略是支持有益古菌；如果M. smithii在IBD中普遍低丰度，补充可能有益。间接支持可能来自饮食，因为高纤维饮食可能通过提供更多发酵底物来有利于产甲烷菌。另一种选择是抑制有害古菌。如果M. stadtmanae被证明是罪魁祸首，可能需要靶向方法。短期内，古菌最有可能用作生物标志物。长期愿景是未来的微生物组疗法将古菌支持或控制视为实现真正生态平衡的组成部分。

原生生物

原生生物是单细胞真核生物，其中一些存在于人类肠道中。人类肠道中最普遍的原生生物是芽囊原虫(Blastocystis)。多年来，芽囊原虫通常被视为病原体，但随着新数据表明它可能常常是良性共生体甚至在某些条件下有益，这种观点正在被重新评估。

芽囊原虫在IBD患者中的检出率低于健康对照。实际上，定植芽囊原虫的个体往往具有更高的肠道细菌多样性和偏离“菌群失调”模式的微生物群组成。然而，并非所有芽囊原虫都是相同的。研究揭示了亚型特异性差异：

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  亚型ST4（欧洲常见）与抗炎作用相关。实验表明，用芽囊原虫ST4定植小鼠实际上保护它们免受化学诱导的结肠炎。ST4定植小鼠显示出更高水平的SCFA产生菌和结肠中Foxp3⁺调节性T细胞及IL-10产量的增加。
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  亚型ST7则显示出更具致病性的一面。同一组的工作发现，ST7感染会加剧小鼠的结肠炎。

原生生物在IBD中的异质性提出了两种相反的治疗策略。第一种是故意接种良性亚型如芽囊原虫ST4，作为一种真核益生菌，以增强微生物组多样性并促进免疫调节。相反，如果证据继续表明像ST7这样的亚型有助于疾病发作，那么靶向根除这些特定原生生物可能成为IBD治疗的一部分。

病毒组

术语“病毒组”包括肠道中的所有病毒，其中大多数是感染细菌的噬菌体。在健康肠道中，有一个丰富的噬菌体群落。在IBD中，病毒组似乎与细菌菌群失调一起失调。一个一致的观察结果是IBD中噬菌体丰富度增加且组成改变。具体而言，几项研究发现Caudovirales（有尾噬菌体）在IBD中过度代表，而Microviridae（如通常感染拟杆菌门的CrAssphage等）相对减少。此外，IBD中的噬菌体倾向于向溶原性到裂解性的比率转变。另一个有趣的发现是，扩增的噬菌体活性可能直接导致细菌耗竭。例如，如果有益细菌被其噬菌体扩增的种群裂解，可能会加剧IBD中多样性的丧失。研究人员创造了“噬菌体易位”一词，指在IBD患者宿主血液/组织中发现的噬菌体DNA，表明肠道通透性增加可能让噬菌体穿过屏障甚至影响全身免疫。

病毒组的治疗潜力沿着两个主要途径延伸。第一个是直接使用噬菌体作为疗法来消除致病菌。第二种更细致的方法涉及调节天然噬菌体种群本身。病毒组作为诊断工具也大有可为。理解病毒组对于优化其他治疗也至关重要。

真菌

肠道真菌组在数量上比细菌组少几个数量级，但像念珠菌(Candida)、酵母菌(Saccharomyces)和马拉色菌(Malassezia)这样的真菌经常存在。在健康肠道中，真菌种群通过免疫机制（如髓样细胞上的Dectin-1受体识别真菌细胞壁成分）和细菌竞争受到控制。

IBD患者经常表现出肠道真菌的数量和网络改变。一个显著的发现是，在儿童和成人IBD中，念珠菌物种（尤其是白色念珠菌(Candida albicans)）的相对丰度增加。一项研究发现，在活动性CD期间，更频繁地从粪便中分离出念珠菌，并且许多CD患者中抗酿酒酵母抗体(ASCAs)升高。宿主遗传学突出了真菌的相关性：CARD9（一种真菌感知的免疫适配器）的多态性是IBD的危险因素。缺乏CARD9的小鼠无法很好地清除念珠菌，并发展出更严重的结肠炎，通过抗真菌治疗可改善，这将真菌持续存在与炎症联系起来。

一项引人注目的实验表明，用特定的白色念珠菌菌株定植无菌小鼠会诱导肠道炎症，但仅当该菌株能够转变为侵入性菌丝形态时才会发生。菌丝缺陷的白色念珠菌突变体不会引起相同的炎症。在人类中，发现CD病变中含有念珠菌和马拉色菌，这增加了它们直接导致黏膜损伤或免疫激活的可能性。

几种策略正在探索中以调节肠道真菌组。抗真菌药物如氟康唑在小型试验中显示出一些益处，特别是在念珠菌水平高的患者中。使用益生菌酵母是另一个有前途的途径；例如，布拉氏酵母菌(Saccharomyces boulardii)在预防艰难梭菌复发方面已证明有效，并可能通过竞争性排除念珠菌和调节免疫反应来帮助维持UC缓解。最后，饮食调节，如减少简单糖，是一些患者用于限制酵母生长的策略，理论上可以与其他疗法互补。

真菌组疗法的未来可能涉及更精确和个性化的方法。在所有基于微生物组的治疗中考虑跨领域效应也至关重要。

结论

随着我们将焦点从仅仅缓和宿主免疫反应转向积极重塑肠道微生态系统，IBD管理正处在一个转折点。本综述强调，肠道微生物组（包括细菌、古菌、原生生物、病毒和真菌）在IBD中不仅仅是无辜的旁观者，而常常是黏膜炎症的引发者和持续因素。新兴的微生物组导向疗法通过旨在恢复肠道健康的共生关系，为解决IBD发病机制中传统药物范围之外的维度带来了新的希望。从理性设计的细菌联合体在临床前模型和早期试验中的可喜结果，到靶向噬菌体鸡尾酒和基因工程益生菌的出现，我们正在见证一个丰富治疗工具包的发展，它可以补充并在某些情况下未来甚至可能取代标准免疫疗法。

这些疗法的一个统一主题是向精准医疗迈进。未来的治疗将根据个体独特的微生物和免疫学特征进行定制。我们的综述还强调了整合多领域视角的重要性。因此，治疗干预必须具有情境意识。“健康生态系统”的概念可以作为一个总体框架：疗法应力求重建一个具有多样性、稳定性和功能冗余的生态系统，其中没有单一的致病物种可以占主导地位，并且由微生物群落稳健地提供宿主友好功能（如丁酸盐生产、黏液完整性、免疫耐受）。实现这一目标可能需要组合疗法。

当然，前面还有重大挑战。必须为活微生物产品制定和完善监管路径，以确保安全而不抑制创新。需要进行长期监测，以防止引入的微生物或噬菌体以意外的方式进化或长期扰乱平衡。特别是对于GMO，水平基因转移的担忧需要强有力的生物遏制策略。最终，未来的愿景是一个统一的、从实验室到临床的范式，其中对宿主-微生物相互作用的见解直接为个性化治疗计划提供信息。临床医学、微生物学和免疫学的融合将迎来一个新时代，在这个时代，IBD这一长期挑战可以通过多方面的、细致的疗法来应对，为患者提供不仅是暂时的缓解，而且是长期缓解和改善生活质量的希望。