抗生素替代策略：裂解酶生物疗法的前世今生

前言

微生物病原体的演变和抗生素药物的滥用，导致细菌耐药现象不断涌现。在21世纪，细菌耐药已经成为危害人类生命健康的重要公共卫生问题^[1]。而抗生素的研发速度远不如细菌耐药的速度，这促使人们开始寻找抗生素的替代品。据报道，噬菌体裂解酶生物疗法目前被认为是解决耐药性问题的顶级抗生素替代品^[2]。

一、裂解酶生物疗法是什么

裂解酶是双链DNA噬菌体感染宿主后表达的一类肽聚糖水解酶，这种酶通过作用于靶细菌细胞壁上的肽聚糖链键在细胞壁上形成孔洞，从而杀死靶细菌。裂解酶生物疗法指的是在定向培养噬菌体，收集并提纯其分泌的裂解酶，并将其用于病原菌感染的治疗的方法。在过去的几十年中，裂解酶生物疗法被广泛开发用于对抗革兰氏阳性和阴性细菌，并成功地在各种动物模型中证明了其疗效^[2]。

二、裂解酶生物疗法的历史沿革

20世纪初，噬菌体被提议作为一种非抗生素抗菌剂来应用。不久，来自华盛顿国家卫生研究所的Evans发现，噬菌体的裂解物能裂解噬菌体本身无法感染的链球菌菌株，且裂解物产生的抗菌活性与噬菌体相当。因此，她提出噬菌体的裂解物可能是一种新型的抗菌生物制剂，但遗憾的是当时并没有多少人重视^[3]。

直到1957年，洛克菲勒大学McCarty实验室的临床博士生Krause和同事利用纯化的噬菌体C1裂解物成功裂解了A型和C型链球菌的细胞壁，使得噬菌体裂解物裂解化脓性链球菌细胞壁成为当时最火热的话题之一^[4]。随后，Krause在导师指导下，成功利用硫酸铵沉淀和超速离心的步骤对噬菌体C1及其裂解物进行了提纯（纯化后的溶液在冷冻或冻干状态下更加稳定），成为第一个部分纯化噬菌体裂解物的人^[4]。

噬菌体裂解物的热潮吸引到了很多人的注意，也包括Fischetti。于是他在攻读硕士期间成功应聘到了McCarty实验室担任技术助理，进行链球菌噬菌体实验。在积累了一定的经验后，Fischetti在博士就读期间成功解决了噬菌体C1裂解物稳定性的难题，并在Krause的研究基础上对裂解物进行了进一步纯化^[5]。

在20世纪70年代后，已经是洛克菲勒大学教员的Fischetti将这种纯化的噬菌体C1裂解物作为工具提取和鉴定链球菌的M蛋白，成功揭示了M蛋白和革兰氏阳性菌上其他表面蛋白固定在细胞壁上的方法^[6]。由于积累了有关链球菌 M 蛋白（包括其 α-螺旋螺旋线圈纤维结构及其完整数列）特征的研究资料，Fischetti在实验室成功开发了用于预防链球菌咽部感染的疫苗^[6]。1990年，Fischetti凭借丰硕的成果成了McCarty实验室的教授和负责人。

2002年（即2001年9月18日炭疽信攻击事件之后一年），Fischetti实验室Raymond Schuch等人的研究成果成功刊登于《Nature》杂志的封面^[8]。Raymond Schuch等人利用裂解克隆、分离和纯化后重组裂解酶plyG，成功使遭受致死剂量炭疽攻击的菌血症小鼠免于迅速死亡，为炭疽的治疗提供了机会^[7]。

随后，JuttaLoeffler等人（Fischetti实验室）对裂解酶的新特征进行了持续探索，结果发现裂解酶在特定杀死靶细菌之外，并不会对其他共生细菌产生影响，而这种有针对性的杀伤特性可以减少广谱抗生素的副作用，因此更为人们所接受^[8]。

在Fischetti实验室及其他研究者们的不懈努力下，噬菌体裂解物被不断的纯化，并变得更加稳定，可以更加高效地裂解靶细菌，这为解决目前严峻的细菌耐药问题提供了方向。

三、裂解酶生物疗法的研究现状

2015年，ContraFect公司从洛克菲勒大学那里获得了一种针对葡萄球菌和一些链球菌的裂解酶的授权。该公司随后开发现在称为Exebacase的裂解酶，用于治疗人类金黄色葡萄球菌感染，包括常见的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。在一项I期临床试验中，Exebacase显示对人体没有造成任何严重的副作用^[9]。在2018年，ContraFect又开展了一项随机，双盲，对照的II期研究，对金黄色葡萄球菌菌血症的住院患者（约三分之一的人患有MRSA）进行了研究，研究结果发现接受Exebacase治疗的MRSA患者的治愈率比单独使用抗生素治疗的患者高出40%以上^[10]。目前，Exebacase已被美国食品及药物管理局授予“突破疗法”称号，是第一个也是唯一一个进入临床开发第三阶段的裂解酶，作为一种系统性给药治疗，用于改善金黄色葡萄球菌菌血症（包括右心内膜炎）的临床治疗^[11]。但遗憾的是，2022年7月14日，ContraFect宣布DISRUPT临床研究的数据安全监测委员会 (DSMB) 建议停止突破性疗法重组裂解酶（Exebacase）的III期临床试验。据业内人士分析，该临床研究未能达到主要研究终点，主要是剂量选择和给药方法的问题，此外还有其它临床试验设计的问题。另外，Exebacase 是针对链球菌的裂解酶，对葡萄球菌的效果较有限，不可能成为专门针对葡萄球菌同类最佳的裂解酶。2022年12月19日，ContraFect公司对外进一步更新了说明，值得注意的是，Exebacase治疗组和对照组患者的严重程度在基线上明显失衡，APACHE II分数超过15分的患者比例分别为34.8%和13.8%, 这在统计学上很难解释。APACHE II分数超过15分的患者预后极差且病死率显著增加。考虑到临床试验是在新冠疫情爆发期间进行的，也不能排除有些试验机构把病情很严重的患者有意安排在Exebacase治疗组中。更让人匪夷所思的是，这项III期临床试验对照组患者的临床反应非常好，是之前II期临床及其它类似III期临床对照组的2倍。尽管这个III期临床试验失败了，但ContraFect公司对Exebacase仍充满了信心，期待将来会再做一次金黄色葡萄球菌菌血症的临床试验, 但是公司近期会将资源聚焦在慢性人工膝关节感染的临床试验上，目前已经启动了Ib/II期的临床试验。

Micreos Human Health（Micreos公司）最近报告了南非开放标签、介入性临床研究的结果，检测了含有抗金黄色葡萄球菌裂解酶Endobioma^TM的乳膏，治疗43名轻中度异位性皮肤炎的成年人和儿童的安全性和有效性，研究结果发现Endobioma^TM显著降低了皮炎严重程度，改善了皮肤敏感性和提高了患者生活质量^[12]。Micreos公司正在开发针对金黄色葡萄球菌（包括耐抗生素的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）的升级版裂解酶XZ.700，拟按处方药注册路径开发，目前已在荷兰注册开展了针对轻、中度特应性皮炎的I/II期临床试验^[13]。并且于2022年4月14日宣布其研究在重建的人类皮肤和金黄色葡萄球菌诱导的皮肤感染的小鼠模型中对金黄色葡萄球菌有效。重要的是，当金黄色葡萄球菌反复暴露于XZ.700时，没有出现抗药性^[13]。

Roivant Sciences Inc.最近报道了一项1期研究的结果，该研究评估了单剂量LSVT-1701（一种以前称为N-RephasinSAL200的抗葡萄球菌溶酶）用于韩国一个单中心的32名健康男性受试者中的安全性、药代动力学和药效学。LSVT-1701赖氨酸是安全的且耐受性良好，然而，其第二阶段试验由于战略原因而终止^[14]。

靶抗生物公司（PrecisioBiotix）在裂解酶技术研发上也有着极强的实力，研发带头人Assaf Raz博士和Mya Thandar博士均毕业于洛克菲勒大学，师从Fischetti教授，在开发革兰氏阳性和革兰氏阴性菌裂解酶方面有着高质量的研究成果发表。两位科学家均全职工作于靶抗生物武汉研发中心，他们创建了世界一流的LysiThru®高通量裂解酶筛选平台，依托于这个平台，能快速、高效地开发适用于各种目标病原菌的裂解酶产品，目前处于临床前开发阶段的产品包括湿疹/特应性皮炎用LYSG-101、痤疮用LYSG-102、血流感染用LYSG-101（中国区权益授权给上海医药）；处于发现阶段的针对多种革兰氏阳性与阴性菌感染的重组裂解酶。

四、裂解酶生物疗法的应用前景

在过去的几十年里，抗生素替代品的需求一直在增长。在最近对可能的替代方案进行的详细回顾中，Czaplewski等人对抗生素替代品总结道：“基于高临床影响力和高技术可行性的结合，预计最有可能提供抗生素替代品的方案是：以噬菌体裂解酶作为治疗学，疫苗作为预防剂，抗体作为预防剂，益生菌作为治疗。”^[2]。Fischetti更是声称：“噬菌体裂解酶生物疗法目前被学者认为是解决耐药性问题的顶级抗生素替代品”^[2]。因此，许多生物公司将目光投向了这个前景光明的领域。

BioNTech、欧莱雅/Micreos、ContraFect、和靶抗生物（PrecisioBiotix）等公司深耕裂解酶生物疗法，并在动物模型以及人体实验中证明了裂解酶生物疗法作为抗生素替代品的疗效及独特优势。2020年10月29日，欧莱雅集团宣布与Micreos达成合作协议，双方将共享Micreos的裂解酶生物技术Micreobalance^®，用于皮肤微生物组的研究及应用^[15]。2021年11月BioNTech以1.5亿欧元收购奥地利噬菌体裂解酶公司Phagomed。欧莱雅和BioNTech在裂解酶生物疗法上的大额投资，代表着跨国巨头对裂解酶生物疗法的认可，也在一定程度上预示了裂解酶技术的光明前景。

参考文献：

1. O'Neill J.Tacking drug-resistant infections globally: final report and recommendations[Ｒ]. London: review on antimicrobial resistance，2016．

2. Fischetti VA. Development of Phage Lysins as Novel Therapeutics: A Historical Perspective. Viruses. 2018 Jun 7;10(6):310.

3. Evans A.C. The Prevalence of Streptococcus Bacteriophage. Science. 1934;80:40–41.

4. Avery O.T., MacLeod C.M., McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. J. Exp. Med. 1944;79:137–158.

5. Fischetti V.A., Gotschlich E.C., Bernheimer A.W. Purification and physical properties of group C streptococcal phage-associated lysin. J. Exp. Med. 1971;133:1105–1117.

6. Fischetti V.A., Jones K.F., Manjula B.N., Scott J.R. Streptococcal M6 protein expressed in Escherichia coli. Localization, purification and comparison with streptococcal-derived M protein. J. Exp. Med. 1984;159:1083–1095.

7. Schuch R., Nelson D., Fischetti V.A. A bacteriolytic agent that detects and kills Bacillus anthracis. Science. 2002;418:884–889.

8. Loeffler J.M., Fischetti V.A. Synergistic lethal effect of a combination of phage lytic enzymes with different activities on penicillin-sensitive and -resistant Streptococcus pneumoniae strains. Antimicrob. Agents Chemother. 2003;47:375–377.

9. Czaplewski L., Bax R., Clokie M., Dawson M., Fairhead H., Fischetti V.A., Foster S., Gilmore B.F., Hancock R.E., Harper D., et al. Alternatives to antibiotics—A pipeline portfolio review. Lancet Infect. Dis. 2016;16:239–251.

10. Gilmer D.B., Schmitz J.E, Euler C.W., and Fischetti V.A. Novel Bacteriophage Lysin with Broad Lytic Activity Protects Against Mixed Infection by Streptococcus pyogenes and Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus. Antimicrob. Agents Chemother. 2013;57:2743–2750.

11. Schuch R, Cassino C, Vila-Farres X. Direct Lytic Agents: Novel, Rapidly Acting Potential Antimicrobial Treatment Modalities for Systemic Use in the Era of Rising Antibiotic Resistance. Front Microbiol. 2022 Mar 3;13:841905.

12. Moreau M, Seité S, Aguilar L, Da Cruz O, Puech J, Frieling J, Demessant A. Topical S. aureus - Targeting Endolysin Significantly Improves Symptoms and QoL in Individuals With Atopic Dermatitis. J Drugs Dermatol. 2021 Dec 1;20(12):1323-1328.

13. Micreos. Micreos Human Health [M]. 2023.1.31.https://www.micreos-group.com/content/human-health.aspx

14. Wire MB, Jun SY, Jang IJ, Lee SH, Hwang JG, Huang DB. A Phase 1 Study To Evaluate Safety and Pharmacokinetics following Administration of Single and Multiple Doses of the Antistaphylococcal Lysin LSVT-1701 in Healthy Adult Subjects. Antimicrob Agents Chemother. 2022 Mar 15;66(3):e0184221.

15. Micreos. L'Oréal signs license agreement with Dutch biotech Micreos, world leader in targeted bacterial biotechnology.2020.10.29.https://www.prnewswire.com/news-releases/loreal-signs-license-agreement-with-dutch-biotech-micreos-world-leader-in-targeted-bacterial-biotechnology-301162125.html