以毒攻毒，他们用病毒治病，抗生素耐药有解了

2022-08-28 11:08

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“要进入一个新的抗菌时代，噬菌体疗法就摆在眼前。”

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‍撰文 | 凌骏

来源 | “医学界”公众号

导读：

“细菌耐药”已成为全球最大的公共卫生危机之一。一份报告指出，到了2050年，对抗生素的耐药将导致全球1000万人死亡、损失达66万亿英镑。这种情况下，学界重新关注到了一种名为噬菌体的病毒，它不会感染人类细胞，却在进入人体后表现出极强的杀菌能力。

事实上，噬菌体在100年前曾被广泛使用，随后又被人类抛弃，至今依旧只是边缘的抗菌疗法。但无论如何，抗生素的滥用已为噬菌体复出提供了绝佳的契机，回归后的噬菌体疗法能否重写人类的抗菌格局？

动身前往位于郊区的上海噬菌体与耐药研究所前，外地的实习生会收到一个奇怪的请求——从家乡带一瓶污水。

一瓶来自下水道或水沟的污中有数百万个细菌，但就像草原上的羊和狼一般，一种名为噬菌体的病毒正在阻止其无限增殖。这种古老的自然法则启发了一些科学家，用自然界的天敌对抗感染人体的细菌。

“一些烈性噬菌体在感染细菌后，半小时就能完成一个裂解周期，复制出更多的噬菌体持续杀菌。”上海噬菌体与耐药研究所所长朱同玉教授告诉“医学界”。

上海噬菌体与耐药研究所实验室里的污水瓶

2016年，在传染病学家史蒂芬妮·斯特拉斯迪（Steffanie Strathdee）的强烈要求下，美国食品药品监督管理局（FDA）为这种未经临床试验的疗法开了绿灯。她的丈夫由于感染超级耐药菌出现器官衰竭，却在批准注入噬菌体三周后重获新生。

这就像在全球范围内重新打响了发令枪。作为现代微生物学最著名的发现之一，被遗忘几十年的噬菌体疗法重回学界视线，或许将在未来带领人类走出细菌耐药的困境。

对抗细菌的超级武器

“如果给人的肠道微生物做一个基因组学检测，你会发现很多病毒序列，它们绝大部分是噬菌体，牵制细菌保持着人体健康。”上海噬菌体与耐药研究所副研究员吴楠楠博士说，噬菌体能将自身核酸注入细菌，大量繁殖，最终导致细菌破裂死亡。

图说：噬菌体“攻占”细菌

在一块划分成8*12格的培养皿上，吴楠楠博士介绍了挑选噬菌体的大致方法：

“先把想要杀灭的细菌铺在培养皿上繁殖，再在每个格子点上不同的噬菌体，你就能清晰地看到哪些噬菌体‘吃’掉细菌形成噬菌斑。如果斑外还有一个环，则代表这个格子的噬菌体杀菌能力更强。”

最终，6种噬菌体通过了精选，在接下来的十几个小时内，研究人员会再次进行效价验证，达标的噬菌体即可组合成鸡尾酒，对患者进行治疗。

就像并非所有细菌都对人体有害一样，自然界存在的噬菌体数量高达1031，但人类仅发掘了极少一部分用于临床治疗。“通过数年的收集筛选，我们的噬菌体库目前有700多种噬菌体，可以覆盖90%以上临床常见的耐药菌。”朱同玉教授说。

2018年1月，上海噬菌体研究所接诊了他们的首例患者——一位超级细菌感染者。他在2014年因全尿路感染滋生了多重耐药的肺炎克雷伯菌，4年间辗转全国求医，长期住院输液，使用的抗生素强度和价格一升再升，细菌不仅未被杀灭，耐药性反而再次增强。

患者来到上海后，经过四个疗程的噬菌体治疗，顽固感染被最终清除。此前他每日连小便都痛不欲生，但朱同玉教授团队利用了能杀死这种超级细菌的噬菌体。

就在半年前，2017年8月，上海噬菌体与耐药研究所正式成立。朱同玉教授是发起人之一，作为肾移植和泌尿外科的一线专家，和细菌感染交手了20几年，见过大量明明手术成功却因术后耐药菌感染而离开人世的患者，他深知一种全新疗法所能带来的临床价值。

另两位发起人是陈立光教授和郭晓奎教授。陈立光教授是台湾慈济医学中心病毒学领域的顶尖学者，而身为上海交大国家热带病研究中心执行副主任，郭晓奎教授认为，交大上海免疫研究所在1958年完成了中国第一例噬菌体治疗，时隔近60年，是该重启了。

三人一拍即合。4年来，上海噬菌体研究所救治了近100位来自全国各地的病患。他们大部分都被超级细菌感染、抗生素治疗无效、长期住院甚至危及生命，又在接受噬菌体疗法后回归正常生活。

上海噬菌体与耐药研究所

1200公里外，深圳市第三人民医院院长、上海噬菌体研究所学术委员卢洪洲教授也深知噬菌体疗法的广阔前景。今年1月，深圳三院和深圳先进技术研究院合作，开展了该院首例噬菌体鸡尾酒疗法，救治了一位身患吸入性肺炎并同时感染3种超级细菌的老人。

“联用多种噬菌体可以扩展抗菌谱，并减少细菌的噬菌体抗性。”卢洪洲教授说，噬菌体鸡尾酒是目前领域主要的发展方向之一。

全球医学界曾经的宠儿

“医院的重症监护室每天都在使用各种高档抗生素。”朱同玉教授说，“要进入一个新的抗菌时代，噬菌体疗法就摆在眼前。”

但噬菌体的潜力远不止治疗被细菌感染的人。“一种噬菌体只针对一种或一类特定的细菌。”吴楠楠博士说，因此它可以被用来测试不同的院内患者是否感染同一类关联细菌，进而监测院感发生的可能性。

由于不会感染人，噬菌体还被做成了喷雾，可以在病房，尤其是存在大面积感染创面的烧伤病房用于喷雾消杀。甚至，水产养殖从业者会在鱼塘里喷洒特定的噬菌体，从而避免在饲料中添加抗生素,减少耐药菌产生的机会。另外一些科学家也在开发用于食品防腐的噬菌体添加剂。

噬菌体的影响如此之广，以至于一些企业、机构和卫生部门表现出了对它极大的兴趣。2019年，海外最大的3项噬菌体疗法研究商业授权总价超20亿美元，深圳华大生命科学研究院也在2020年发起了全球噬菌体库计划。

可无论是上海噬菌体研究所还是其他国内外机构，都不是从零开始推动噬菌体治疗的发展。

1896年，英国细菌学家汉金在印度恒河中观察到了一种有抗菌活性的物质，并发现它控制了霍乱流行。直到1917年，法国微生物学家德赫勒才从粪便中独立提取了痢疾杆菌噬菌体，2年后在人类历史上首次开创噬菌体疗法，治愈了一位感染痢疾的儿童。

我国第一例噬菌体治疗出现在1958年。当时，30岁的炼钢工人邱财康被1800度的钢水烫伤，烧伤总面积近90%，抢救度过休克关后，又出现铜绿假单胞菌败血症感染，抗生素、血浆抗体等治疗尝试均未取得满意效果，命悬一线。

中国微生物学先驱，时任上海第二医学院（现上海交通大学医学院）微生物教研室主任的余㵑教授想到了噬菌体。那年初夏，他组织了60多名学生，连续几天从市郊掏粪坑、找污水，带回实验室后分离培养制成足量的噬菌体液。当这份液体最终浸润过邱财康全身的创面时，他的感染慢慢得到控制，这一案例也直接促成了新中国烧伤科、整形外科等专科的起步。

事实上，噬菌体疗法在20世纪初曾是全球医学界的宠儿。药厂大量生产针对不同疾病的噬菌体制剂，欧洲和北美的居民很容易在药店就买到掺有噬菌体，用于治疗皮肤感染的粉剂。吸附、侵入、复制、组装、释放......人类不断推进对噬菌体杀菌机制的了解。

但青霉素的发明把人类引向了另一条对抗细菌的道路。40年代青霉素实现规模化生产后，噬菌体疗法更是被打入冷宫，不过相关基础研究并未中断。1952年到2011年间，有6项诺贝尔奖与噬菌体相关，这些研究也直接推动了病毒学、分子生物学和合成生物学等学科的发展。

后抗生素时代的救命稻草

噬菌体疗法一直在等待复出的时机，直到再次以“拯救者”的身份回到学界视野。

2015年，68岁的美国心理学教授帕特森在埃及旅游途中感染了鲍曼不动杆菌，这种在世卫组织“急需新抗生素的危险病原体”名单中位居榜首的细菌，几乎对所有抗生素都有抗性。

这是全球医学界最不愿意看到的情况，对帕特森的妻子斯特拉斯迪来说更是如此。“我开始意识到丈夫的病情比想象的要严重得多，现代医学已经用尽了抗生素手段。”

昏迷中的帕特森。图源：CNN

20世纪中后叶直至今天，整个感染界都是抗生素的天下。但现实却无法回避——抗生素治疗已遭遇瓶颈，功效快速衰减，以至于过去用于治疗感染的药物越来越不起作用。

在世卫组织2013年的一份报告中，以治疗肠杆菌感染的碳青霉烯类抗生素为例，其耐药问题已蔓延至全球各地区。而如果你感染了葡萄球菌，过去很容易可用青霉素治疗，但在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）出现后，青霉素已经不起作用。

此外，上世纪80年代投入使用治疗尿路感染的抗菌药物，目前在许多国家已对半数以上病患失去效果。2014年，有近3.3%的结核病新发病例对多种药物抗药，复发病例中20%具有耐药性。根据《柳叶刀》最新发布的数据，2019年，全球有120余万人直接死于抗生素耐药的细菌感染。

这是抗生素滥用的结果。过去几十年间，不仅临床医生习惯为任何有要求的病人开具抗生素——无论从医学上分析是否有必要，农业、渔业、畜牧业，抗生素都在被无节制地大量使用。2015年发表在《自然》的一项研究显示，2000年至2010年间，全球抗生素消费量增长了30%。

越来越多的超级细菌在自然选择下诞生，而新型高效抗生素的研发却可能需要几十年，一旦上市，又无法避免全球过度使用并再次导致失效。

正因为研发壁垒高、投入巨大、盈利窗口期短，1987年以来，新型抗生素的迭代几乎处于停滞状态。过去10年间，仅在美国就有7家曾成功推出过抗生素的企业，因业务不佳而破产或退场。

“普通的感染将再次致人于死地。如果趋势持续下去，如器管移植、癌症化疗等，将会变得愈发困难。”世卫组织总干事陈冯富珍博士在2016年联合国大会上说，“甚至可能导致现代医学的终结。”

在后抗生素时代，现代医学急需寻找另一条对抗感染的道路。对于斯特拉斯迪来说，噬菌体就是当时唯一的救命稻草。

她说服了美国各地的噬菌体科学家在污水、沼泽、池塘等地寻找鲍曼不动杆菌的天敌，在“同情心使用”的伦理条款下，2016年3月，首次获得FDA临床使用批准的噬菌体鸡尾酒注射进丈夫帕特森的静脉，3天后帕特森就从深度昏迷中苏醒过来。

治疗人员给帕特森注射了第一轮噬菌体图源：CNN

2017年，这一案例发表于期刊《抗菌药物和化疗》，噬菌体疗法也再度掀起新的浪潮。截至目前，全球已有十几条噬菌体疗法管线正在推进之中。

焕发新生的噬菌体疗法

最初的噬菌体技术留有很大的改进空间，在学界再次拾起它时，关联学科和工程技术的发展让噬菌体疗法焕发新生——几十年的停滞并没有让研究从头开始。

“当年的噬菌体治疗多是把噬菌体喝下去或铺在创面上，甚至连GMP生产标准都没有。”朱同玉教授介绍，“但现在的纯化技术保证了噬菌体进入人体后的安全性，多种给药途径也增加了它杀菌的针对性和有效性。”

2020年3月，朱同玉、吴楠楠团队利用噬菌体治疗了4例危重新冠患者继发耐药鲍曼不动杆菌感染，相关研究发表在《新发病原体与感染》杂志。

噬菌体编码的某些基因产物，如裂解酶等也具有极大的抗菌前景，“它已经从一种单纯对抗细菌的病毒疗法，转为一个全新的生物治疗理念。”朱同玉教授说。

而当科学家们试图进一步从遗传学水平上解析、编辑甚至合成更多强效的噬菌体时，分子生物学和基因编辑的发展给出了方向。

2020年，美国公司Locus Bioscience宣布，融入了CRISPR-Cas3基因编辑技术的噬菌体药物LBP-EC01进入II/III期临床研究，它能永久性地降解大肠杆菌的DNA，杀灭所有可能逃过噬菌体攻击的靶细菌。

“细菌可以通过体内的CRISPR系统‘剪’掉噬菌体，因而对噬菌体产生耐药，同时较强的特异性也导致噬菌体抗菌谱过窄。”朱同玉教授说，基于基因工程技术的第二代噬菌体正在解决这些问题。

但CRISPR系统只是细菌对抗噬菌体的武器之一，其他耐药机制的研究也是上海噬菌体研究所重点的科研方向。

2016年，病毒学专业出身的吴楠楠博士从法国里昂高师学成归来，加入朱同玉教授团队参与研究所的筹建。从百废待兴到20余人的专业团队，研究所的发展需要具有细胞生物学、分子生物学、传染病学、病毒学等学科知识的复合型人才。

上海噬菌体与耐药研究所，研究人员正在开展实验

而当他们试图进一步将噬菌体疗法向临床普及时，朱同玉教授认为，又要面对抗生素时代固有治疗理念的挑战。

虽然噬菌体疗法为摆脱抗生素的依赖提供了重要方向，但像所有新技术一样，它的临床知晓率并不高。4年来，上海噬菌体研究所的学者们试图让这一疗法被更广大的临床医生们所熟知。在研究所内，一些成熟的噬菌体组合也被制成固定的“药物”，以降低个性化治疗所需的成本和时间。

噬菌体疗法，一扇被重新打开的门

“噬菌体不是挑出来直接给临床医生就能用了。你要对它进行鉴定、基因测序、去掉内毒素，包括一整套完整的GMP车间制剂生产工艺等等。”朱同玉教授强调，这是一个体系。

上海噬菌体与耐药研究所，研究人员正在开展实验

作为一种微生物，噬菌体治疗产品的生产方式与化学药、蛋白药有很大不同，标准也无法完全套用。但现实是，目前噬菌体治疗仅获批用于临床试验，国内外都尚无正规实施的治疗标准和制剂质控标准。

由于噬菌体药物的历史安全性，美国FDA规定，在申报噬菌体药物人体临床试验时，无需提供相应的药代动力学和毒理学研究资料。欧洲药品管理局（EMA）则认为，现有的任何药品监管路径均不适用于噬菌体疗法，需要重新制定专门的规则。

类似于美国的“同情心治疗”，目前国内噬菌体疗法的开展均基于伦理委员会审批的案例集（Case-series），对于即将来临的药物或疗法临床试验，一些摆在眼前的问题亟待解决。

“比如我们做呼吸道感染治疗，需要知道不同给药途径的利用率和有效率是多少，分别可能有哪些不良事件。”吴楠楠博士认为，临床试验的过程成本高昂，“进入这一阶段前，要积累好更详细的数据。”

“根据噬菌体的种类不同，其吸附率和潜伏期也不同，那要如何把握治疗的最佳剂量和时间？”卢洪洲教授表示，后期的工业化生产也面临不小的挑战，比如采用什么技术批量纯化噬菌体，以符合安全标准。

但无论如何，噬菌体疗法的大门已经被重新打开。

今年5月3日，《自然·通讯》发文称，噬菌体疗法首次成功治愈了龟分枝杆菌感染。10天后，《细胞》发文，经过基因工程改造的噬菌体首次治愈了难治性分枝杆菌肺部感染——患者此前已忍受了6年的病痛。8月4日，《细胞》再次发文，证明了口服针对肺炎克雷伯菌的噬菌体，可以缓解炎症性肠病。

科学家最近还发现了一种从未见过的巨型噬菌体，它有一个与众不同的“隔室”，能将核心遗传物质保护起来以避免受到细菌的“反击”，相关研究于8月3日发表于顶刊《自然》。

也许，人类还要花上几十年，甚至百年，才能弄明白噬菌体与细菌在自然界近40亿年的斗争进化史。但回到眼下的现代医学领域，朱同玉教授对噬菌体疗法的应用充满希望。“要在噬菌体结构生物学改造领域做更多的研究，要形成一个有标准的产业体系，要让更多的患者获益。”他说，“这就是我们的工作。”

参考文献：

[1]No antibiotics worked,so this woman turned to a natural enemy of bacteria to save her husband's life，https://edition.cnn.com/2022/07/08/health/phage-superbug-killer-life-itself-wellness/index.html

[2]我们该如何阻止抗生素耐药性，https://www.bbc.com/ukchina/simp/vert-fut-40717441

[3]噬菌体治疗的前世、今生与未来，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1684766130042776543&wfr=spider&for=pc

[4]噬菌体药物行业研究及投资建议：超30亿元行业合作，它能否从耐药性细菌中解救人类？https://www.vbdata.cn/42895

[5]被10吨钢水浇穿，烧伤面积90％，瑞金凭什么救活必死之人？https://xw.qq.com/cmsid/20211029A04KIE00

来源：医学界

责编：凌骏

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