噬菌体疗法最新进展

噬菌体疗法是通过噬菌体裂解细菌治疗病原菌感染的治疗手段。噬菌体是指那些侵入的细菌细胞的病毒。这些病毒的侵入会导致细菌细胞的裂解，破坏细菌的新陈代谢，并导致细菌自毁。近年来，科学家们在利用噬菌体疗法治疗分枝杆菌、肺炎克雷伯菌、大肠杆菌等细菌、流感病毒以及与肠道细菌相关的酒精性肝病和炎症性肠病等疾病方面取得进展。基于此，小编针对噬菌体疗法的最新研究进展，进行一番梳理，以飨读者。

1.Cell：噬菌体组合疗法有望治疗炎症性肠病等一系列与肠道菌群相关的疾病

doi:10.1016/j.cell.2022.07.003

在一项新的研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所和德国癌症研究中心的研究人员首次设计了一种噬菌体组合疗法，它能够精确靶向并抑制与炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）相关的肠道细菌。这一发现展示了使用噬菌体治疗与肠道菌群相关的疾病的可能性。相关研究结果发表在2022年8月4日的Cell期刊上，论文标题为“Targeted suppression of human IBD-associated gut microbiota commensals by phage consortia for treatment of intestinal inflammation”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.07.003。

论文通讯作者、魏茨曼科学研究所系统免疫学部主任、德国国家癌症中心（DKFZ）微生物组与癌症部主任Eran Elinav说，“应用噬菌体疗法的最大问题是细菌和噬菌体之间存在着一场持续的军备竞赛。如果你在针对一种细菌提供单一的噬菌体，该细菌很可能会非常迅速地产生抵抗性。据我们所知，我们是第一个使用口服噬菌体组合疗法来对付一种造成疾病的肠道共生菌，同时解决噬菌体抵抗性这一巨大问题并治疗一种非传染性疾病。”

Elinav和他的团队发现了最有效的噬菌体组合，该组合包含五种噬菌体，在试管中抑制Kp菌株，以及在小鼠IBD模型中，这种噬菌体组合减轻了炎症和组织损伤。

Elinav团队进一步在一项涉及18名健康志愿者的1期临床试验中测试了这种噬菌体组合中的两种代表性噬菌体。实验表明，当与抗酸剂（antacids）一起服用时，这些噬菌体可以在高水平下存活，并在整个胃肠道内保持活性，同时不影响周围的肠道菌群。这些参与者没有出现严重的治疗相关的不良事件。该团队计划在随后的2期试验中针对携带致病性Kp菌株的IBD患者进一步测试这种含有5种噬菌体的组合疗法。此外，Elinav和他的团队正在努力确定与其他疾病相关的细菌，并开发针对它们的有效噬菌体组合疗法。

2.Nature：震惊！巨型噬菌体形成类似于人类和动物细胞核的结构，有助于开发更好的噬菌体疗法

doi:10.1038/s41586-022-05013-4

最近，生物医学科学家对称为噬菌体的病毒产生了浓厚的兴趣，它们能够感染并杀死危险的细菌。地球上最为丰富的噬菌体如今被认为是对抗细菌感染的一种有希望的工具，因为科学界正在为不断上升的抗生素抗药性浪潮寻求新的疗法。科学家们希望揭开噬菌体在与细菌持续冲突中的进化策略的秘密。

在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员如今利用新技术对以前没有认识到的噬菌体生物结构和过程进行了深入研究。他们对一个尚未充分研究的称为“巨型噬菌体（jumbo phage）”的家族以及它们针对细菌的明显进化的防御措施进行了前所未有的观察。相关研究结果于2022年8月3日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Architecture and self-assembly of the jumbo bacteriophage nuclear shell”。

201phi2-1噬菌体细胞核的原位断层扫描和子断层扫描图分析。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05013-4。

在这项新的研究中，这些作者发现巨型噬菌体构建了一个屏蔽性的区室，其作用类似于人类和动物细胞的细胞核，并保护病毒的核心遗传物质，这是复制和传播所需要的。他们首次使用领先的技术，包括低温电镜和断层扫描，以细胞成像的最高分辨率，描述了这种类似细胞核的区室的结构。

这些作者发现这种噬菌体的核状衣壳由一种蛋白组装而成。鉴于它在噬菌体防御中的作用，他们以古代阿兹特克战士携带的盾牌命名该蛋白为chimallin。

论文共同作者、加州大学圣地亚哥分校分子生物学系的Joe Pogliano教授已经研究这些噬菌体超过10年了。他认为形成细胞核样区室的噬菌体可以更好地用于对抗细菌感染的噬菌体疗法，因为它们在进化过程中对多种类型的细菌防御系统具有天然的抵抗力。

3.Clin Infect Dis：迄今为止最大的噬菌体治疗病例研究显示，利用噬菌体治疗分枝杆菌感染的成功率超过50%

doi:10.1093/cid/ciac453

使用噬菌体治疗致命的分枝杆菌感染的报告病例数量上升了5倍。在一项新的研究中，来自匹兹堡大学和加州大学圣地亚哥分校等研究机构的研究人员报告了20项关于使用这种实验性治疗的新病例研究，显示该疗法在一半以上的患者中获得了成功。这是有史以来公布的最大的一组使用被称为噬菌体的杀菌病毒进行治疗的病例研究，提供了它们用于治疗严重感染的前所未有的细节，同时为未来的临床试验奠定了基础。相关研究结果于2022年6月9日在线发表在Clinical Infectious Diseases期刊上，论文标题为“Phage Therapy of Mycobacterium Infections: Compassionate-use of Phages in Twenty Patients with Drug-Resistant Mycobacterial Disease”。

论文共同通讯作者、匹兹堡大学文理学院生物技术教授Graham Hatfull说，“其中一些取得惊人的结果，另一些则很复杂。但当我们分析20例病例后，噬菌体对有利的结果做出了贡献变得更有说服力，毕竟是针对没有其他治疗选择的患者。”

这项新的研究对遭受分枝杆菌感染的患者具有重要意义，也代表着更广泛的噬菌体治疗领域取得重大进展。一些担忧是，科学家们可能只发表噬菌体疗法成功的病例研究。

4.Cell：首次利用噬菌体成功治疗抗生素耐药性分枝杆菌肺部感染

doi:10.1016/j.cell.2022.04.024

在一项新的研究中，来自美国国立犹太医学中心、匹兹堡大学和科罗拉多大学的研究人员首次成功使用噬菌体---杀死细菌的病毒---来治疗抗生素耐药性的分枝杆菌肺部感染，这就为国立犹太医学中心的一名患有囊性纤维化的年轻患者接受挽救生命的肺部移植扫清了道路。这项病例研究报告指出，这些作者成功使用噬菌体来治疗这名患者（即下文的Jarrod Johnson）的脓肿分枝杆菌（Mycobacterium abscessus）肺部感染。相关研究结果于2022年5月13日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Host and pathogen response to bacteriophage engineered against Mycobacterium abscessus lung infection”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.04.024。

Johnson是一名26岁的囊性纤维化患者，在他的一生中反复遭受肺部感染。小时候，他每年都要在不同的医院住院数次。成年后，在六年的时间里，他经历了持续的脓肿分枝杆菌感染后，他的肺部功能迅速下降，并接受了多次不成功的治疗。到2020年，他的肺部功能已经下降到了30%以下。如果不进行肺部移植，医生认为他很可能在短短几年内死亡。

噬菌体通常只对少数类型的细菌具有特异性。2016年，Nick博士和他的同事们提供了来自Johnson肺部的脓肿分枝杆菌样本，旨在寻找一种能够杀死这种分枝杆菌的噬菌体。Hatfull博士和他的团队筛选了几十种候选噬菌体，并确定了两种能有效杀死感染Johnson肺部的脓肿分枝杆菌的噬菌体。他们对这两种噬菌体进行了基因改造，以优化它们的治疗潜力。

美国国立犹太医学中心的医生们获得了美国食品药品管理局（FDA）的授权，可以同情地使用这种实验性治疗。Johnson在2020年9月接受了他的第一次噬菌体输注，随后500天内每天输注两次。在两个月内，多种基因组、细胞培养和临床标志物表明，该疗法正在取得成功。噬菌体治疗开始后仅一年多，Johnson的肺部感染似乎已被清除了。

5.Nat Commun：利用噬菌体成功治疗一名感染耐药性细菌的患者

doi:10.1038/s41467-021-27656-z

在一项新的研究中，来自比利时伊拉斯谟医院等机构的研究人员利用噬菌体疗法和抗生素的组合，成功地治疗了一名感染了耐药性细菌的成年女性。他们描述了使用这种疗法的原因以及它在其他情况下可能使用的方式。相关研究结果于2022年1月18日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Combination of pre-adapted bacteriophage therapy and antibiotics for treatment of fracture-related infection due to pandrug-resistant Klebsiella pneumoniae”。

噬菌体是能够感染和杀死细菌的病毒。涉及它们在人类患者身上使用的研究已经进行了几十年，但它们仍然没有被用于治疗患者。在这项新的研究中，这些作者获得了一个独特的机会，不仅可以治疗一名需要帮助的患者，而且还可以了解更多关于可能使用病毒来治疗感染了对传统抗生素产生耐药性的细菌的患者。

噬菌体M1的相关基因组和蛋白质组学特征。图片来自Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-021-27656-z。

在这个病例中，这名女性患者被恐怖分子的炸弹严重炸伤---她遭受了多重伤害，包括腿部的损伤。为她治疗的医生不得不切除一些骨头，这导致了细菌感染。对这名女性患者来说，不幸的是，这种细菌是肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）。众所周知，这种细菌对抗生素有耐药性，而且它还能形成薄薄的使抗生素难以到达感染区域的生物膜。在几年的时间里，这些作者尝试了多种方法来去除这名患者的感染，但都没有效果。她的医疗团队发现没有其他选择，于是选择了噬菌体疗法。为此，他们向格鲁吉亚叶利亚瓦研究所的一个多年来一直在研究噬菌体疗法的团队寻求帮助。

要使用噬菌体，必须找到一种能够攻击感染背后的确切细菌菌株的病毒。这些作者进行了详尽的搜索和测试，直到最终在下水道的水样本中发现了一种称为M1的噬菌体。这种噬菌体在体外进行培养，然后混合到一种液体溶液中，并直接将混合后的溶液涂抹在这名患者腿上的感染部位。他们还使用了大量的抗生素。这名患者终于开始从感染中恢复，在三年的时间里，她恢复到了不仅没有细菌感染，而且能够再次行走。

6.Nat Microbiol：科学家有望利用噬菌体和抗生素组合性疗法来治疗超级细菌鲍氏不动杆菌所引起的感染！

doi:10.1038/s41564-020-00830-7

近日，一项刊登在国际杂志Nature Microbiology上的研究报告中，来自莫纳什大学等机构的科学家们通过研究揭示了如何逆转一种最危险的超级细菌的抗生素耐药性；研究人员使用到了细菌噬菌体（bacteriophages），其是一种仅会杀灭细菌的病毒，并不会对人类机体造成伤害。

文章中，研究人员对这种名为鲍氏不动杆菌（Acinetobacter baumannii）的超级细菌进行了研究，其在重症监护室中引发的感染占到了高达20%的比例；研究者Jeremy Barr教授说道，我们或许能利用大量噬菌体来杀灭对抗生素产生耐药性的鲍氏不动杆菌，但这种细菌非常聪明，同样，其会以对抗生素产生耐药性的方式很快对噬菌体也产生耐受性。研究人员阐明了鲍氏不动杆菌如何对攻击它的噬菌体产生耐受性，以及这种超级细菌如何对抗生素产生耐受性。鲍氏不动杆菌能产生一种胶囊样、粘稠的外层物质，从而保护其免受抗生素的杀灭作用；而研究人员所使用的噬菌体正能利用相同的胶囊结构作为入口来进入细菌内部并发挥杀伤性效应。

在试图逃离噬菌体杀伤作用时，鲍氏不动杆菌会停止胶囊样结构的产生，这样科学家们就能利用曾经使用过的抗生素来杀灭这种超级细菌了。本文中，研究人员发现了至少有7种不同的抗生素会使得鲍氏不动杆菌变得再度敏感，同时这也大大扩展了科学家们治疗鲍氏不动杆菌的资源，从而就会使得这种超级细菌变得不再那么敏感了。在这种新型治疗性策略被应用于临床之前，研究人员还需要进行更多研究，目前的研究成果让研究人员非常欣慰。

7.Science：重大进展！肠球菌噬菌体竟可增强癌症免疫治疗的疗效

doi:10.1126/science.aax0701

在一项新的研究中，来自法国、瑞典、中国、美国、加拿大、意大利、西班牙、丹麦、匈牙利和荷兰的研究人员发现一类称为肠球菌的肠道细菌携带着可调节免疫反应的噬菌体。噬菌体可整合到肠球菌的基因组中，称为原噬菌体（prophage）。他们报告了可能与肿瘤细胞相关抗原发生交叉反应的微生物抗原。相关研究结果发表在2020年8月21日的Science期刊上，论文标题为“Cross-reactivity between tumor MHC class I–restricted antigens and an enterococcal bacteriophage”。

进一步地，这些研究人员在海氏肠球菌（Enterococcus hirae）的原噬菌体（prophage）中鉴定出它的尾卷尺蛋白（TMP）存在着主要组织相容性复合体I类（MHC-I）结合表位：TSLARFANI（称为TMP1）。这种噬菌体TMP蛋白长1506个氨基酸，这个表位对应于它的氨基酸位点为187～197。

携带含有原噬菌体的海氏肠球菌的小鼠在接受环磷酰胺或抗PD-1抗体免疫治疗时可产生TMP特异性的H-2Kb限制性CD8+ T淋巴细胞反应。给小鼠提供经过基因改造后表达这种TMP表位的细菌菌株可改善对它们的免疫治疗。

在肾癌和肺癌患者中，大便中这种肠球菌原噬菌体的存在和肿瘤中TMP交叉反应抗原的表达与PD-1阻断治疗的长期疗效相关。在黑色素瘤患者中，一部分特异性识别天然加工的黑色素瘤抗原表位的人T细胞似乎能够识别微生物肽。这种“分子模拟（molecular mimicry）” 可能代表着肿瘤抗原和微生物抗原之间的交叉反应性

8.Nat Nanotechnol：经过化学修饰的噬菌体衣壳可完美地抑制流感病毒感染

doi:10.1038/s41565-020-0660-2

一种新方法有望为抑制季节性流感和禽流感带来了新的治疗选择。在一项新的研究中，来自德国多家研究机构的研究人员基于空的无传染性的噬菌体衣壳，开发出了一种化学修饰的噬菌体衣壳，可以抑制流感病毒。完美匹配的结合位点会导致流感病毒被噬菌体衣壳包裹，从而使得它们实际上不可能感染肺细胞。这种现象已在使用人肺部组织的临床前试验中得到证实。这些研究结果也正在用于对冠状病毒的即时研究中。相关研究近期发表在Nature Nanotechnology期刊上，论文标题为“Phage capsid nanoparticles with defined ligand arrangement block influenza virus entry”。

这正是这些研究人员开发的新方法想要实现的。他们开发出的这种噬菌体衣壳可以完美地包裹流感病毒，以至于它们不再感染细胞。论文共同通讯作者、莱布尼兹分子药理研究所化学生物学系主任、柏林洪堡大学化学生物学教授Christian Hackenberger博士解释道，“临床前试验表明，利用我们开发的经过化学修饰的噬菌体衣壳，我们能够使得季节性流感病毒和禽流感病毒变得无害。这是一项重大成功，为创新性抗病毒药物的开发提供了全新的视角。”

9.Nature：噬菌体疗法有望治疗酒精性肝病

doi:10.1038/s41586-019-1742-x

噬菌体是专门破坏细菌的病毒。在20世纪初期，科学家们就已尝试使用噬菌体作为治疗细菌感染的潜在方法。但是随后抗生素出现了，噬菌体也就失宠了。然而，随着抗生素耐药性感染的增加，人们对噬菌体治疗重新产生了兴趣。在少数情况下，在用尽了所有其他替代方法后，实验性噬菌体疗法（phage therapy）已成功治疗了危及生命的耐多药细菌感染患者。

如今，在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校等研究机构的研究人员首次成功地在小鼠中使用噬菌体疗法治疗一种不被认为是典型细菌感染的疾病：酒精性肝病（alcoholic liver disease）。相关研究结果于2019年11月13日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Bacteriophage targeting of gut bacterium attenuates alcoholic liver disease”。

论文通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院医学与胃肠病学教授Bernd Schnabl博士说，“我们不仅将特定的细菌毒素与酒精性肝病患者中较差的临床预后关联在一起，我们还找到了一种利用噬菌体精确编辑肠道菌群来破坏这种关联性的方法。”

10.Cell：工程化噬菌体能够杀伤抗生素耐药性病原菌

doi:10.1016/j.cell.2019.09.015

在与细菌抗生素耐药性的斗争中，许多科学家一直在尝试利用噬菌体感染并杀死细菌。噬菌体杀死细菌的机制与抗生素不同，并且它们可以靶向特定菌株，使其成为潜在的，克服多重耐药性问题的选择。然而，快速发现和优化具有明确靶向性的噬菌体“药物”目前来看还是充满挑战的。

在一项新的研究中，麻省理工学院的生物学工程师表明，他们可以通过对与宿主细胞结合的蛋白进行突变，从而对噬菌体进行快速编程，以杀死不同类型的大肠杆菌。此外，研究人员发现，这些工程化的噬菌体也不太可能引起细菌的抗药性。

图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.09.015。

麻省理工学院电气工程，计算机科学和生物工程学副教授蒂Timothy Lu说：“正如我们现在越来越多地在新闻中看到的那样，细菌的耐药性正在不断上升，产生了日益严重的公共健康问题。相比于抗生素，噬菌体杀死细菌的方式有着本质不同，它是对抗生素的有效补充，而非替代品。”

研究人员创造了几种工程菌噬菌体，它们可以杀死实验室中培养的大肠杆菌。值得一提的是，通过工程优化，新产生的噬菌体还能够有效杀伤对天然噬菌体具有耐受性的大肠杆菌菌株。

11.Nat Med：绝症患者终获救！基因改造噬菌体战胜死神

doi:10.1038/s41591-019-0437-z

在一项新的研究中，研究人员报道经过基因改造的病毒成功地治疗了一名十几岁女孩遭受的抗生素耐药性感染，挽救了她的生命。虽然这种使用了经过基因改造的噬菌体（感染细菌的病毒）的方法仅在一个人的身上进行过测试，但是这种技术可用于对抗其他的“超级细菌”感染。相关研究结果发表在Nature Medicine期刊上，论文标题为“Engineered bacteriophages for treatment of a patient with a disseminated drug-resistant Mycobacterium abscessus”。

在这项研究中，这名来自英格兰的女孩遭受一种分枝杆菌菌株感染，这种分枝杆菌菌株与导致结核病的细菌存在亲缘关系。她患有一种称为囊性纤维化（CF）的遗传疾病，并一直服用抗生素来控制导致与这种遗传疾病相关的并发症的细菌感染。她随后接受双肺移植来治疗这种疾病。之后，她遭受的这种分枝杆菌感染遍布全身，并且没有任何抗生素可以治疗它。就在这时，美国匹兹堡大学生物技术教授Graham Hatfull想要帮助她。Hatfull一直在研究噬菌体，从环境中收集它们。他开始分析他收集的噬菌体，看看是否有噬菌体可以杀死这种引起这名病人感染的细菌。

Hatfull表示，“我们的想法是使用噬菌体作为抗生素，这样我们就能够杀死导致感染的细菌。”他的团队发现了三种噬菌体看起来很有希望。一种噬菌体能够感染并杀死让这名患者生病的细菌菌株。另外两种噬菌体并没有那么有效，因此Hatfull和他的同事们调整了这 些噬菌体的基因组，去除了一个基因，因此它们会杀死这种细菌。

Hatfull团队利用这三种噬菌体配置出一种噬菌体混合物，并测试了它对患者皮肤的安全性。这种噬菌体混合物然后通过静脉注射给予这名十几岁女孩。几周后，她的肝脏扫描显示感染迹象显著下降，而且导致这种感染的细菌菌株似乎并没有对这种噬菌体混合物产生抗性 。 Hatfull及其同事们如今正在测试加入到这种治疗中的第四种噬菌体，并寻找将这种技术用于治疗其他致病菌感染的方法。（生物谷 Bioon.com）