噬菌体治疗小鼠肠道炎症

吨使用称为噬菌体的感染细菌的病毒来杀死与疾病有关的特定微生物的想法已经存在了一个多世纪。但使用噬菌体疗法的一个主要障碍是微生物组在不断进化，并使用CRISPR等分子策略来逃避攻击。今天(8月4日)发表在《细胞》杂志上的一项研究表明，通过使用对克雷伯氏肺炎克雷伯氏菌进行多线攻击的噬菌体鸡尾酒，已朝着克服这一障碍迈出了一步细菌，防止它们对混合物产生耐药性。该研究背后的研究人员报告称，他们的噬菌体混合物成功治疗了小鼠炎症性肠病(IBD)的症状，例如溃疡性结肠炎和克罗恩病，并且在健康人类志愿者的早期测试中表现出良好的耐受性。

“这是第一次，我们能够开发出一种精确疗法，可以针对这个巨大而不同的微生物组中的一组共生体，而不会影响周围至关重要的微生物生态系统，”该研究的合著者EranElinav说，他是该研究所的微生物组研究员。以色列魏茨曼科学研究所和德国癌症研究中心。

Elinav和他的同事首先进行了基因组测序，以表征来自四个国家(法国、德国、以色列和美国)的537名IBD患者的微生物组中的细菌。分析显示肺炎克雷伯菌是该队列中最常见的细菌之一，在所有四个地区近40%的人中存在。此外，与处于缓解期的患者相比，这种细菌在经历IBD发作的患者中更为丰富，这表明它在疾病中起着重要作用。

虽然Elinav说大肠杆菌等其他细菌也可能导致IBD，但肺炎克雷伯菌在整个队列中的普遍存在导致团队在随后的分析中将重点放在了它身上。他们进一步表征了IBD患者粪便样本中的肺炎克雷伯菌菌株，并通过测序和计算分析，确定了一个与IBD密切相关的特定家族，他们称之为Kp2进化枝。

然后，研究人员评估了Kp2进化枝内的一些代表性菌株在无菌小鼠肠道中诱导炎症反应的强度，观察了IBD的标志，例如某些细胞因子的高水平。作者在研究中写道，这使他们能够识别所谓的细菌驱动菌株——那些对疾病影响最大的菌株——同时将它们与不太重要的菌株区分开来。

下一步是识别针对驱动菌株的噬菌体，Elinav将其描述为耗时五年的艰苦捕鱼探险。从来自牙科废物和肠道微生物组等来源的数千种噬菌体开始，研究人员使用迭代过程来分离攻击肺炎克雷伯菌的噬菌体。当细菌不可避免地进化以逃避这些细菌时，该团队确定了会攻击耐药突变体的噬菌体。以这种方式继续来回，他们最终得到了41种噬菌体，这些噬菌体使用一系列策略攻击肺炎克雷伯菌。

请参阅“肠道共生细菌如何控制病原体”

然后，研究人员在感染了最具炎症诱导性的Kp2菌株的小鼠中测试了各种噬菌体组合，发现了五种噬菌体的组合最能防止细菌生长。最终混合物代表具有一系列攻击策略的噬菌体，这些攻击策略阻止细菌对所有这些策略产生抗药性。最后，他们研究了五噬菌体混合物抑制疾病相关炎症反应的能力。

未参与该研究的斯坦福大学传染病专家PaulBollyky表示，他可以预见其他研究人员会急于采用识别与疾病相关的细菌，然后使用噬菌体将其清除的方法。“你实际上可以设计或修改肠道微生物组的想法，特别是选择性的方式几乎就像你可以在你身体的其他组织上做手术一样，这真的是新颖而非凡的，”他说。

作为朝这个方向迈出的一步，Elinav的团队需要检查噬菌体对人类是否稳定且安全。研究人员首先模拟胃中的酸性环境，看看噬菌体是否能耐受，但它们没有。“这个离体阶段让我们获得了一个重要的见解，即肠道酸实际上中和了几乎灭绝的噬菌体，”Elinav说。

有史以来第一次，我们能够开发出一种精确疗法，可以针对这个庞大而不同的微生物群落中的一组共生体，而不会影响周围至关重要的微生物生态系统。

—EranElinav，魏茨曼科学研究所和德国癌症研究中心

作为补偿，他们使用抗酸剂作为缓冲剂来保护噬菌体。他们随后的第一阶段试验在18名服用抗酸剂埃索美拉唑的健康人身上测试了两种五噬菌体混合物与安慰剂的对比。结果表明，这种治疗具有良好的耐受性和安全性，并且噬菌体在整个消化道中持续存在。Elinav说，对参与者的粪便样本的分析表明，噬菌体仍然具有活力，并且浓度约为抑制肺炎克雷伯菌的水平的1,000倍。此外，他补充说，这种处理不会伤害微生物组中的其他生物。

“在验证他们在临床队列中的发现并证明这对克罗恩病患者有效方面需要做很多工作，但作为原理证明，证明他们可以让这些噬菌体通过肠道，我认为是真的很鼓舞人心，”Bollyky说。

未参与这项工作的耶鲁大学医学院进化微生物学家PaulTurner表示，研究人员使用了一种很好的方法来识别有问题的细菌，并开发噬菌体来精确攻击它们。“它正在追逐一个艰难的目标，并且它显示出一些令人信服的证据表明噬菌体方法可能有效，”他说，并补充说这是“看待问题的整体方式”。

然而，特纳说，研究人员在出现耐药性问题后使用噬菌体解决耐药性问题的迭代方法假设未来会发生类似的进化，这很难预测。“要完全说服进化生物学家，这是一件很难的事情，因为它有点声称我们已经控制了这些细菌的进化，所以我们不必担心它。”他建议另一种方法可能是尝试选择噬菌体来攻击更广泛的肺炎克雷伯菌基因组范围，并将它们设计为攻击与毒力或耐药机制相关的结合位点，以“允许噬菌体耐药性进化的必然性”，而不是试图阻止它。

见“病毒战士”

Elinav说这已经在他的名单上：他计划研究攻击更广泛的K.pneumonia的噬菌体，并可能攻击整个物种，这可能会为更多人群带来IBD治疗。此外，他说，即使某些噬菌体可能被认为具有临床有效性，研究人员也应该不断探索提高其有效性的方法。

以色列RappaportTechnion综合癌症中心的微生物组研究员NaamaGeva-Zatorsky没有参与这项研究，他在给TheScientist的一封电子邮件中写道，下一步需要对人体进行更严格的测试。“这是一项美丽的研究，新颖，并且是第一个将小鼠和人类的计算分析和实验验证完全结合起来的研究，”她说，并补充说“需要更多具有类似细致评估的研究。”

Elinav说，评估使用噬菌体混合物治疗人类IBD有效性的2期临床试验已获批准，但尚未开始。研究作者得出结论，除了导致普遍治疗的前景之外，他们的结果表明有可能分析个体的微生物组并定制特定的噬菌体鸡尾酒来治疗他们的疾病。

Bollyky和​​Turner都同意这项工作表明广泛和具体的疗法可能是可行的，但指出针对个体微生物组的治疗可能效率低下。Bollyky说：“这两种方法都可能可行，但它需要投资，而后者需要更多的基础设施。”此外，Bollyky和​​Turner提出需要研究与IBD相关的其他细菌种类。

虽然Elinav说他的团队有兴趣探索噬菌体以靶向其他细菌物种，但由于涉及的复杂性，他对研究同时靶向多种细菌的混合物持谨慎态度。“我不会一开始就同时针对一种以上的细菌，但这是我保守的两分钱，”他说。

Elinav将这项工作描述为概念证明，他说他希望最终可以使用新论文中提出的方法来识别与多种疾病相关的细菌，例如肥胖症、2型糖尿病、癌症，甚至神经变性——以开发针对它们的噬菌体疗法。