BMJ子刊：糞菌移植竟能保護β細胞！

糞菌移植又立功了。

近日，由阿姆斯特丹大學醫學中心Max Nieuwdorp領銜的研究團隊，在著名期刊Gut上發表了一項開創性試驗的研究結果[1]。

他們通過鼻飼的方式，給20名確診1型糖尿病時間不超過6周的患者移植了糞菌，12個月的隨訪結果顯示，糞菌移植可以保護殘餘β細胞，避免其功能進一步受損。

此外，Nieuwdorp還揭示了背後的可能機制：糞菌中的Desulfovibrio piger會通過代謝產物降低促進1型糖尿病發生的T細胞的水平，進而實現保護殘餘β細胞的作用。

這項研究不僅是科學家首次在人體臨床試驗中發現糞菌移植的這一保護作用，而且還發現一些具有治療潛力的腸道微生物，為1型糖尿病的治療開拓路新方向。

▲ 論文首頁截圖

1型糖尿病（T1D）是一種以β細胞進行性受損為特徵的自身免疫性疾病。T細胞在疾病的進展中起到了關鍵作用。因此，科學家嘗試通過使用環孢素[2]、抗CD3抗體[3]、抗胸腺細胞球蛋白[4]，以及抗CD80和抗CD86抗體[5，6]等免疫抑制藥物，靶向T細胞來防止疾病進展。

然而，這些治療策略對疾病進展的影響（在最好的情況下）是短暫的，對長期進展幾乎沒有影響，還伴有嚴重的副作用。因此，我們迫切需要對T1D病理生理學有更多的了解，以找到新的治療幹預措施。

已經有很多研究發現T1D病理生理學與腸道微生物群的改變有關[7，8]。

在非肥胖糖尿病（NOD）小鼠中的研究表明，腸道微生物與先天性免疫系統的相互作用是T1D發病的關鍵因素[9]，而且糞便微生物群移植（FMT）和特異性微生物可改善T1D的進展[10]。

有些科學家對腸菌和T1D之間的關係做了進一步的探索，他們發現可能是由於腸道短鏈脂肪酸（SCFA）生成障礙，誘導的腸道上皮屏障功能改變，進而誘發了T1D[11]。而且SCFAs中的丁酸酯和醋酸酯，已經被證明可以改善NOD小鼠的β細胞功能[12]。

遺憾的是，Max Nieuwdorp最近完成了一項人體幹預研究，他們發現丁酸鹽對T1D患者的免疫學或代謝影響其實很小[13]。這暗示，僅靠一種或者幾種SCFAs不足以改善T1D，現階段還是得從腸菌的整體考慮。

好在大量的臨床研究已經證實FMT是安全的，而且可以顯著改變受體腸道微生物群的組成，並可以影響代謝症候群受試者的血糖控制[14，15]。

因此Max Nieuwdorp團隊決定發起FMT幹預T1D的人體研究。

在2013年至2017年之間，Max Nieuwdorp團隊招募了20名年齡在18-35歲之間，體重指數（BMI）正常（18.5-25），被診斷為T1D時間最長不超過6周，且仍有殘留的β細胞功能的受試者。

與此同時，又招募了7名健康且BMI小於25的高加索人作為糞便捐獻者。

20名T1D患者以1:1的方式隨機分成兩組，一組接受自體FMT（10人），另一組接受異體FMT（10人），在0、2和4個月時使分別將新鮮糞便通過鼻十二指腸管移植給所有的T1D患者[16]。

隨後，在0、2、6、9和12個月時進行混合膳食耐受試驗（MMT，評估殘餘β細胞功能）、腸道微生物群分析和免疫學測定；在0、6和12個月時測定血漿代謝物；在0和6個月時進行胃十二指腸鏡與十二指腸活檢，以評估小腸微生物群，並進行定量逆轉錄PCR，以評估十二指腸基因表達；在所有時間點上測量血糖參數。

▲ 研究流程圖

研究的主要終點是12個月內通過MMT評估的C肽釋放的保存情況（反應殘餘β細胞功能維持情況）。次要終點是血糖控制、空腹血漿代謝物、T細胞自身免疫、小腸基因表達譜和腸道微生物群組成的變化等。

總體來看，兩組患者的基線臨床數據無差異，在整個隨訪期間，所有受試者對幹預措施均有良好的耐受性，也沒有觀察到嚴重的不良臨床事件和血漿生化的不良變化。

基線時的平均空腹血漿C肽在各組間相似，自體FMT組是319 pmol/L±118，異體FMT組是327 pmol/L±89。但在12個月時，自體FMT組是348 pmol/L±115，而異源FMT組則跌倒了 202 pmol/L±85。

與此同時，由MMT刺激的C肽曲線下面積表示的殘餘β細胞功能也有類似的效果：基線時自體FMT和異體FMT相同，但12個月之後，自體FMT的β細胞功能保存得明顯更多。

你沒看錯，確實是異體FMT組惡化了，自體FMT組竟然「穩中有升」。

▲ 自體（紅）和異體（藍）FMT對各項指標的影響

這一研究結果也讓Max Nieuwdorp和他的同事們大跌眼鏡，因為這與他們預設的研究結果完全相反。

不過Max Nieuwdorp和他的同事很快就接受了這個結果，因為之前已經有研究發現，自體FMT時，如果是將糞菌引入了微生物相對較少的小腸，最終還是會影響腸道的穩態[16]。

經過一番思考，Max Nieuwdorp找到了一個非常吸引人的解釋：當FMT供體的微生物群與宿主的免疫相容性更強時，FMT的有益免疫學效應更明顯、更持久。他們懷疑異體FMT帶來的外來結腸微生物群，增加了已經存在的炎症水平。

▲ Max Nieuwdorp（圖源：AMC-UvA）

在後面的研究中，研究人員進一步探索了FMT穩定新發1型糖尿病患者殘餘β細胞功能的可能機制。

於是他們分析了全血中先天性和適應性免疫細胞表型樣本。結果發現，治療組之間胰島自體反應性CD8+T細胞的頻率沒有顯著差異。

不過，CD4+ CXCR3+和CD8+ CXCR3+ T細胞在12個月時在應答者中不同程度地減少，表明FMT穩定β細胞的功能是通過調節T細胞介導的。

再來看FMT之後，T1D患者腸菌的變化情況。

總的來說，在基線、6個月或12個月時，FMT治療組之間的腸道微生物α多樣性沒有顯著差異，捐贈者和接受者的腸菌也沒有顯著差異。

Max Nieuwdorp做了更細緻的分析，終於發現Desulfovibrio piger在治療組間差異最大，自體FMT在6個月和12個月的時候，Desulfovibrio piger均高於異體FMT。

▲ 自體（紅）和異體（藍）FMT患者的Desulfovibrio piger菌差異圖

而且，此外，D. piger的變化與空腹C肽的變化和血漿1-arachidonoyl-GPC（A-GPC）水平呈正相關，而A-GPC也正是能用來區分兩個不同治療組的血漿標誌物之一，也與空腹C肽呈正相關。

此外，殘留β細胞功能與CD4+CXCR3+T細胞呈負相關，而CD4+CXCR3+T細胞還與D. piger呈負相關。

基於以上數據，和之前的研究成果，Max Nieuwdorp等認為，D.piger這個菌株通過產生A-GPC進入血漿，從而抑制CXCR3+T細胞活性，進而抑制T1D的自身免疫發生。

這就說明D.piger是個治療T1D的候選菌株。有個好消息是，就在去年，科學家也從人類的糞便中分類培養出D.piger[17]，這也為後續的幹預治療奠定了基礎。

期待在這個研究的基礎上，後續有更大規模的人體研究。

參考文獻：

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[6].Orban T, Bundy B, Becker D J, et al. Costimulation modulation with abatacept in patients with recent-onset type 1 diabetes: follow-up 1 year after cessation of treatment[J]. Diabetes care, 2014, 37(4): 1069-1075.

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[11].Desai M S, Seekatz A M, Koropatkin N M, et al. A dietary fiber-deprived gut microbiota degrades the colonic mucus barrier and enhances pathogen susceptibility[J]. Cell, 2016, 167(5): 1339-1353. e21.

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