随着社会老龄化加剧和年轻人工作压力增大，人们所患的肠道疾病种类和治疗难度正在发生巨大变化：药物干预引起的肠道病变日益增多，慢性病合并消化道病变正在显着增加。上述老年人并发胃肠道疾病的比例高达32%，而阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等肠外疾病并发便秘的比例高达90%。自闭症、炎症性肠病等新“疑难杂症”在肠道疾病中所占比例越来越大。不幸的是，传统的药物治疗方案未能迅速适应现代社会肠道疾病谱的变化，导致出现大量难治性患者。并且由于抗生素等现代药物的使用，新的肠道疾病（如免疫治疗相关肠炎等）不断出现。因此，迫切需要寻找安全、有效、负担得起且易于实施的新治疗方案。
肠杆菌科理论引领21世纪医疗技术变革
早在公元前3世纪，现代医学之父希波克拉底就提出了“一切疾病始于肠道”的科学理念。最新研究表明，大多数慢性疾病，包括便秘、腹泻、肥胖、抑郁症、脂肪肝、自闭症、心血管疾病、阿尔茨海默病等，都伴随着肠道菌群失衡。肠道菌群参与宿主的膳食代谢并产生多种调节分子，如短链脂肪酸、胆汁酸、激素等，调节人体各器官，影响宿主的营养吸收、免疫反应、脂肪储存、大脑兴奋性和血糖。当人体肠粘膜屏障有缺陷时，肠道菌群也可直接移位至远处器官，引起局部炎症，参与肠道肿瘤的远处转移。因此，探索肠道菌群与疾病之间的本质联系，通过恢复肠道菌群的健康稳态来改善疾病症状，已成为21世纪临床治疗的颠覆性策略。
其实，早在我国古代东晋时期，葛洪所著的《急方》中就已经对治疗伤寒的肠道菌群有详细的描述，即“若大热六时，或七日，则心情郁闷，言语狂妄。”若见鬼欲起身行走：饮粪汁，饮至一二升，名黄龙汤。不过，现代医学大规模针对肠道菌群治疗疾病的临床实践才刚刚开始，这种疗法被称为“肠道菌群移植”（FMT） ），就是将健康人粪便中的功能菌群移植到一定可以移植到患者肠道内，调节肠道微生态平衡，重建肠道菌群，达到防治内外疾病的目的。肠。目前，该疗法已应用于80多种疾病的临床治疗，特别是对于一些传统治疗方案无效的患者（如复发性艰难梭菌感染等），是一种安全有效的新技术。 。
上海市第十人民医院自2012年开始探索FMT治疗，已治疗患者2万余例。全球首次提出FMT治疗的反应模式：急性肠道炎症优于慢性肠道炎症。肠道功能性疾病优于器质性疾病，肠道疾病优于肠外疾病，有肠道症状的肠外疾病优于无肠道症状的肠外疾病。具体来说，FMT可治疗复发性艰难梭菌感染，有效率达90%以上；治疗便秘、肠易激综合症等功能性肠道疾病，有效率约65%；治疗炎症性肠病和其他器官疾病。对于质性疾病，有效率约为58.4%；对于治疗帕金森病等有肠道症状的肠外疾病，有效率约为48.3%；治疗无肠道症状的肠外疾病，有效率仅为40.4%。对8547例患者的5年随访证实，FMT的不良反应大多是短期的、自限性的，主要是腹泻、恶心呕吐以及鼻肠管置入引起的不适。因此，FMT是一种安全有效的“绿色”治疗方案，其应用领域正在全球范围内迅速拓展，引领21世纪医学理念和诊疗技术的变革。
揭开肠道细菌移植疗法的神秘面纱
FMT治疗由三部分组成：供体、受体和治疗计划。有效供体的选择是决定FMT成败的关键因素。目前，国际上FMT捐献者的筛选经历了三个阶段的理念创新：初期，FMT捐献者的筛选标准仅有疾病史和用药史；第二阶段在此基础上进一步增加生活史筛查；第三阶段进一步增加了个人病史和血液/粪便实验室检测。作为FMT的发源地，我国的捐献者筛选标准遵循“五步六维”规则，比国际标准更加严格和规范。需要综合考虑捐献者的心理、生理、个人历史、稳定性和可持续性。 、食物耐受性、健康状况共6个方面。按照现行国际标准，仅考虑年龄、体重指数（BMI）、病史、用药史等因素，FMT应用有效率仅为42.8%，不良事件发生率高达30.7%，其中包括严重死亡。但通过严格遵循“五步六维”筛查规则，FMT有效率可提高至68.7%，不良事件发生率可降低至20.1%，且仅出现轻至中度自身不良反应。限制症状。这些健康的供体是健康菌群的重要来源，对于纠正患者不平衡的菌群至关重要。
那么，哪些疾病群体可以通过FMT恢复肠道稳态、改善疾病症状呢？目前，临床指南和专家共识推荐FMT用于治疗复发性或难治性艰难梭菌感染。此外，在消化系统疾病（如炎症性肠病、肠易激综合征、功能性便秘、肝硬化等）、神经精神系统疾病（如癫痫、自闭症、抑郁症、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等） 、代谢性疾病（如糖尿病、肥胖、脂肪肝、高脂血症等）、免疫系统疾病、过敏性疾病、移植物抗宿主病等、FMT治疗显示出更好的反应性。此外，FMT还可作为肿瘤免疫治疗的敏感性增强剂，提高患者对免疫检查点抑制剂治疗的治疗反应。
然而，值得注意的是，FMT 疗法并不适合所有患者情况。当存在以下禁忌症时，强烈不建议盲目使用FMT治疗：（1）伴有败血症、消化道活动性大出血、或肠穿孔、肠道屏障严重受损的患者； (2)暴发性结肠炎或中毒性巨结肠患者； （3）因严重腹泻、明显纤维性肠狭窄、严重消化道出血、高流量肠瘘等而不能耐受50%热量需求的患者； (4)患有先天性或后天性免疫缺陷疾病的患者； （5）近期接受过高危免疫抑制或细胞毒药物治疗者； (6) 成人中性粒细胞
既然供者和受者的特征已经明确，那么如何将健康供者的菌群移植到患者身上呢？目前国际上主要有四种移植途径：鼻肠管途径、口服途径、肠镜途径、灌肠途径。对于营养不良或病变同时累及小肠和大肠的患者，首选鼻肠途径。对于不能耐受鼻肠管的患者，如老人、儿童，建议口服胶囊进行FMT治疗。对于病变仅限于结肠且单次FMT效果良好的患者，建议进行结肠镜FMT。对于病变仅限于直肠或乙状结肠的患者，建议灌肠FMT。一般情况下，建议住院患者选择鼻肠管途径进行FMT治疗，巩固治疗患者则通过口服胶囊接受FMT治疗。
现代技术推动FMT治疗规范化发展
FMT主要通过菌液或冻干后封装的胶囊进行移植，现代技术可以使这些移植物的生产和制备更加规范化和标准化。
FMT移植所用的健康菌群是由可追溯的新鲜粪便配制而成，并由捐赠者在专用厕所内收集，保证菌群来源的菌量、活性和可塑性，避免尿液和污水污染。随后，样品快速冷却至4℃，并送往符合良好生产规范（GMP）标准的生产车间。肠道菌群的提取在6小时内完成。过程中严格维持厌氧环境，保证菌群的活性。
健康菌群的提取采用全自动智能肠杆菌分离设备。将不少于100克的粪便与生理盐水混合后添加到设备中，实现整个过程的自动混合、过滤、分离。整个处理过程在封闭的控制单元内完成，避免外部细菌污染，最终产生满足处理要求的菌液。每批菌液中随机抽取5%作为冻存样品，用于处理后追溯。
将制备好的菌液4℃离心，加入脱脂奶粉与甘油混合作为冻干保护剂。采用冷冻干燥技术从菌液中提取活性菌粉末，封装于耐酸羟丙甲纤维素胶囊中，确保活性菌群能够在肠道内释放，防止胃酸对其造成破坏。
每个制备好的菌液和胶囊在FMT应用前随机取样进行病原菌检测、活菌计数和微生物基因组测序分析，以确保移植物中存在艰难梭菌、弯曲杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌和志贺氏菌。肠毒素大肠杆菌及虫卵、囊泡、寄生虫、孢子、诺如病毒、轮状病毒和新型冠状病毒等病原体检测均为阴性，多重耐药基因检测均为阴性。移植用菌液细菌活性不低于80%，活菌数不低于5×108/ml；胶囊内的细菌活性不低于70%，活菌数不低于1×109/ml。克。
上述标准化FMT移植物制备流程已写入《中国肠道菌群移植临床应用管理专家共识（2022年版）》和《上海市菌群移植技术管理规范（2021年版）》，助力FMT技术在中国的应用在中国安全、高效、便捷、可控的推广应用。
定植拮抗是FMT应用的“瓶颈”问题
肠道菌群被称为人体的“隐藏器官”。因此，肠道细菌移植技术在某种程度上可以被视为一种“器官移植”。它不可避免地伴随着殖民对抗问题。因此，如何准确地将健康菌群移植给合适的患者，是目前FMT临床应用中的一个重要技术问题。
微生态研究结果表明，肠道微生态群落的初步形成以及干预后的恢复能力取决于菌株在肠道定植的顺序。换句话说，患者现有的肠道菌群（也称为天然细菌）通过各种途径抑制捐赠者健康菌群在接受者肠道中的定植。目前FMT治疗的菌种定植率为50%~80%，随着疾病复杂程度的增加和微生态失衡程度的加剧，供体健康菌群的定植效率显着下降。
原生菌影响供体菌定植的主要机制是生态位抢占，表现为原生菌与健康供体菌争夺肠道营养和生存空间。在FMT治疗之前，患者的原生菌已经在肠道生态位中确立了优势地位。特别是，它们可以优先占据粘液层中的粘蛋白附着位点，并使用其上的唾液酸修饰基团作为碳源。新移植的健康菌群无法立即获得这些附着位点，导致移植的菌群停留在肠腔内，并随着肠道的蠕动逐渐排出体外。需要特别强调的是，抗生素治疗并不是强烈推荐的去除原生细菌的方法。这种治疗一方面对粘膜菌群不敏感，另一方面会显着破坏“肠道食物链”，导致双歧杆菌等“初级生产者”不可逆地减少，让治疗变得更加困难。由于缺乏“食物”而将健康的菌群移植到殖民地。
除了生态位抢占机制外，患者来源的细菌还可以通过改变肠道微环境来防止供体移植细菌的定植，这种机制称为生态位抑制。与生态位抢占不同，生态位抑制主要是由天然细菌诱导的宿主免疫反应驱动的。例如，产生短链脂肪酸的细菌可以降低移植菌群的活力，并通过刺激肠上皮细胞释放抗菌肽来抵抗其定植。此外，原生细菌还可以通过细菌相互作用直接杀死移植的菌群。例如，机会性病原体粪肠球菌可以分泌肠毒素，选择性杀死邻近的乳杆菌。
幸运的是，随着大型临床队列的研究，肠道菌群之间的定植拮抗规律逐渐被揭示。目前最普遍认可的两条规则是：“远近排斥”和“全有或全无”。 “远距离相对排斥”规则体现了遗传发育距离相似的菌株具有非常相似的营养物质和空间，因此优先占据生态位的原生细菌将排斥移植的健康细菌；而遗传发育距离较远的菌株往往占据“肠道食物链”的不同环节，因此获得定殖优势的机会更大。 “全有或全无”规则反映了定植拮抗作用是在细菌物种的基础上进行的。如果供体的某种菌株可以定植，那么同种水平的菌株也可以定植于患者的肠道；反之亦然。 ，如果菌株不能在患者的肠道定植，则同种水平的菌株将无法定植。这些模式的发现为大数据模型的发展奠定了理论基础。先进的供体-受体匹配算法可以准确地为疾病患者找到合适的健康菌群，提高健康菌群在患者肠道内的定植率。从而改善疾病症状。
大数据平台助力FMT精准应用
为了实现FMT供者和受者的精准匹配，我们建立了FMTdb数据库（/FMTdb/），包含数千名患者FMT治疗前后的临床特征和肠道菌群微生物组测序数据，以及近万例病例健康人和各种疾病患者的肠道菌群数据。通过最新的宏基因组分析算法，可以实现细菌菌群数据的菌株水平注释，有助于分析各种疾病患者不同于健康人的菌群失调模式。基于该算法，我们成功建立了18种疾病的肠道菌群分类模型。这些分类指标可作为 FMT 预后反应的关键指标，以实现精确的供者-受者匹配。
精准的FMT供体-受体匹配可以通过两种机器学习模型实现，一种是基于大型临床队列开发的随机森林模型，另一种是基于FMT预后因素开发的层次分析法决策模型。随机森林模型的优点在于，可以根据原有细菌对移植细菌的定植拮抗作用，预测FMT治疗后患者细菌群落的组成和丰度，进而确定“健康细菌”的稳态和根据预测结果，FMT后的“疾病菌”。指数。稳态指数越高，细菌菌群的健康程度越高，用于选择最佳供体。层次分析决策模型以与FMT预后正相关的因素作为决策参考，对所有移植菌群与患者的匹配程度进行评分，从而快速找到最适合患者的健康菌群。
在大数据平台的协助下，某些疾病的FMT治疗供者和受者的匹配成功率可高达90%。随着数据库收录病例数量的增加，新的FMT治疗反应规则和细菌菌群分子分型也出现了。结果将陆续呈现，最终提高FMT对多种疾病的整体有效性。
FMT治疗发展新机遇
肠道菌群是人类唯一可以共享的“器官”。随着微生态理论和技术的不断创新，FMT在新时代肠道及肠外疾病的治疗中将发挥越来越重要的作用。尽管国内外临床研究取得了许多突出成果，但在智慧医疗的背景下，仍存在一些技术问题需要不断解决，以使FMT治疗更加精准、规范、科学。
目前，FMT移植物主要有两种类型：菌液和冻干菌粉。 FMT 应用中已有呕吐等不良事件的报道。因此，在接枝生产工艺的改进中需要有效的脱色和脱臭步骤。而且，现有的FMT产品在体积和移植途径上对婴幼儿患者并不友好。为了应对这些挑战，需要开发尺寸更小且不影响细菌菌群活性的新 FMT 产品。对此，3D打印技术似乎是一种可行的解决方案，可以制备更小、更可控的FMT滴丸或胶囊，有助于提高FMT的适用性。此外，复杂细菌或孢子成分的掺入也将是一个有价值的改进，可以从根本上提高FMT移植物的可控性和批次间一致性，从而为患者提供更有针对性和有效的干预。
FMT个性化治疗方案的有效性存在显着的个体间异质性，这表明存在与各种病理和疾病特征相关的一般生态失调特征。这些独特的特征可以使用更高分辨率的分析方法和定量检测技术来识别。在此基础上，深入分析菌群相互作用，绘制完整的原生菌定植拮抗网络，并结合改进的移植物制备系统，有望实现针对特定患者的个性化菌群精准干预。
工程细菌和噬菌体的 FMT 应用解决了定植拮抗问题。一种可行的解决方案是分离、培养和定向改造患者的肠道菌群，通过水平基因转移和其他菌群相互作用等常规途径赋予患者肠道菌群。具有独特的生物功能，从而发挥治疗疾病的作用。由于分离的菌群来自患者本人，这种工程菌几乎不会面临定植拮抗的问题。它可以充当“特洛伊木马”，精确修复肠道微环境，从而为供体细菌提供更多的定植环境。同样，噬菌体疗法还针对占据生态位的患者原生细菌，专门消除FMT前阻碍供体细菌定植的因素，最终提高健康供体微生物在患者肠道内的定植效率。
结论
21世纪是肠道微生物的时代。深入了解肠道菌群稳态失衡与各种肠内及肠外疾病的因果关系，开展大规模、多病种、纵向时间序列的临床研究，制定精准化、个性化、标准化的治疗方案将成为一种进步。是提高人民健康水平、助力实施“健康中国2030”伟大事业的重要战略。
