從“粑粑”到“治病良方”：揭開變廢為寶的新魔法

隨著社會老齡化加劇、年輕人工作壓力增大，人們罹患的腸道疾病種類和難治程度正發生著巨大改變：藥物干預性腸道病變增多，慢病合并消化道病變顯著增加，70歲以上老年人合并消化道病變比例高達32%，腸道外病變如阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥合并便秘達90%。新的“不治之癥”，如自閉癥、炎癥性腸病等在腸道疾病中的比例越來越高。然而不幸的是，傳統的藥物治療方案沒有迅速適應現代化社會腸道疾病譜的改變，出現大量難治性的患者。并且由于抗生素等現代化藥物的使用，新的腸道疾病（如免疫治療相關腸炎等）陸續出現。因此亟需尋找安全、有效、可負擔、易實施的新型治療方案。

腸菌理論引領21世紀醫療技術變革

早在公元前3世紀，現代醫學之父希波克拉底就提出“萬病始于腸”的科學理念。最新研究表明，絕大部分慢性疾病，包括便秘、腹瀉、肥胖、抑郁、脂肪肝、自閉癥、心血管疾病、阿爾茨海默病等，都伴隨著腸道菌群的失調。腸道菌群通過參與宿主的飲食代謝，產生多種調控分子，如短鏈脂肪酸、膽汁酸、激素等，調控人體遠隔臟器，影響宿主營養吸收、免疫響應、脂肪存儲、大腦興奮性、血糖水平等。當人體腸黏膜屏障缺損時，腸道菌群還可以直接易位到遠隔臟器引起局部炎癥，并且參與腸道腫瘤的遠端轉移。因此，挖掘腸道菌群與疾病的本質聯系，通過修復腸道菌群健康穩態改善疾病癥狀，已成為21世紀臨床治療的顛覆性策略。

事實上，早在我國古代東晉時期，葛洪所著的《肘后備急方》中便已有腸道菌群治療傷寒的詳細描述，即“若已六七日熱極，心下煩悶，狂言見鬼，欲起走：絞糞汁，飲數合至一二升，謂之黃龍湯，陳久者佳”。但是現代醫學靶向腸道菌群大規模治療疾病的臨床實踐則起于最近十年，這種療法被稱為“腸菌移植”（ FMT），是將健康人糞便中的功能菌群經一定的方式移植到患者腸道內，從而調控腸道微生態平衡、重建腸道菌群，達到預防和治療腸道內外疾病的目的。目前該療法已應用于超過80種疾病的臨床治療，尤其是對一些傳統治療方案無效的患者可以發揮奇效（如復發性艱難梭菌感染等），是一項安全有效的新技術。

上海市第十人民醫院從2012年便開始進行FMT治療探索，目前已累計治療超過2萬例患者，在國際上首次提出FMT療法的響應規律：急性腸道炎癥優于腸道慢性炎癥，腸道功能性疾病優于腸道器質性疾病，腸道疾病優于腸外疾病，具有腸道癥狀的腸外疾病優于沒有腸道癥狀的腸外疾病。具體來說，FMT治療復發性艱難梭菌感染，有效率可以超過90%；治療便秘和腸易激綜合征等腸道功能性疾病，有效率可達65%左右；治療炎癥性腸病等器質性疾病，有效率約為58.4%；治療帕金森病等伴有腸道癥狀的腸外疾病，有效率約為48.3%；治療沒有腸道癥狀的腸外疾病，有效率僅為40.4%。通過對8547名患者進行5年隨訪，證實FMT不良反應多為短期的、自限性的，主要是腹瀉、惡心嘔吐、因鼻腸管放置引起的不適癥狀。因此，FMT是一種安全、有效的“綠色”治療方案，并且其應用領域在世界范圍內迅速拓展，正在引領21世紀醫療理念和診療技術的變革。

揭開腸菌移植療法的神秘面紗

FMT療法由供體、受體、治療方案三部分構成，其中有效供體的篩選是決定FMT成敗的關鍵因素。目前國際上對于FMT供體的篩選經過了三個階段的理念革新：最初階段，FMT供體篩選標準只有疾病史和用藥史；第二階段，在上述基礎上進一步增加了生活史的篩選；第三階段，進一步增加個人史和血液/糞便的實驗室檢測。我國作為FMT發源地，對于供體的篩選標準遵循“五步六維度”的規則，比國際標準更為嚴格和規范，需要綜合性考慮供體的心理、生理、個人史、穩定性、持續性、食物耐受性，共6個方面的健康狀態。按照目前國際標準，只考慮年齡、身體質量指數（BMI）、疾病史、用藥史等因素，FMT應用的有效率只有42.8%，不良事件發生率高達30.7%，甚至包含嚴重的死亡事件。但是嚴格遵守“五步六維度”篩選規則，FMT有效率可以提升至68.7%，不良事件發生率可以降低至20.1%，且只有輕度到中度的自限性癥狀。這些健康供體是健康菌群的重要來源，對于患者失調菌群的矯正至關重要。

那么，哪些疾病人群可以通過FMT恢復腸道穩態并且改善疾病癥狀呢？目前，臨床指南及專家共識推薦FMT治療復發性或難治性艱難梭菌感染。除此之外，在消化系統疾病（如炎癥性腸病、腸易激綜合征、功能性便秘、肝硬化等），神經精神系統疾病（如癲癇、自閉癥、抑郁癥、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥等），代謝性疾病（如糖尿病、肥胖癥、脂肪肝、高脂血癥等），免疫系統疾病，過敏性疾病以及移植物抗宿主病等，FMT療法均顯示出較好的響應性。此外，FMT還可以作為腫瘤免疫治療的增敏增效劑，提高患者對免疫檢查點抑制劑療法的治療響應。

但是，需要特別注意的是，FMT療法并不適用于所有患者情況，當存在以下禁忌癥時，極不推薦盲目使用FMT療法：（1）伴有膿毒癥、消化道活動性大出血、腸穿孔等腸屏障嚴重受損的患者；（2）暴發性結腸炎或中毒性巨結腸患者；（3）因存在嚴重腹瀉、顯著纖維性腸腔狹窄、嚴重消化道出血、高流量腸瘺等原因無法耐受50%熱卡需求的患者；（4）先天或獲得性免疫缺陷病患者；（5）近期接受高風險免疫抑制或細胞毒性藥物治療者；（6）成人中性粒細胞lt;1500/mm3或兒童中性粒細胞lt;1000/mm3的患者；（7）懷孕或哺乳期女性。

明確了供體和受體特征，接下來如何將健康供體的菌群移植給患者呢？目前國際上主要的移植途徑有4種：鼻腸管途徑、口服途徑、腸鏡途徑、灌腸途徑。對于營養不良的患者，或者病變同時累及小腸和大腸的患者，首推鼻腸管途徑。對于不能耐受鼻腸管的患者，例如老人和兒童，推薦使用口服膠囊進行FMT治療。對于病灶局限于結腸并且FMT單次療效較好的患者，推薦使用結腸鏡FMT。對于病灶局限于直腸或乙狀結腸的患者，推薦灌腸FMT。通常情況下，推薦住院患者選擇鼻腸管途徑進行FMT治療，鞏固治療的患者通過口服膠囊進行FMT治療。

現代化工藝推進FMT療法標準化發展

FMT主要通過菌液或其凍干后封裝的膠囊進行移植，而現代化工藝可以讓這些移植物的生產制備更加標準化和規范化。

用于FMT移植的健康菌群采用可溯源的新鮮糞便制備，由供體在特制的馬桶上采集，以確保菌量、活性、菌群來源的可塑性，并且避免尿液和污水的污染。隨后，樣本迅速冷卻至4℃送至符合藥品生產質量管理規范（GMP）標準的生產車間，6小時內完成腸道菌群提取，過程中嚴格保持厭氧環境以確保菌群的活性。

健康菌群的提取采用全自動智能腸菌分離設備。將不少于100克的糞便與生理鹽水混合加入該設備，實現全過程的自動攪拌、過濾、分離。整個處理過程均是在密閉控制單元內完成，從而避免外源性細菌污染，最終生成符合治療要求的菌液。每批次菌液都隨機抽取5%進行凍存留樣，用作治療后的追溯。

制備的菌液經4℃離心，加入脫脂奶粉聯合甘油作為凍干保護劑，利用凍干技術從菌液中提取活性菌粉，采用耐酸羥丙甲纖維素膠囊進行封裝，確保活性菌群可以在腸道釋放，避免胃酸對其破壞。

每次制備的菌液和膠囊在FMT應用前均隨機抽樣進行致病菌檢測、活菌計數、微生物組基因測序分析，確保移植物中艱難梭菌、彎曲菌、沙門菌、志賀菌、產志賀毒素大腸桿菌及蟲卵、囊泡、寄生蟲、孢子、諾如病毒、輪狀病毒和新冠病毒等病原學檢測陰性，多重耐藥基因檢測陰性。移植所用菌液的細菌活性不低于80%，并且活菌數不低于5×108個/毫升；膠囊封裝的細菌活性不低于70%，并且活菌數不低于1×109個/克。

上述標準化的FMT移植物制備流程均已被寫入《腸道菌群移植臨床應用管理中國專家共識（2022版）》和《上海市菌群移植技術管理規范（2021年版）》，幫助FMT技術在國內安全、高效、便捷、可控地推廣應用。

定植拮抗是FMT應用的“瓶頸”問題

腸道菌群被譽為人體的“隱藏器官”，因此腸菌移植技術在一定程度上可以視為“器官移植”，不可避免地伴有定植拮抗的問題，因此如何精準地將健康菌群移植給所適用的患者是當前FMT臨床應用的重要技術難題。

微生態學研究結果表明，腸道微生態群落的初始形成和干預后的恢復力強弱都取決于菌株定植于腸道的先后順序。也就是說，患者腸道的已有菌群（也叫做原籍菌）會通過多種途徑抑制供體的健康菌群在受體腸道內定植。當前FMT療法的菌株定植率為50%～80%，并且隨著疾病的復雜程度升高、微生態失調程度加劇，供體健康菌群的定植效率顯著降低。

原籍菌影響供體菌定植的主要機制是生態位搶占，表現為原籍菌和供體健康菌在腸道營養和生存空間上的競爭。在FMT治療之前，患者的原籍菌便已經在腸道生態位中建立優勢地位，特別是其可以優先占據黏液層中的黏蛋白附著位點，并利用其上的唾液酸修飾基團作為碳源進行生長；而新移植的健康菌群無法第一時間獲得這些附著位點，導致移植菌群只能停留在腸腔，并且隨著腸蠕動逐漸排出體外。需要特別強調的是，抗生素治療并不是非常推薦的去除原籍菌的方法，一方面是因為這種治療方案對于黏膜菌群并不敏感，另一方面是其可以顯著破壞“腸道食物鏈”，導致雙歧桿菌等“初級生產者”不可逆地減少，進而導致移植的健康菌群因缺少“食物”而更加難以定植。

除了生態位的搶占機制外，患者原籍菌還可以通過改變腸道微環境來阻止供體移植菌的定植，這種機制被稱為生態位抑制。與生態位搶占不同，生態位抑制主要通過原籍菌誘導的宿主免疫響應驅動。例如，產短鏈脂肪酸菌可以通過刺激腸上皮細胞釋放抗菌肽，降低移植菌群的活力并抵制其定植。此外，原籍菌還可以直接下場，通過細菌間相互作用直接殺死移植菌群。例如，條件致病菌糞腸球菌可以分泌腸毒素選擇性地殺死鄰近的乳桿菌。

幸運的是，隨著臨床大隊列的研究，腸道菌群之間的定植拮抗規律逐漸被揭開。目前比較公認的兩條規則是：“遠親近斥”和“全有或全無”。“遠親近斥”規則體現的是，遺傳發育距離相近的菌株擁有極為相似的營養和空間，因此優先占據生態位的原籍菌會排斥移植的健康菌；而遺傳發育距離較遠的菌株，傾向于占據“腸道食物鏈”的不同環節，因此更有機會獲得定植優勢。“全有或全無”規則體現的是，定植拮抗以菌種為單位進行，如果來源于供體的某個菌株可以定植，那么該菌株的相同種水平菌株都可以在患者腸道內定植；反之，若該菌株無法在患者腸道定植，其相同種水平的菌株都無法定植。這些規律的發現為大數據模型的開發奠定了理論基礎，通過先進的供體-受體匹配算法可以精準地為疾病患者找到合適的健康菌群，提高健康菌群在患者腸道內的定植率，進而改善疾病癥狀。

大數據平臺輔助FMT精準應用

為了實現FMT供體和受體的精準匹配，我們建立了FMTdb數據庫（gift2disease.net/FMTdb/），收錄了數千例患者FMT治療前后的臨床特征和腸道菌群微生物組學測序數據，以及近萬例健康人群和各類疾病人群的腸道菌群數據。通過最新的宏基因組學分箱算法，可以實現菌群數據的株水平注釋，有助于解析各類疾病患者區別于健康人的菌群失調模式。基于該算法，我們已經成功建立18種疾病的腸道菌群分類模型。這些分類指征可以作為FMT預后響應的關鍵指標用于供體-受體的精準配型。

FMT供體-受體的精準配型可以通過兩種機器學習模型實現，一種是基于大型臨床隊列開發的隨機森林模型，另一種是基于FMT預后相關因子開發的層次分析決策模型。隨機森林模型的優勢是可以根據原籍菌對移植菌的定植拮抗規律預測患者接受FMT治療后的菌群組成和豐度，然后根據預測結果確定FMT后“健康菌”和“疾病菌”的穩態指數，穩態指數越高表示菌群健康程度越高，進而用于選定最優供體。層次分析決策模型則是利用FMT預后正相關的因子作為決策參考，對所有移植菌群與患者的匹配度進行打分，從而快速找到患者最適宜的健康菌群。

在大數據平臺的輔助下，部分疾病的FMT療法供體-受體的匹配成功率可以高達90%，并且隨著數據庫所收錄病例數的增加，全新的FMT治療響應規律以及菌群分子分型結果將陸續提出，最終提升FMT在各類疾病中的總有效率。

FMT療法的發展新機遇

腸道菌群是人類唯一可以共享的“器官”，隨著微生態理論和技術的不斷革新，FMT將在新時代腸內和腸外疾病治療中發揮越來越重要的作用。盡管目前國內外的臨床研究已經取得了眾多卓越成就，但在智能醫療的大背景下，仍然存在一些技術難題需要持續攻堅，從而使FMT療法更加精準化、規范化、科學化。

目前FMT移植物主要有菌液和凍干菌粉兩種，在FMT應用中均已報道嘔吐等不良事件，因此在移植物生產工藝改進中需要高效的脫色和除味步驟。并且，現有FMT產品在體積和移植途徑方面對于嬰幼兒患者群體并不友好。為了應對這些挑戰，需要開發尺寸更小且不影響菌群活性的新FMT產品。在這方面，3D打印技術似乎是一個可行的解決方案，它可以制備更小、更可控的FMT滴丸或膠囊，有助于提高FMT的適用性。此外，復合細菌或孢子成分的摻入也將是一種極具價值的改進，可以從根本上提高FMT移植物的可控性和批間一致性，從而為患者提供更有針對性和更有效的干預。

FMT個性化治療方案的有效性在不同個體間存在顯著異質性，這表明存在與各種病理和疾病特征相關的普適性生態失調特征。利用更高分辨率的分析方法和定量檢測技術可以識別這些獨特的特征。在此基礎上，深入解析菌群相互作用，繪制完整的原籍菌定植拮抗網絡，結合改進的移植物制備體系，有望實現對特定患者的個性化菌群精準干預。

工程菌和噬菌體的FMT應用針對定植拮抗問題，一個可行的解決方案是分離、培養和定向改造患者的腸道菌群，通過類似水平基因轉移等菌群互作的常規途徑，賦予患者腸道菌群獨特的生物學功能，從而起到治療疾病的作用。由于分離的菌群來自患者自身，因此這種工程菌幾乎不會面臨定植拮抗的問題，它可以作為“特洛伊木馬”精確修復腸道微環境，從而為供體細菌提供更多的定植生態位。同樣，噬菌體療法也是以占據生態位的患者原籍菌為靶點，在FMT前特異性地消除阻礙供體細菌定植的因素，最終改善供體健康微生物在患者腸道中的定植效率。

結語

21世紀是腸道微生物組的時代。深入了解腸道菌群穩態失調與各類腸內和腸外疾病的因果關系，開展大隊列、多病種、縱向時間序列臨床研究，開發精準化、個性化、規范化治療方案，將成為改善人民健康水平的重要策略，助力“健康中國2030”偉業實施。