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1885年，德国的儿科医生Theodor Escherich从健康人的粪便中发现了一种原核生物[1]，后来，为了纪念他的贡献，这个原核生物就以他的姓来命名——Escherichia coli，也就是大肠杆菌。大肠杆菌是我们肠道中最常见的微生物之一，它与其他几百种细菌组成了我们的肠道菌群（当然肠道中还有真菌、古细菌和病毒）。
那个时候，由于技术手段的限制，研究人员难以将大肠杆菌由最基本的“种”这个分类单位再向下根据不同的基因型细分成一个个菌株，鉴定它们哪些无害，哪些致病（实际上典型的大肠杆菌基因组中只有20%被所有菌株共享，目前根据基因型分出来的大肠杆菌菌株已经有三四十种）。而且当时他们还观察到大肠杆菌在污水中的生长速度比在干净的水中要快，所以大家一度认为，这些从排泄物中鉴定出的细菌和排泄物一样没什么重要的。 Theodor Escherich和他的大肠杆菌 想必，他们当时根本无法想到，几十年之后，这些小东西竟然会成治病良方。
看到这里，今天的主题——粪菌移植已经呼之欲出了。肠道菌群现在已经被证明和神经退行性疾病、心脑血管疾病、癌症和自身免疫疾病等等有关，它们往往都伴随着菌群多样性的降低和特定微生物水平的明显变化，也就是“菌群紊乱”。
为了把紊乱的菌群捋回健康状态，简单点可以选择补充益生菌，但是益生菌菌种比较单一，作为外来“菌”口，菌生地不熟，势单力薄，进入肠道容易被固有菌群“排斥”，对于重症患者来说难起作用。所以更进一步的做法就是粪菌移植，直接搬一套健康的菌群到肠道中。 穿越千年风雨而来的“民间偏方”
首个有文献记载的粪菌移植案例发生在1958年，美国的一名外科医生和他的同事使用粪液灌肠的方法为4名重症伪膜性结肠炎患者进行了治疗，他们很快就恢复了健康[2]。在2012年之前，科学界一直认为，这是粪菌移植的“起点”。
然而在2012年时，南京医科大学第二附属医院的张发明教授在The American Journal of Gastroenterology杂志上发表文章，提出了新的观点。经过他和同事的考证，他们认为，最早的粪菌移植案例应该出自我国的东晋（公元317-420年）时期[3]。 张发明教授，我国粪菌移植领域的领军人物之一 文章指出，在东晋著名的道教学者、炼丹家以及医学家葛洪所著的《肘后备急方》（简称《肘后方》）中有这样的记载：“饮粪汁一升，即活”。因此，粪菌移植的历史应该再向前推进1600年左右。张发明教授的观点得到了很多研究人员的认可，在不少论文中被引用。
出于好奇，Dr.Why在网上找了一本《肘后备急方》翻阅了一下，并没有找到这个描述，不过在《本草纲目》里倒是有这么一句“野葛芋毒、山中毒菌欲死者∶并饮粪汁一升，即活。”后面标注是出自《肘后方》。也就是说，对于食物中毒濒临死亡的人，用粪液灌下去就能救活。Dr.Why发现，在反对的声音中，有医生提出，此处粪汁一升是起到了催吐的作用，与粪菌移植并无关系。
在《本草纲目》中分别有“人粪”和“黄龙汤”两种粪便入药的记载，主治有“解诸毒”“伤寒热毒”“封疔肿”“清痰”“消食积”等等症状，看起来似乎确实和现在粪菌移植的各种适应症不是很相符。（也不排除是Dr.Why不够了解祖国医学？以及Dr.Why在本草纲目中找到了黄龙汤的做法“近城市人以空罂塞口，纳粪中，积年得汁，甚黑而苦，名为黄龙汤，疗瘟病垂死者皆瘥。”不能我一个人痛苦！请大家一起品一品！）
不过无论是起源于1700年的东晋时期还是60年前的美国，总之在以前，粪菌移植，或者说那个时候简单粗暴的粪便移植，都是一种“偏方”式的非主流疗法，昙花一现，并没有获得太大的关注。当然，也是因为那个时候人们对肠道微生物本身和它们的作用也没有现在认识的这么深刻。 合理打击致病菌，粪菌移植终于迈上了正途
就像前面我们所提到的伪膜性结肠炎一样，在1958年，人们还根本不知道它的病因是什么，只知道存在菌群的紊乱，所以医生才会在其他治疗都不起效的情况下“灵光一闪”，采用粪液灌肠的方法来治疗。直到过了整整20年，才有研究人员证明，伪膜性结肠炎的发病是由艰难梭菌感染导致的[4]，而这距离艰难梭菌被发现也已经有40多年了。 艰难梭菌显微图 伪膜性结肠炎是艰难梭菌感染的一种表现，艰难梭菌的致病往往发生在抗生素治疗后，抗生素对肠道菌群的打击很大，会让我们失去大量共生菌和有益菌，致病性的艰难梭菌菌株在这种情况下失去了压制，得以好好地喘口气，努力繁殖一番，释放大量毒素，导致了严重程度不同的腹泻。
在轻度和中度的患者中，甲硝唑和万古霉素这两种抗生素的治疗是有效的，但是艰难梭菌感染复发率非常高，有1/4的患者会经历复发[5]，其中还有一半左右会出现反复的复发，非常棘手，对于医疗保险的支出也是很大的挑战。
如此之高的复发率，可以说抗生素的治疗是很不理想了，而且在2000年前后，又出现了许多耐药株的感染，抗生素的治疗更加无力了。不过好在，这个时候，微生物的研究开始崭露头角，最先脱颖而出的就是肠道微生物。
在刚刚开始进行批量研究的时候，肠道微生物被认为有三个关键作用：抑制病原体微生物、消化食物以及通过维持肠道屏障、诱导抗体产生来增强宿主的免疫防御。艰难梭菌的感染就是“抑制病原体微生物”这点上出现了问题，后续抗生素的治疗和感染的反复发作都使得本就紊乱的肠道菌群更加难以恢复平衡和稳态，所以，向患者的肠道中重新移植健康的菌群，这种疗法就非常合理了。
很快，在2003年，一项回顾性分析研究发表[6]，研究人员对在1994年6月到2002年8月中接受过粪菌移植的18名艰难梭菌感染患者的情况进行了回顾。患者们在进行移植前已经接受过2-7个疗程不等的抗生素治疗，在移植后不久，有2名患者死亡，但死因与粪便移植没什么关系，一名患者死于晚期肾病，另一名则是因肺炎并发慢性阻塞性肺病和动脉粥样硬化而死亡。
剩下的16例患者中，粪菌移植都取得了成功，腹泻很快停止，在90天的随访期中，只有一名患者经历了一次复发。自此之后，粪菌移植基本算是得到了重视，走上了正轨，越来越多的研究人员和医生开始对它们进行不同角度的研究和临床试验。 向自身免疫性肠病“亮剑”
对于艰难梭菌感染来说，我们已经将病原微生物搞得十分清楚了，所以用粪菌移植来治疗也就很有底气。不过有很多肠道疾病，不要说是20年、30年前，即使是到了现在，致病机制也依然没有被阐释清楚，但是这也不妨碍胆大心细的研究人员向它们“亮剑”，比如说炎症性肠病。
炎症性肠病是一类自身免疫性疾病，主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，已知的发病原因除了基因外，还有饮食习惯、肠道屏障的破损，再就是肠道微生物多样性的减少和菌群结构的紊乱。在粪菌移植治疗艰难梭菌感染发展得如火如荼之时，炎症性肠病的尝试也在逐渐开展。
1988年，来自澳大利亚的Thomas Borody医生完成了第一例溃疡性结肠炎的粪菌移植，患者的病情没有再反复，达到了临床上的治愈[7]。虽然只有一例，但这开创性的第一例也是意义重大，将粪菌移植的适用范围扩大到了艰难梭菌感染之外。 Thomas Borody医生
2003年，Borody医生再次发表案例报告[8]，他又接收了6名复发性的重症溃疡性结肠炎患者，在治疗后，无论是临床指标、结肠镜观察还是组织学检查都显示病情的完全逆转。在这个病因未明的疾病领域里，大家终于看到了新的希望。
Borody医生最著名的成就是开发了治疗幽门螺杆菌感染的“三联疗法”（铋剂，甲硝唑和四环素），同时，一直致力于胃肠道疾病治疗的他也是粪菌移植界当之无愧的先驱人物。1984年，Borody医生在澳大利亚悉尼建立了消化疾病中心（CDD），到目前为止，在CDD中进行的粪菌移植治疗已经超过了12000例[9]。 十年一阶梯，终成“标准治疗”
在21世纪的第一个十年里，粪菌移植的研究平稳地不断向前推进，临床试验性治疗变得更加规范。2007年底，由美国国立卫生研究院（NIH）牵头的人类微生物组计划（HMP）也正式启动，于是，在进入第二个十年后，粪菌移植迎来了新一轮的爆发。
2011年年初，《自然医学》杂志发表了粪菌移植的专题报道[10]，介绍了三位在这个领域中做出了杰出贡献的医生：美国阿尔伯特爱因斯坦医学院的Lawrence Brandt、美国明尼苏达大学的Alexander Khoruts，还有我们刚刚所提到的Thomas Borody，讲述了他们从事粪菌移植研究的心路历程和贡献。 Lawrence Brandt（左）和Alexander Khoruts（右）
报道中提到，截至2011年，Brandt的团队已经对将近200名艰难梭菌感染的患者进行了治疗，治愈率达到90%，而且见效很快，大部分患者在移植后的1-2天就能观察到明显的改善。不过200人这个数字比Borody的团队还是差不少的，Borody在这个领域里已经摸爬滚打了25年的时间，经他手接受治疗的大约有1500人，在不断进行临床治疗的同时，Borody也参与了机制方面的研究，力图让粪菌移植治疗更加站得住脚。
同样不仅仅追求临床效果的还有Khoruts的团队。他们在把患者治好之后，利用基因测序技术分析患者治疗前后的粪便样本中肠道微生物的组成变化。
在报道撰写的前一年，Khoruts就发表过研究表明，治疗成功的患者的肠道微生物组成与粪便捐赠者是非常相似的[11]。在观察到这个现象之后，他的团队开始通过宏基因组（即微生物环境基因组，主要指样品中细菌和真菌的基因组总和）的深度测序鉴定“好菌”，然后尝试将它们移植给患者，他认为，这样或许用不了多久，研究人员就可以将粪菌移植中“粪”去掉了。
在此之后，按照临床试验的注册量和科学论文的发表量来衡量的话，2012年和2013年这两年，粪菌移植的关注度前所未有的大幅度增长[12]，各个临床试验入组的患者明显增加。
2013年1月，权威期刊《新英格兰医学杂志》上发表了第一个粪菌移植的随机对照临床研究[13]，共有43名艰难梭菌感染患者参与。他们被随机分为3组，其中16人进入了实验组，接受标准的抗生素治疗（万古霉素）后再进行肠道灌洗和经鼻-十二指肠管的粪菌移植。另外2个对照组分别只接受标准的万古霉素治疗和万古霉素治疗 肠道灌洗。 实验组的患者有13例在第一次移植后就达到了临床治愈，其余3名患者复发后又分别在不同时间进行了一次移植，其中有2人也被治愈了，所以，实验组最终的治愈率达到了94%。反观两个对照组，在试验中期，由于绝大多数患者的复发，数据和安全监测委员会在评估之后决定中止试验。（大概真的是对比太惨烈，出于伦理方面的考虑，不得不中止试验）
2013年对于粪菌移植来说是非常非常重要，应该被载入史册的一年。因为在这一年，它被写入了美国的临床指南，用于治疗复发性艰难梭菌感染[14]，成为了治疗它的“最后一道防线”。 而且FDA也终于承认，它符合“公共卫生服务法”和“联邦食品、药品和化妆品法案”所定义的“药物”，之后还发布了关于“将粪菌移植作为试验性新药（IND）用以治疗对标准治疗无反应的艰难梭菌感染”的指导意见[15]。第二年，这份指导意见就升了级，粪菌移植正式成为了对标准治疗无反应的艰难梭菌感染的“标准疗法”。 重口味疗法也有“能好怎”
获得官方认可意味着会有更多的人认识粪菌移植，这当然是好事，因为有更多的相关疾病的患者将得到治疗，重获新生。但是问题也接踵而至，比如移植的“能好怎”，什么病能进行移植？移植效果好不好？怎么移植？有没有更好、更容易令人接受的移植形式？还有可供移植的粪便来自哪里？粪便中的成分安全可靠吗？有没有副作用？
首先来说“能”，目前受到FDA认证的适应症只有艰难梭菌感染，而中国还没有相关的政策法规出台，其余的包括炎症性肠病、代谢综合征、肠易激综合征和2型糖尿病等等都尚处在临床试验性治疗阶段，试验中的治愈率也没有艰难梭菌感染这么高，还需要更多更有力的证据才能转化到市场中。（咦，这个把“好”的问题也顺便解答了）
至于怎么移植，目前最可靠的有两种：经鼻-十二指肠管和肠镜。这两种方法都是侵入性的操作，前者要从鼻子的位置插入软管，一直通到肠道中，将菌液送进去，这对于大多数人来说可能是有一定心理障碍的，接受程度不够高。相比较之下，肠镜是更容易接受的选择，但是对于肠道炎症范围广泛、症状严重，或是因为其他原因，肠镜插入有风险的患者来说，通过消化道几乎是目前最好的选择。 软管可以伸到不同的位置，Nasoduodenal tube就是十二指肠的位置 超前的失败与恰逢时的成功
这也引出了我们下一个问题，有没有大家接受程度更高的选择呢？其实也是有的，就是“粪菌胶囊”，千万不要想象成自己在吞便便，因为实际上经过一系列处理后的粪液被封入不透明的胶囊中，没有气味，也看不到内容物，眼一闭，吞下去就可以了。
其实粪菌胶囊一直是这个领域内很多研究人员所追求的，几年前，微生物界的新秀Seres Therapeutics公司成立不久就将旗下一款治疗艰难梭菌感染的粪菌胶囊产品推入了临床试验中。 2015年，I期试验结束，30名患者中有29名被治愈，FDA授予它“突破性治疗”称号，整个产业界都为之沸腾，成立不到5年的Seres迅速启动IPO，市值一度飙升至15亿美元。可惜，这样的好势头没能持续下去，2016年的II期临床试验结果显示，它们的粪菌胶囊与安慰剂相比并无显著差异，随之而来的是股票的跳楼式下跌和公司市值肉眼可见的蒸发。
虽然试验失败让人失望，但我们还要寻找失败的原因。Seres的研究人员将他们认为可能对患者有益的50种健康人粪便中的细菌孢子挑选出来，封入胶囊。但是仔细想一下，肠道微生物的研究发展到今天，我们依然说不上掌握了它们的各种功效，选取的50种可能有益的细菌是否真的能完全压制艰难梭菌的生长繁殖并没有足够的理论支持，传统的粪菌移植也不是这样做的，所以这样看来，Seres的失败似乎也有迹可循。 Seres的粪菌胶囊
虽然Seres失败了，但是研究人员仍然没有放弃探索。在2017年11月，《美国医学会杂志》（JAMA）上发表了一项包含105名复发性艰难梭菌感染患者的粪菌胶囊与结肠镜的随机对照临床试验[16]。患者被随机平分成两组，一组接受肠镜方式的粪菌移植，一组接受和肠镜组同样捐赠来源的冻干粪便制成的粪菌胶囊。以往的研究已经证明，冻干再解冻的粪菌移植效果不逊于新鲜的粪菌移植[17]。
冻干粪便在接受解冻等一系列处理后被封入明胶胶囊中，然后再用两层胶囊包封，保证下肚前后什么都感觉不到。在单次治疗结束12周后，胶囊组和肠镜组的治疗有效率都达到了96.2%，没有差异，两组中都分别只有2名患者出现了复发，轻度不良事件的发生率在胶囊组中明显低于肠镜组（5.4% vs 12.5%）。更重要的是，有66%的胶囊组患者表示“这种疗法一点都不让人讨厌”，而肠镜组只有44%。
从Seres的失败和JAMA这次临床试验的成功中我们可以看出，将粪菌移植“原封不动”地搬入胶囊中是可行的，而且患者的体验会更好。 捐“便便”也能救人于水火
下面来说粪便来自于哪里。在临床试验以及医院、医疗机构的正式治疗中，粪便通常来自于健康志愿者的捐赠，一些医疗机构也在着手创建标准化的粪菌库，比如说美国的OpenBiome[18]，建立于2012年，也是世界上首个非营利性的粪菌库。 在OpenBiome的官网可以查询到进行粪便捐赠的一系列要求和注意事项，除了有充裕的时间和合适的地点外，捐赠者的个人健康状况也需要经过几轮评估，以排除潜在的健康隐患，每位捐赠成功的捐赠者会获得40美元的报酬。
2015年时，我国也有了属于自己的“中华粪菌库”，由南京医科大学第二附属医院和西京消化病医院共同创立，于2015年9月正式面向全国所有医院提供粪菌救援服务，第一批加入的有宁夏、西安、重庆、南京、厦门和广州的一些医院[19]。 由我国研究人员研发的智能化微生物分离系统GenfmTer
除了捐赠的粪便，有些接受治疗的患者也会提出使用自己亲人朋友的粪便，觉得从心理上更容易接受。一般来说，如果经过同样的筛选流程，确认没有健康方面的隐患，这种来源也是可以的。不过对于患者来说，可能需要更长的等待时间和更高的花费，另外，这其实也并不利于市场的规范化管理。
至于粪便中成分的安全性和潜在的副作用，Dr.Why在上面也提到了一些，粪便的捐赠者会优先选择年轻人和中年人，全身健康是最主要的，尤其是一定不能有传染病和炎症，粪便检测没有寄生虫和致病菌感染。有些机构还会要求捐赠者在捐赠前的一段时间内调整饮食，多摄入膳食纤维，避免摄入贝类、虾和牡蛎等容易引起过敏的食物还有加工肉类，另外就是不使用任何抗生素，尽全力保证捐赠的粪便的健康和安全。
这样安全性就有了很大的保证，不过任何治疗都不能说“完全没有副作用”，粪菌移植也是如此。根据以往的研究，接受移植后潜在的副作用包括胃肠胀气、腹痛、痉挛、细菌性血液感染、恶心和发烧。引起这些副作用的原因可能是捐赠者的粪便中存在载量很低、难以检测到的不良微生物，或是微生物的一些代谢产物导致的。不过，如果前期工作都规范化进行的话，接受移植的患者即使出现以上副作用基本也都程度较轻，可以控制。
当下，菌群移植的定位已经很明确了，对于抗生素控制不了、反复发作的复发性艰难梭菌感染来说，它是最佳选择。对于其他存在严重菌群失调的难治性肠病来说，它是潜在的，可以通过临床试验去尝试的“新新疗法”。
那么在未来，我们对粪菌移植还可以有什么新的期待呢？Dr.Why想强调两点。第一是适应症的继续扩大。肠道微生物与多个器官相互影响，在很多疾病中，比如帕金森病、自闭症、1型糖尿病、多发性硬化症等等，它都有潜力成为治疗的靶点，也有小规模的早期临床试验在摸索着。
第二就是“精准粪菌移植”的发展。本质上，即使肠道微生物这个领域已经高速发展了近20年，但是我们所掌握的仍然很少。很多研究人员的最高愿景就是像Seres一样，将各个菌的功能明确，给患者移植的是多种菌和有用成分（比如有益的代谢产物）的大合集，而不是掺杂了各种物质的“菌液”。虽然Seres失败了，但是随着研究人员的努力，这一天也许终会来临。
最后，Dr.Why想借用2011年《自然医学》对粪菌移植专题报道中的一句话，“现在，我们庞大的微生物群体终于开始得到了本应得到的科学的尊重。” 编辑神叨叨 请大家谨记：不要自己在家里DIY粪菌移植！千万不要！答应Dr.Why，如果有需求，请交给专业人士好吗？自己DIY风险太高，没有专业设备，该分离的分离不出去，有可能加重病情，所以，千万不要！ 参考资料： [1] Shulman S T, Friedmann H C, Sims R H. Theodor Escherich: the first pediatric infectious diseases physician?[J]. Clinical infectious diseases, 2007, 45(8): 1025-1029. [2] Eiseman B, Silen W, Bascom GS, et al. Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis[J]. Surgery, 1958, 44(5):854-859. [3] Zhang F, Luo W, Shi Y, et al. Should we standardize the 1,700-year-old fecal microbiota transplantation?[J]. Am J Gastroenterol, 2012, 107(11):1755. [4] Larson H E, Price A B, Honour P, et al. Clostridium difficile and the aetiology of pseudomembranous colitis[J]. The Lancet, 1978, 311(8073): 1063-1066. [5] Long S S, Pickering L K, Prober C G. Principles and practice of pediatric infectious diseases[J]. Shock, 2003, 20(1): 98. [6] Aas J, Gessert CE, Bakken JS. Recurrent Clostridium difficile colitis: case series involving 18 patients treated with donor stool administered via a nasogastric tube[J]. Clin Infect Dis, 2003, 36(5):580-585. [7] Borody T J, Campbell J. Fecal microbiota transplantation: current status and future directions[J]. Expert review of gastroenterology & hepatology, 2011, 5(6): 653-655. [8] Borody T J, Warren E F, Leis S, et al. Treatment of ulcerative colitis using fecal bacteriotherapy[J]. Journal of clinical gastroenterology, 2003, 37(1): 42-47. [9] https:///cdd-fmt-protocol/ [10] Palmer R. Fecal matters[J]. 2011. [11] Khoruts A, Dicksved J, Jansson J K, et al. Changes in the composition of the human fecal microbiome after bacteriotherapy for recurrent Clostridium difficile-associated diarrhea[J]. Journal of clinical gastroenterology, 2010, 44(5): 354-360. [12] http://www./news/fda-struggles-to-regulate-fecal-transplants/ [13] Van Nood E, Vrieze A, Nieuwdorp M, et al. Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile[J]. New England Journal of Medicine, 2013, 368(5): 407-415. [14] Surawicz C M, Brandt L J, Binion D G, et al. Guidelines for diagnosis, treatment, and prevention of Clostridium difficile infections[J]. The American journal of gastroenterology, 2013, 108(4): 478-498. [15] http://www./BiologicsBloodVaccines/GuidanceComplianceRegulatoryInformation/Guidances/Vaccines/ucm361379.htm [16] Kao D, Roach B, Silva M, et al. Effect of Oral Capsule–vs Colonoscopy-Delivered Fecal Microbiota Transplantation on Recurrent Clostridium difficile Infection: A Randomized Clinical Trial[J]. Jama, 2017, 318(20): 1985-1993. [17] Lee C H, Steiner T, Petrof E O, et al. Frozen vs fresh fecal microbiota transplantation and clinical resolution of diarrhea in patients with recurrent Clostridium difficile infection: a randomized clinical trial[J]. Jama, 2016, 315(2): 142-149. [18] https://www./home/ [19] http://www./about.asp?c=3 |
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