粪菌移植又立功了。
近日，由阿姆斯特丹大学医学中心Max Nieuwdorp领衔的研究团队，在著名期刊Gut上发表了一项开创性试验的研究结果[1]。
他们通过鼻饲的方式，给20名确诊1型糖尿病时间不超过6周的患者移植了粪菌，12个月的随访结果显示，粪菌移植可以保护残余β细胞，避免其功能进一步受损。
此外，Nieuwdorp还揭示了背后的可能机制：粪菌中的Desulfovibrio piger会通过代谢产物降低促进1型糖尿病发生的T细胞的水平，进而实现保护残余β细胞的作用。
这项研究不仅是科学家首次在人体临床试验中发现粪菌移植的这一保护作用，而且还发现一些具有治疗潜力的肠道微生物，为1型糖尿病的治疗开拓路新方向。
▲论文首页截图
1型糖尿病（T1D）是一种以β细胞进行性受损为特征的自身免疫性疾病。T细胞在疾病的进展中起到了关键作用。因此，科学家尝试通过使用环孢素[2]、抗CD3抗体[3]、抗胸腺细胞球蛋白[4]，以及抗CD80和抗CD86抗体[5，6]等免疫抑制药物，靶向T细胞来防止疾病进展。
然而，这些治疗策略对疾病进展的影响（在最好的情况下）是短暂的，对长期进展几乎没有影响，还伴有严重的副作用。因此，我们迫切需要对T1D病理生理学有更多的了解，以找到新的治疗干预措施。
已经有很多研究发现T1D病理生理学与肠道微生物群的改变有关[7，8]。
在非肥胖糖尿病（NOD）小鼠中的研究表明，肠道微生物与先天性免疫系统的相互作用是T1D发病的关键因素[9]，而且粪便微生物群移植（FMT）和特异性微生物可改善T1D的进展[10]。
有些科学家对肠菌和T1D之间的关系做了进一步的探索，他们发现可能是由于肠道短链脂肪酸（SCFA）生成障碍，诱导的肠道上皮屏障功能改变，进而诱发了T1D[11]。而且SCFAs中的丁酸酯和醋酸酯，已经被证明可以改善NOD小鼠的β细胞功能[12]。
遗憾的是，Max Nieuwdorp最近完成了一项人体干预研究，他们发现丁酸盐对T1D患者的免疫学或代谢影响其实很小[13]。这暗示，仅靠一种或者几种SCFAs不足以改善T1D，现阶段还是得从肠菌的整体考虑。
好在大量的临床研究已经证实FMT是安全的，而且可以显著改变受体肠道微生物群的组成，并可以影响代谢综合征受试者的血糖控制[14，15]。
因此Max Nieuwdorp团队决定发起FMT干预T1D的人体研究。
在2013年至2017年之间，Max Nieuwdorp团队招募了20名年龄在18-35岁之间，体重指数（BMI）正常（18.5-25），被诊断为T1D时间最长不超过6周，且仍有残留的β细胞功能的受试者。
与此同时，又招募了7名健康且BMI小于25的高加索人作为粪便捐献者。
20名T1D患者以1:1的方式随机分成两组，一组接受自体FMT（10人），另一组接受异体FMT（10人），在0、2和4个月时使分别将新鲜粪便通过鼻十二指肠管移植给所有的T1D患者[16]。
随后，在0、2、6、9和12个月时进行混合膳食耐受试验（MMT，评估残余β细胞功能）、肠道微生物群分析和免疫学测定；在0、6和12个月时测定血浆代谢物；在0和6个月时进行胃十二指肠镜与十二指肠活检，以评估小肠微生物群，并进行定量逆转录PCR，以评估十二指肠基因表达；在所有时间点上测量血糖参数。
▲研究流程图
研究的主要终点是12个月内通过MMT评估的C肽释放的保存情况（反应残余β细胞功能维持情况）。次要终点是血糖控制、空腹血浆代谢物、T细胞自身免疫、小肠基因表达谱和肠道微生物群组成的变化等。
总体来看，两组患者的基线临床数据无差异，在整个随访期间，所有受试者对干预措施均有良好的耐受性，也没有观察到严重的不良临床事件和血浆生化的不良变化。
基线时的平均空腹血浆C肽在各组间相似，自体FMT组是319 pmol/L±118，异体FMT组是327 pmol/L±89。但在12个月时，自体FMT组是348 pmol/L±115，而异源FMT组则跌倒了 202 pmol/L±85。
与此同时，由MMT刺激的C肽曲线下面积表示的残余β细胞功能也有类似的效果：基线时自体FMT和异体FMT相同，但12个月之后，自体FMT的β细胞功能保存得明显更多。
你没看错，确实是异体FMT组恶化了，自体FMT组竟然“稳中有升”。
▲自体（红）和异体（蓝）FMT对各项指标的影响
这一研究结果也让Max Nieuwdorp和他的同事们大跌眼镜，因为这与他们预设的研究结果完全相反。
不过Max Nieuwdorp和他的同事很快就接受了这个结果，因为之前已经有研究发现，自体FMT时，如果是将粪菌引入了微生物相对较少的小肠，最终还是会影响肠道的稳态[16]。
经过一番思考，Max Nieuwdorp找到了一个非常吸引人的解释：当FMT供体的微生物群与宿主的免疫相容性更强时，FMT的有益免疫学效应更明显、更持久。他们怀疑异体FMT带来的外来结肠微生物群，增加了已经存在的炎症水平。
▲Max Nieuwdorp（图源：AMC-UvA）
在后面的研究中，研究人员进一步探索了FMT稳定新发1型糖尿病患者残余β细胞功能的可能机制。
于是他们分析了全血中先天性和适应性免疫细胞表型样本。结果发现，治疗组之间胰岛自体反应性CD8+T细胞的频率没有显著差异。
不过，CD4+ CXCR3+和CD8+ CXCR3+ T细胞在12个月时在应答者中不同程度地减少，表明FMT稳定β细胞的功能是通过调节T细胞介导的。
再来看FMT之后，T1D患者肠菌的变化情况。
总的来说，在基线、6个月或12个月时，FMT治疗组之间的肠道微生物α多样性没有显著差异，捐赠者和接受者的肠菌也没有显著差异。
Max Nieuwdorp做了更细致的分析，终于发现Desulfovibrio piger在治疗组间差异最大，自体FMT在6个月和12个月的时候，Desulfovibrio piger均高于异体FMT。
▲自体（红）和异体（蓝）FMT患者的Desulfovibrio piger菌差异图
而且，此外，D. piger的变化与空腹C肽的变化和血浆1-arachidonoyl-GPC（A-GPC）水平呈正相关，而A-GPC也正是能用来区分两个不同治疗组的血浆标志物之一，也与空腹C肽呈正相关。
此外，残留β细胞功能与CD4+CXCR3+T细胞呈负相关，而CD4+CXCR3+T细胞还与D. piger呈负相关。
基于以上数据，和之前的研究成果，Max Nieuwdorp等认为，D.piger这个菌株通过产生A-GPC进入血浆，从而抑制CXCR3+T细胞活性，进而抑制T1D的自身免疫发生。
这就说明D.piger是个治疗T1D的候选菌株。有个好消息是，就在去年，科学家也从人类的粪便中分类培养出D.piger[17]，这也为后续的干预治疗奠定了基础。
期待在这个研究的基础上，后续有更大规模的人体研究。
编辑神叨叨
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参考文献：
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肠道菌群，无所不能